RosyWriterはほとんど私が望んでいたことをしていました。次のコードをcaptureOutput:didOutputSampleBuffer:fromConnectionに追加すると、Quartzを使用してフレームに描画できるようになりました。
CVImageBufferRef pixelBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
CVPixelBufferLockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
void *pxdata = CVPixelBufferGetBaseAddress(pixelBuffer);
NSParameterAssert(pxdata != NULL);
CGSize frameSize = CGSizeMake(self.videoDimensions.width, self.videoDimensions.height);
CGColorSpaceRef rgbColorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(pxdata, frameSize.width,
frameSize.height, 8, 4*frameSize.width, rgbColorSpace,
kCGImageAlphaNoneSkipFirst);
CGContextMoveToPoint(context, 100, 100);
CGContextAddLineToPoint(context, 200, 200);
CGContextDrawPath(context, kCGPathStroke);
CGColorSpaceRelease(rgbColorSpace);
CGContextRelease(context);