上一篇文章android Camera --- 架构简介
地址：http://www.2cto.com/kf/201202/119071.html 对其层次结构进行了简要的介绍，
这篇文章主要针对其数据流程进行分析。Camera一般用于图像浏览、拍照和视频录制。这里先对图像浏览和拍照的数据流进行分析，后面再对视频电话部分进行分析。
1、针对HAL层对摄像头数据处理补充一下
Linux中使用V4L2最为摄像头驱动，V4L2在用户空间通过各种ioctl调用进行控制，并且可以使用mmap进行内存映射
常用IOCTL函数介绍：
ioctl函数命令参数如下：
.vidioc_querycap= vidioc_querycap,//查询驱动功能
.vidioc_enum_fmt_vid_cap = vidioc_enum_fmt_vid_cap,//获取当前驱动支持的视频格式
.vidioc_g_fmt_vid_cap= vidioc_g_fmt_vid_cap,//读取当前驱动的频捕获格式
.vidioc_s_fmt_vid_cap= vidioc_s_fmt_vid_cap,//设置当前驱动的频捕获格式
.vidioc_try_fmt_vid_cap= vidioc_try_fmt_vid_cap,//验证当前驱动的显示格式
.vidioc_reqbufs= vidioc_reqbufs,//分配内存
.vidioc_querybuf= vidioc_querybuf,//把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
.vidioc_qbuf= vidioc_qbuf,//把数据从缓存中读取出来
.vidioc_dqbuf= vidioc_dqbuf,//把数据放回缓存队列
.vidioc_streamon= vidioc_streamon,//开始视频显示函数
.vidioc_streamoff= vidioc_streamoff,//结束视频显示函数
.vidioc_cropcap= vidioc_cropcap,//查询驱动的修剪能力
.vidioc_g_crop= vidioc_g_crop,//读取视频信号的矩形边框
.vidioc_s_crop= vidioc_s_crop,//设置视频信号的矩形边框
.vidioc_querystd= vidioc_querystd,//检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。
初始化的时候进行camera基础参数的设置，然后调用mmap系统调用将camera驱动层的数据队列映射到用户空间
主要有两个线程：
pictureThread 拍照线程
当用户使用拍照的功能的时候，拍照线程被调用（非循环），检测队列中的帧数据，将帧数据从队列中取出，
拍照的数据一定需要传到JAVA层，所有可以将数据转换成JPEG格式再上传，也可以转换成RGB的数据上传给java层
previewThread 预览线程
当预览方法被调用的时候启动预览线程，循环的检测队列中是否有帧数据，如果帧数据存在，读取帧数据，由于读取的数据为YUV格式的数据，所有要将YUV数据转换成RGB的送给显示框架显示，也可以将转换过的数据送给视频编码模块，编码成功后储存变成录像的功能
所有上传的数据处理都要经过dataCallback，除非实现了overlay
2、数据流控制
上一节了解的是其控制层次及逻辑，为了更好的理解其数据走向并且为以后优化，那么非常有必要了解它。
以jpeg数据格式存储为例：
注册回调函数：
public final void takePicture(ShutterCallback shutter, PictureCallback raw,
PictureCallback postview, PictureCallback jpeg) {
mShutterCallback = shutter;
mRawImageCallback = raw;
mPostviewCallback = postview;
mJpegCallback = jpeg;
native_takePicture();
}
处理回函数数据：
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch(msg.what) {
case CAMERA_MSG_SHUTTER: //有数据到达通知
case CAMERA_MSG_RAW_IMAGE: //处理未压缩照片函数
case CAMERA_MSG_COMPRESSED_IMAGE://处理压缩处理的照片函数
if (mJpegCallback != null) {
mJpegCallback.onPictureTaken((byte[])msg.obj, mCamera);
}
return ;
case CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME: //处理预览数据函数
...
}
应用注册回调函数：
android.hardware.Camera mCameraDevice; //JAVA层Camera对象
mCameraDevice.takePicture(mShutterCallback, mRawPictureCallback,
mPostViewPictureCallback, new JpegPictureCallback(loc));
应用获取数据流程：
private final class JpegPictureCallback implements PictureCallback {
public void onPictureTaken(
final byte [] jpegData, final android.hardware.Camera camera) {
...
mImageCapture.storeImage(jpegData, camera, mLocation);
...
}
}
private class ImageCapture {
private int storeImage(byte[] data, Location loc) {
ImageManager.addImage(
mContentResolver,
title,
dateTaken,
loc, // location from gps/network
ImageManager.CAMERA_IMAGE_BUCKET_NAME, filename,
null, data,
degree);
}
}
--> 噢，这里就是真正存储数据的地方了，在android系统有四个地方可以存储共同数据区，
ContentProvider，sharedpreference、file、sqlite这几种方式，这里利用的是file方式
//
// Stores a bitmap or a jpeg byte array to a file (using the specified
// directory and filename). Also add an entry to the media store for
// this picture. The title, dateTaken, location are attributes for the
// picture. The degree is a one element array which returns the orientation
// of the picture.
//
public static Uri addImage(ContentResolver cr, String title, long dateTaken,
Location location, String directory, String filename,
Bitmap source, byte[] jpegData, int[] degree) {
...
File file = new File(directory, filename);
outputStream = new FileOutputStream(file);
if (source != null) {
source.compress(CompressFormat.JPEG, 75, outputStream);
degree[0] = 0;
} else {
outputStream.write(jpegData);
degree[0] = getExifOrientation(filePath);
}
...
}
holder.setType(SurfaceHolder.SURFACE_TYPE_PUSH_BUFFERS);
SURFACE_TYPE_PUSH_BUFFERS表明该Surface不包含原生数据，Surface用到的数据由其他对象提供，在Camera图像预览中就使用该类型的Surface，有Camera负责提供给预览Surface数据，这样图像预览会比较流畅。
ok,到这里我们了解了JAVA层回调的流程，下面了解下JAVA-JNI-C++层数据的流程
这里从底层往上层进行分析比较好：
1、CameraHardwareInterface提供的回调函数：
typedef void (*notify_callback)(int32_t msgType,
int32_t ext1,
int32_t ext2,
void* user);
typedef void (*data_callback)(int32_t msgType,
const sp<IMemory>& dataPtr,
void* user);
typedef void (*data_callback_timestamp)(nsecs_t timestamp,
int32_t msgType,
const sp<IMemory>& dataPtr,
void* user);
接口如下：
/** Set the notification and data callbacks */
virtual void setCallbacks(notify_callback notify_cb,
data_callback data_cb,
data_callback_timestamp data_cb_timestamp,
void* user) = 0;
2、CameraService处理HAL的消息函数：
void CameraService::Client::dataCallback(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr, void* user)
{
//...
switch (msgType) {------------------------------------ 1 接收到HAL消息
case CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME:
client->handlePreviewData(dataPtr);
break;
case CAMERA_MSG_POSTVIEW_FRAME:
client->handlePostview(dataPtr);
break;
case CAMERA_MSG_RAW_IMAGE:
client->handleRawPicture(dataPtr);
break;
case CAMERA_MSG_COMPRESSED_IMAGE:
client->handleCompressedPicture(dataPtr); ---------2 处理图片压缩消息
--> c->dataCallback(CAMERA_MSG_COMPRESSED_IMAGE, mem); -------- 3 调用如下回调函数
break;
default:
if (c != NULL) {
c->dataCallback(msgType, dataPtr);
}
break;
}
//...
}
void CameraService::Client::notifyCallback(int32_t msgType, int32_t ext1, int32_t ext2, void* user)
{
LOGV("notifyCallback(%d)", msgType);
sp<Client> client = getClientFromCookie(user);
if (client == 0) {
return;
}
switch (msgType) {
case CAMERA_MSG_SHUTTER:
// ext1 is the dimension of the yuv picture.
client->handleShutter((image_rect_type *)ext1);
break;
default:
sp<ICameraClient> c = client->mCameraClient;
if (c != NULL) {
c->notifyCallback(msgType, ext1, ext2); -------------- 4 回调消息（服务端）
}
break;
}
}
3、Client客户端处理:
// callback from camera service when frame or image is ready -------------数据回调处理
void Camera::dataCallback(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr)
{
sp<CameraListener> listener;
{
Mutex::Autolock _l(mLock);
listener = mListener;
}
if (listener != NULL) {
listener->postData(msgType, dataPtr);
}
}
// callback from camera service------------------- 消息回调处理
void Camera::notifyCallback(int32_t msgType, int32_t ext1, int32_t ext2)
{
sp<CameraListener> listener;
{
Mutex::Autolock _l(mLock);
listener = mListener;
}
if (listener != NULL) {
listener->notify(msgType, ext1, ext2);
}
}
4、JNI：android_hardware_Camera.cpp
// provides persistent context for calls from native code to Java
class JNICameraContext: public CameraListener
{
...
virtual void notify(int32_t msgType, int32_t ext1, int32_t ext2);
virtual void postData(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr);
...
}
数据通过JNI层传给JAVA层，利用copyAndPost函数进行
void JNICameraContext::postData(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr)
{
// return data based on callback type
switch(msgType) {
case CAMERA_MSG_VIDEO_FRAME:
// should never happen
break;
// don't return raw data to Java
case CAMERA_MSG_RAW_IMAGE:
LOGV("rawCallback");
env->CallStaticVoidMethod(mCameraJClass, fields.post_event,
mCameraJObjectWeak, msgType, 0, 0, NULL);
break;
default:
// TODO: Change to LOGV
LOGV("dataCallback(%d, %p)", msgType, dataPtr.get());
copyAndPost(env, dataPtr, msgType);
break;
}
}
主要数据操作,此处利用IMemory进行数据的传递
void JNICameraContext::copyAndPost(JNIEnv* env, const sp<IMemory>& dataPtr, int msgType)
{
// allocate Java byte array and copy data
if (dataPtr != NULL) {
sp<IMemoryHeap> heap = dataPtr->getMemory(&offset, &size);
uint8_t *heapBase = (uint8_t*)heap->base();
//由应用管理buffer情形
const jbyte* data = reinterpret_cast<const jbyte*>(heapBase + offset);
obj = env->NewByteArray(size);
env->SetByteArrayRegion(obj, 0, size, data);
}
// post image data to Java
env->CallStaticVoidMethod(mCameraJClass, fields.post_event,
mCameraJObjectWeak, msgType, 0, 0, obj);
}
注意这里有个C++调用Java函数：
fields.post_event = env->GetStaticMethodID(clazz, "postEventFromNative",
"(Ljava/lang/Object;IIILjava/lang/Object;)V");
Camera.java中定义：
private static void postEventFromNative(Object camera_ref,
int what, int arg1, int arg2, Object obj)
{
Camera c = (Camera)((WeakReference)camera_ref).get();
if (c == null)
return;
if (c.mEventHandler != null) {
Message m = c.mEventHandler.obtainMessage(what, arg1, arg2, obj);
c.mEventHandler.sendMessage(m); //由应用层调用takePicture处理回调的数据
}
}
由于视频的数据流较大，通过不会送到JAVA层进行处理，只是通过设置输出设备 Surface 本地处理即可。
ok,通过以上的分析，数据流已经走通了，下面举例说明一下：
预览功能：从startPreview开始，调用stopPreview结束
startPreview() --> startCameraMode() --> startPreviewMode()
status_t CameraService::Client::startPreviewMode()
{
...
if (mUseOverlay) {
// If preview display has been set, set overlay now.
if (mSurface != 0) {
ret = setOverlay(); --> createOverlay/setOverlay操作
}
ret = mHardware->startPreview();
} else {
ret = mHardware->startPreview();
// If preview display has been set, register preview buffers now.
if (mSurface != 0) {
// Unregister here because the surface registered with raw heap.
mSurface->unregisterBuffers();
ret = registerPreviewBuffers();
}
}
...
}
这里有个是否使用Overlay，通过读取CameraHardwareInterface::useOverlay进行确定，使用Overlay
则数据流在Camera的硬件抽象层中处理，只需要利用setOverlay把Overlay设备设置到其中即可。
--> mHardware->setOverlay(new Overlay(mOverlayRef));
如果没有Overlay情况下，则需要从Camera的硬件中得到预览内容的数据，然后调用ISurface的registerBuffers
将内存注册到输出设备ISurface中，最后通过SurfaceFlinger进行合成输出。
-->
// don't use a hardcoded format here
ISurface::BufferHeap buffers(w, h, w, h,
HAL_PIXEL_FORMAT_YCrCb_420_SP,
mOrientation,
0,
mHardware->getPreviewHeap());
status_t ret = mSurface->registerBuffers(buffers);
数据回调处理流程：
a、注册dataCallback
mHardware->setCallbacks(notifyCallback,
dataCallback,
dataCallbackTimestamp,
mCameraService.get());
b、处理消息
void CameraService::Client::dataCallback(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr, void* user)
{
case CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME:
client->handlePreviewData(dataPtr);
break;
}
c、输出数据
// preview callback - frame buffer update
void CameraService::Client::handlePreviewData(const sp<IMemory>& mem)
{
...
//调用ISurface的postBuffer将视频数据输出
if (mSurface != NULL) {
mSurface->postBuffer(offset);
}
// 调用ICameraClientr 的回调函数，将视频数据回调到上层
// Is the received frame copied out or not?
if (flags & FRAME_CALLBACK_FLAG_COPY_OUT_MASK) {
LOGV("frame is copied");
copyFrameAndPostCopiedFrame(c, heap, offset, size);
} else {
LOGV("frame is forwarded");
c->dataCallback(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, mem);
}
...
}
摘自 andyhuabing的专栏
