音视频开发之旅（四）Camera视频采集

一、 Camera基础知识

Camera 有几个重要的基础概念。

facing相机的方向，一般后置摄像头和前置摄像头。
Orientation：相机采集图片的角度，摄像头的传感器在手机中是横向的，在预览的时候根据Camera的预览方向进行顺时针旋转对应角度进行设置即可正常预览。如果不正确设置会导致预览时出现倒立、镜像等问题。把预览的图片保存为相册也要单独设置方向，注意这个方向和预览方向互不相干。
预览图片的大小预览容器的大小和摄像头支持的图片预览的图片大小，如果设置了Camera不支持的预览大小，会导致黑屏。
可以设置帧回调然后，在每一帧中进行业务处理，比如，人脸识别等功能
Camera预览的图片格式有NV21 YUV420sp等
Camera需要一个容器把的Surface显示在屏幕上，一般SurfaceView，TextureView等。

二、视频采集的流程

通过SurfaceView拿到SurfaceHolder，然后设置addCallback回调，当Surface创建、销毁、改变时触发对应的回调，在其中可以进行Camera的初始化以及参数设置
通过new Camera（cameralId)生成一个对象。然后Camera.getParams获取到相关的参数，可以把重要的或者说比较关系的parmas打印出来，比如说支持多少个摄像头、支持的预览图片的大小、每个摄像头的方向等信息。可以根据需要设置对应的参数，比如图片的格式、图片的预览大小等。当然有一个必须要设置的就是Camera的预览展示方向，否则预览的到图片和正常的方向不一致。
可以设置Camera的setPreviewCallback获取每一帧的回调，根据需要设置处理，开始预览startPreview以及帧回调的处理
摄像头的切换

如果出发Camera的切换，需要把前一个Camera释放，重新生成和设置Camera切换预览
和Activity生命周期想的关系，这个是有SurfaceView决定的，当页面可见时（onResume）创建或重新创建，页面不可见时（onPause）销毁释放

具体实现如下

SurfaceView的设置

private SurfaceHolder mSurfaceHolder;

    private void initSurfaceView() {
        mSurfaceHolder = surfaceview.getHolder();
        mSurfaceHolder.addCallback(new SurfaceHolder.Callback() {
            @Override
            public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
                Log.d(TAG, "surfaceCreated: ");
                handleSurfaceCreated();
            }

            @Override
            public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
            }

            @Override
            public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
                Log.d(TAG, "surfaceDestroyed: ");
                handleSurfaceDestroyed();
            }
        });
    }

    private void handleSurfaceDestroyed() {
        releaseCamera();
        mSurfaceHolder = null;
        Log.i(TAG, "handleSurfaceDestroyed: ");
    }

    private void handleSurfaceCreated() {
        Log.i(TAG, "handleSurfaceCreated: start");
        if (mSurfaceHolder == null) {
            mSurfaceHolder = surfaceview.getHolder();
        }
        if (mCamera == null) {
            initCamera(curCameraId);
        }
        try {
            //问题2：页面重新打开后SurfaceView的内容黑屏
            //Camera is being used after Camera.release() was called
            //在surfaceDestroyed时调用了Camera的release 但是没有设置为null,
            //--》如何解耦合，把生命周期相关的方法和Camera的生命周期绑定而不时在回调中处理，方便业务实现
            //onResume--》surfaceCreated
            //onPause--》surfaceDestroyed
            mCamera.setPreviewDisplay(mSurfaceHolder);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            Log.e(TAG, "handleSurfaceCreated: " + e.getMessage());
        }
        startPreview();
        Log.i(TAG, "handleSurfaceCreated: end");
    }

    private void startPreview() {
//        mCamera.setPreviewCallback(new Camera.PreviewCallback() {
//            @Override
//            public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {
//                Log.i(TAG, "onPreviewFrame: setPreviewCallback");
//            }
//        });
        //问题：很多时候，不仅仅要预览，在预览视频的时候，希望能做一些检测，比如人脸检测等。这就需要获得预览帧视频，该如何做呐？
        mCamera.setOneShotPreviewCallback(new Camera.PreviewCallback() {
            @Override
            public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {
                Log.i(TAG, "onPreviewFrame: setOneShotPreviewCallback");
                Camera.Size previewSize = mCamera.getParameters().getPreviewSize();
                YuvImage yuvImage = new YuvImage(data, ImageFormat.NV21, previewSize.width, previewSize.height, null);
                ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream(data.length);
                if(!yuvImage.compressToJpeg(new Rect(0,0,previewSize.width,previewSize.height),100,os)){
                    Log.e(TAG, "onPreviewFrame: compressToJpeg error" );
                    return;
                }
                byte[] bytes = os.toByteArray();
                Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(bytes, 0, bytes.length);

                //这里的处理方式是简单的把预览的一帧图保存下。如果需要做人脸设别或者其他操作，可以拿到这个bitmap进行分析处理
                //我们可以通过找出这张图片发现预览保存的图片的方向是不对的，还是Camera的原始方向，需要旋转一定角度才可以。
                if(curCameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_BACK){
                    bitmap = BitmapUtils.rotate(bitmap,90);
                }else {
                    bitmap = BitmapUtils.mirror(BitmapUtils.rotate(bitmap,270));
                }
                FileUtils.saveBitmapToFile(bitmap,"oneShot.jpg");
            }
        });

//        mCamera.setPreviewCallbackWithBuffer(new Camera.PreviewCallback() {
//            @Override
//            public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {
//                Log.i(TAG, "onPreviewFrame: setPreviewCallbackWithBuffer");
//            }
//        });
        mCamera.startPreview();

    }

2: Camera的初始化和Params设置

private void initCamera(int cameraId) {
        curCameraId = cameraId;
        mCamera = Camera.open(curCameraId);
        Log.d(TAG, "initCamera: Camera Open ");

        setCamerDisplayOrientation(this, curCameraId, mCamera);

        if (!hadPrinted) {
            printCameraInfo();
            hadPrinted = true;
        }
        Camera.Parameters parameters = mCamera.getParameters();
        Camera.Size closelyPreSize = CameraUtil.getCloselyPreSize(true, SystemUtils.getDisplayWidth(), SystemUtils.getDisplayHeight(), parameters.getSupportedPreviewSizes());
        Log.i(TAG, "initCamera: closelyPreSizeW="+closelyPreSize.width+" closelyPreSizeH="+closelyPreSize.height);
        parameters.setPreviewSize(closelyPreSize.width, closelyPreSize.height);
        mCamera.setParameters(parameters);
    }

    private void printCameraInfo() {
        //1. 调用getParameters获取Parameters
        Camera.Parameters parameters = mCamera.getParameters();

        //2. 获取Camera预览支持的图片格式(常见的是NV21和YUV420sp)
        int previewFormat = parameters.getPreviewFormat();
        Log.d(TAG, "initCamera: previewFormat=" + previewFormat); // NV21

        //3. 获取Camera预览支持的W和H的大小，
        // 手动设置Camera的W和H时，要检测camera是否支持，如果设置了Camera不支持的预览大小，会出现黑屏。
        // 那么这里有一个问，由于Camera不同厂商支持的预览大小不同，如果做到兼容呐？
        // 需要使用方采用一定策略进行选择（比如：选择和预设置的最接近的支持的WH）
        //通过输出信息，我们可以看到Camera是横向的即 W>H
        List supportedPreviewSizes = parameters.getSupportedPreviewSizes();
        for (Camera.Size item : supportedPreviewSizes
        ) {
            Log.d(TAG, "initCamera: supportedPreviewSizes w= " + item.width + " h=" + item.height);
        }

        //可以看到Camera的宽高是屏幕的宽高是不一致的，手机屏幕是竖屏的H>W，而Camera的宽高是横向的W>H
        Camera.Size previewSize = parameters.getPreviewSize();
        int[] physicalSS = SystemUtils.getPhysicalSS(this);
        Log.i(TAG, "initCamera: w=" + previewSize.width + " h=" + previewSize.height
                + " screenW=" + SystemUtils.getDisplayWidth() + " screenH=" + SystemUtils.getDisplayHeight()
                + " physicalW=" + physicalSS[0] + " physicalH=" + physicalSS[1]);

        //4. 获取Camera支持的帧率 一般是10～30
        List supportedPreviewFrameRates = parameters.getSupportedPreviewFrameRates();
        for (Integer item : supportedPreviewFrameRates
        ) {
            Log.i(TAG, "initCamera: supportedPreviewFrameRates frameRate=" + item);
        }

        //5. 获取Camera的个数信息，以及每一个Camera的orientation，这个很关键，如果根据Camera的orientation正确的设置Camera的DisplayOrientation可能会导致预览倒止或者出现镜像的情况
        int numberOfCameras = Camera.getNumberOfCameras();
        Camera.CameraInfo cameraInfo = new Camera.CameraInfo();
        for (int i = 0; i < numberOfCameras; i++) {
            Camera.getCameraInfo(i, cameraInfo);
            Log.i(TAG, "initCamera: facing=" + cameraInfo.facing
                    + " orientation=" + cameraInfo.orientation);
        }
    }

    /**
     *
     * @param activity
     * @param cameraId
     * @param camera
     */
    public static void setCamerDisplayOrientation(Activity activity, int cameraId, Camera camera) {
        Camera.CameraInfo cameraInfo = new Camera.CameraInfo();
        Camera.getCameraInfo(cameraId, cameraInfo);
        int rotation = activity.getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation();
        Log.i(TAG, "setCamerDisplayOrientation: rotation=" + rotation + " cameraId=" + cameraId);
        int degress = 0;

        switch (rotation) {
            case Surface.ROTATION_0:
                degress = 0;
                break;
            case Surface.ROTATION_90:
                degress = 90;
                break;
            case Surface.ROTATION_180:
                degress = 180;
                break;
            case Surface.ROTATION_270:
                degress = 270;
                break;
        }
        int result = 0;
        if (cameraInfo.facing == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
            result = (cameraInfo.orientation + degress) % 360;
            result = (360 - result) % 360;

        } else if (cameraInfo.facing == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_BACK) {
            result = (cameraInfo.orientation - degress + 360) % 360;
        }
        Log.i(TAG, "setCamerDisplayOrientation: result=" + result + " cameraId=" + cameraId + " facing=" + cameraInfo.facing + " cameraInfo.orientation=" + cameraInfo.orientation);

        camera.setDisplayOrientation(result);
    }

Camera的预览、帧回调处理、保存图片旋转和镜像处理

private void startPreview() {

        //问题六：很多时候，不仅仅要预览，在预览视频的时候，希望能做一些检测，比如人脸检测等。这就需要获得预览帧视频
        mCamera.setOneShotPreviewCallback(new Camera.PreviewCallback() {
            @Override
            public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {
                Log.i(TAG, "onPreviewFrame: setOneShotPreviewCallback");
                Camera.Size previewSize = mCamera.getParameters().getPreviewSize();
                YuvImage yuvImage = new YuvImage(data, ImageFormat.NV21, previewSize.width, previewSize.height, null);
                ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream(data.length);
                if(!yuvImage.compressToJpeg(new Rect(0,0,previewSize.width,previewSize.height),100,os)){
                    Log.e(TAG, "onPreviewFrame: compressToJpeg error" );
                    return;
                }
                byte[] bytes = os.toByteArray();
                Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(bytes, 0, bytes.length);

                //这里的处理方式是简单的把预览的一帧图保存下。如果需要做人脸设别或者其他操作，可以拿到这个bitmap进行分析处理
                //我们可以通过找出这张图片发现预览保存的图片的方向是不对的，还是Camera的原始方向，需要旋转一定角度才可以。
                if(curCameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_BACK){
                    bitmap = rotate(bitmap,90);
                }else {
                    bitmap = mirror(rotate(bitmap,270));
                }
                saveBitmapToFile(bitmap,"oneShot.jpg");
            }
        });


        mCamera.startPreview();

    }

 void saveBitmapToFile(Bitmap bitmap, String fileName) {
        File file = new File(MyApplication.getContext().getExternalFilesDir(Environment.DIRECTORY_PICTURES), fileName);
        if (file.exists()) {
            file.delete();
        }
        try {
            file.createNewFile();
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
            bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 100, fos);
            fos.flush();
            fos.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

//水平镜像翻转
    public Bitmap mirror(Bitmap rawBitmap) {
        Matrix matrix = new Matrix();
        matrix.postScale(-1f, 1f);
        return Bitmap.createBitmap(rawBitmap, 0, 0, rawBitmap.getWidth(), rawBitmap.getHeight(), matrix, true);
    }

    //旋转
    public Bitmap rotate(Bitmap rawBitmap, float degree) {
        Matrix matrix = new Matrix();
        matrix.postRotate(degree);
        return Bitmap.createBitmap(rawBitmap, 0, 0, rawBitmap.getWidth(), rawBitmap.getHeight(), matrix, true);
    }

Camera的切换

private void switchCamera() {
        if (mCamera != null) {
            releaseCamera();
            initCamera((curCameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) ? Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_BACK : Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT);
            try {
                mCamera.setPreviewDisplay(mSurfaceHolder);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            startPreview();
        }
    }

    private void releaseCamera() {
        if (mCamera != null) {
            mCamera.setPreviewCallback(null);
            mCamera.stopPreview();
            mCamera.release();
            mCamera = null;
        }
    }

三、遇到的问题 (页面卡住、黑屏、倒立等)

问题一：切换摄像头后画面卡住

解决：需要先关闭Camera释放资源，然后重新打开切换后的Camera，重新设置PreviewDisplay 然后开始预览

问题二：页面重新打开后（在预览页按Home键推到后台，然后再回到前台）SurfaceView的内容黑屏

解决：通过查看log看到有一个异常信息：“Camera is being used after Camera.release() was called” 原来是在surfaceDestroyed时调用了Camera的release 但是没有设置为null, 在surfaceCreated的时候是根据camera是否为空来判断是否需要重新初始化。

问题三：前摄像头预览出现倒立并且是镜像状态

public static void setCamerDisplayOrientation(Activity activity, int cameraId, Camera camera) {
        Camera.CameraInfo cameraInfo = new Camera.CameraInfo();
        Camera.getCameraInfo(cameraId, cameraInfo);
        int result = 0;
        if (cameraInfo.facing == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
            result = (cameraInfo.orientation) % 360;
        } 
        camera.setDisplayOrientation(result);

解决：

`public static void setCamerDisplayOrientation(Activity activity, int cameraId, Camera camera) {
        Camera.CameraInfo cameraInfo = new Camera.CameraInfo();
        Camera.getCameraInfo(cameraId, cameraInfo);
        int result = 0;
        if (cameraInfo.facing == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
            result = (cameraInfo.orientation) % 360;
            result = (360 - result) % 360;
        } 
        camera.setDisplayOrientation(result);

图片来自 [Android: Camera相机开发详解(上)]

问题四：很多时候，不仅仅要预览，在预览视频的时候，希望能做一些检测，比如人脸检测等。这就需要获得预览帧视频，该如何做呐？

Camera提供了setPreviewCallback、setOneShotPreviewCallback以及setPreviewCallbackWithBuffer三个方法供使用者进行帧回调处理。比如下面的处理时，通过setOneShotPreviewCallback获取一帧的bitmap，然后进行保存到文件

mCamera.setOneShotPreviewCallback(new Camera.PreviewCallback() {
@Override
public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {
Log.i(TAG, "onPreviewFrame: setOneShotPreviewCallback");
Camera.Size previewSize = mCamera.getParameters().getPreviewSize();
YuvImage yuvImage = new YuvImage(data, ImageFormat.NV21, previewSize.width, previewSize.height, null);
ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream(data.length);
if(!yuvImage.compressToJpeg(new Rect(0,0,previewSize.width,previewSize.height),100,os)){
Log.e(TAG, "onPreviewFrame: compressToJpeg error" );
return;
}
byte[] bytes = os.toByteArray();
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(bytes, 0, bytes.length);

            //这里的处理方式是简单的把预览的一帧图保存下。如果需要做人脸设别或者其他操作，可以拿到这个bitmap进行分析处理
          FileUtils.saveBitmapToFile(bitmap,"oneShot.jpg");
        }
    });

问题五：发现保存的图片和预览的图片的方向不一致

解决：预览通过Camera的setDisplay Orientation根据前后摄像头的需旋转的角度进行了处理，但是保存为图片是和预览时的设置时不相关的，需要单独处理

222.png

图片来自 [Android: Camera相机开发详解(上)]

//我们可以通过找出这张图片发现预览保存的图片的方向是不对的，还是Camera的原始方向，需要旋转一定角度才可以。

                if(curCameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_BACK){
                    bitmap = BitmapUtils.rotate(bitmap,90);
                }else {
                    bitmap = BitmapUtils.mirror(BitmapUtils.rotate(bitmap,270));
                }


public class BitmapUtils {
    //水平镜像翻转
    public static Bitmap mirror(Bitmap rawBitmap) {
        Matrix matrix = new Matrix();
        matrix.postScale(-1f, 1f);
        return Bitmap.createBitmap(rawBitmap, 0, 0, rawBitmap.getWidth(), rawBitmap.getHeight(), matrix, true);
    }

    //旋转
    public static Bitmap rotate(Bitmap rawBitmap, float degree) {
        Matrix matrix = new Matrix();
        matrix.postRotate(degree);
        return Bitmap.createBitmap(rawBitmap, 0, 0, rawBitmap.getWidth(), rawBitmap.getHeight(), matrix, true);
    }
}

参考资料

《音视频开发进阶指南》
[Android: Camera相机开发详解(上)]
Android camera2 实现相机预览及获取预览帧数据流
Activity启动后View何时开始绘制（onCreate中还是onResume之后？）

收获

Camera的Facing、Orientation 、Size、PreviewCallback等基础知识的实践和了解
camera预览的流程熟悉
黑屏、卡顿、倒立、镜像等问题的分析和处理处理

感谢你的阅读。
下一篇我们来一起学习实践下MediaExtractor和MediaMuxer 来解析和封装MP4文件。

音视频开发之旅（四）Camera视频采集

目录

一、 Camera基础知识

二、视频采集的流程

三、遇到的问题 (页面卡住、黑屏、倒立等)

问题一：切换摄像头后画面卡住

问题二：页面重新打开后（在预览页按Home键推到后台，然后再回到前台）SurfaceView的内容黑屏

问题三：前摄像头预览出现倒立并且是镜像状态

问题四：很多时候，不仅仅要预览，在预览视频的时候，希望能做一些检测，比如人脸检测等。这就需要获得预览帧视频，该如何做呐？

问题五：发现保存的图片和预览的图片的方向不一致

参考资料

收获

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音视频开发之旅（四）Camera视频采集

目录

一、 Camera基础知识

二、视频采集的流程

三、遇到的问题 (页面卡住、黑屏、倒立等)

问题一 ：切换摄像头后画面卡住

问题二： 页面重新打开后（在预览页按Home键推到后台，然后再回到前台）SurfaceView的内容黑屏

问题三：前摄像头预览出现倒立并且是镜像状态

问题四：很多时候，不仅仅要预览，在预览视频的时候，希望能做一些检测，比如人脸检测等。这就需要获得预览帧视频，该如何做呐？

问题五：发现保存的图片和预览的图片的方向不一致

参考资料

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问题一：切换摄像头后画面卡住

问题二：页面重新打开后（在预览页按Home键推到后台，然后再回到前台）SurfaceView的内容黑屏