Android camera preview and take picture with V4l2

转自：http://zhougaofeng.ixiezi.com/2009/12/02/android-camera-preview-and-take-picture-with-v4l2/

这部分spec的内容没有全看懂，但是根据FSL的代码能知道这其中的sequence，下面就结合着FSL的代码来描述下video overlay过程的sequence。

首先介绍一下video overlay，vieo overlay不同于video capture，是指不需要对video信号的帧进行copy，直接将视频信号转化成显卡的VGA信号或者将捕获到的视频帧直接存放在显卡的内存中，具体 过程就是将视频帧直接写入framebuffer中，不需要经过android 平台的处理。实际上看过FSL的camera preview过程之后就知道，它就是直接将视频数据 写入framebuffer，而没有经过android的surfaceflinger的处理。Video overlay需要硬件的支持，必须是支持video overlay的camera才能使用这套overlay interface。

因为video overlay直接使用 linux 的framebuffer来显示捕获到的 image ， 所以和capture相比它更具有效率，而不是将捕获到的image拷贝以后通过其他的方式(android surfaceflinger)来显示。Viedo overlay只用来preview，又被称为framebuffer overlay或previwing。

从spec上来看，实际上video capture interface也能实现preview，只是没有overlay有效率，因为video capture是将数据经过copy以后由android surfaceflinger来控制进行显示(实际上最后surfaceflinger还是通过framebuffer来显示的)。

Video overlay和Video capture使用同样的device，overlay的功能只有在调用VIDIOC_S_FMT后才会有效。下面就看看overlay流程的sequcence。

1、open device

这部分同video capture，首先是要打开设备。如果是同时进行overlay和capture，应该尽量不使用同一个文件 描述符，比如说如果此时在overlay，要拍照的话应该再打开设备，使用一个分开的文件描述符来进行capture。如果driver支持同时进行 overlay和capture的话，必须支持使用分开的文件描述符来分别进行overlay和capture 。

camera_device = open(VIDEO_DEVICE, O_RDWR)) ;

2、set output

对于这个设置 输出不是太理解，但overlay换个角度来说是将捕获的image重新组合成能在屏幕上显示的视频信号，在这里的设置输出应该是如果device有多个输出的话，选择一个输出来将数据输入到屏幕，也就是framebuffer。

ioctl(camera_device, VIDIOC_S_OUTPUT, &g_display_lcd) ;

3、set control［可选］

设置用户控制参数，FSL在这里使用了他们驱动自定义的控制参数，不是很理解这个参数设置是想实现什么操作，我觉得这个应该是可选的。

ioctl(camera_device, VIDIOC_S_CTRL, &ctl) ;

4、set crop

这个同video capture是一样的，只是type由V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE换成了V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY，然后是取景参数的设置：left，top，width，height。

ioctl(camera_device, VIDIOC_S_CROP, &crop) ;

5、set format

这个format应该是最后preview我们在屏幕上看到的image的格式，如果在video capture中，这个就是我们拍照时image的格式。

ioctl(camera_device, VIDIOC_S_FMT, fmt) ;

6、 get video std

这个我觉得肯定是可选的，取得当前视频标准

ioctl(camera_device, VIDIOC_G_STD, &id) ;

7、set stream param

设置流参数，这个和video capture是相同的，这里的param.type是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE，其中timeperframe的分母是需要设定的帧率，而分子是1。

ioctl(camera_device, VIDIOC_S_PARM, &parm) ;

［PS］这里补充一点stream param方面的spec：

一般来说当前的帧率是由当前的视频标准来决定的，如果默认采用视频标准的帧率就不需要设置流参数，但是如果想获得或者设定自己的帧率就需要使用VIDIOC_G_PARM, VIDIOC_S_PARM：

int ioctl(int fd, int request, v4l2_streamparm *argp);

struct v4l2_stramparam包含以下主要成员：

enum v4l2_buf_type type

union param

struct v4l2_captureparm capture

struct v4l2_outputparam output

//要注意的是在这里，不管是overaly还是capture，这里的buffer type都是选择的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE。

Struct v4l2_captureparam包含以下主要成员：

__u32 capturemode

//是否支持高质量图像捕捉

struct v4l2_fract timeperframe

//设置帧率，通过分母分子实现

这里要注意的是，通过 VIDIOC_S_PARM设置帧率不一定成功，driver会根据硬件限制来设置这些参数，所以一般设置以后可以通过VIDIOC_G_PARM来看设定是否成功。

前面从1－8都是设置overlay的参数，然后需要设置framebuufer的参数，framebuffer参数部分的设置通过VIDIOC_G_FBUF，VIDIOC_S_FBUF来实现，这里的参数也是比较复杂，具体可以去参照这个spec：http://v4l2spec.bytesex.org/spec/r10595.htm

我看FSL的代码，它也是采用了默认的framebuffer的参数，唯一的就是改变了一下flag：

ioctl(camera_device, VIDIOC_G_FBUF, &fb_v4l2) ;

fb_v4l2.flags = V4L2_FBUF_FLAG_OVERLAY;

ioctl(camera_device, VIDIOC_S_FBUF, &fb_v4l2) ;

在设置framebubffer参数之前，FSL打开了framebuffer设备，并对屏幕进行了一系列的配置，因为overlay状态下是直接写屏，所以它这里加入了对framebuffer设备的配置工作。

完成这一系列的配置以后通过调用overlay即开始了overlay过程，在这里overlay的数为0时为关闭overlay，为1时为打开overlay。

ioctl(camera_device, VIDIOC_OVERLAY, &overlay) ; 

实际上看FSL的preview代码，虽然也加入了线程的概念，但线程内没有作什么实际性的内容，在preview线程起来之前，overlay实际上已经开始了。个人觉得这个preview线程是一个多余的操作。而且它也没有用到android内部的 memory ， 因此在overlay preview的启动过程中对initHeapLocked()的调用也完全是多余的，没有进行实质性的操作。由此可见FSL code完全就是通过linux和v4l2来实现了camera preview的功能，甚至连previewcallback都省去了。
FSL camera take picture with v4l2

首先说明一下可能是因为FSL 的camera 不支持autofocus ，所以它没有实现对autofocus 的支持，autofucus 线程直接调用了callback ，没有进行操作。

FSL 对拍照提供了一套它自己的 jpeg 编码，获得的数据可以进行jpeg 编码，也可以直接将捕获的raw data 以call back 返回。Take picture 是建立在preview 的基础 上的，实际上就是将preview 中捕获的某个image 保存下来。在FSL code 中是在overlay 的基础上，重新打开设备，在新的文件描述符上设置take picture 相关的参数，从设备中读到数据以后，再将参数还原到overlay 的状态。下面我们看看take picture 的sequence ：

1 、shutter callback

因为拍照是通过快门事件激发的，所以首先会调用mShutterCallback ；

2 、open device

打开一个新的文件描述符来进行take picture 的操作

3 、set format

设置capture 的image format ，可以看看它对参数的设置：

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.pixelformat = g_still_pixelformat;

fmt.fmt.pix.width = g_width;

fmt.fmt.pix.height = g_height;

fmt.fmt.pix.sizeimage = fmt.fmt.pix.width * fmt.fmt.pix.height * g_still_bpp / 8;

fmt.fmt.pix.bytesperline = g_width * g_still_bpp / 8;

其中bpp 是每个像素所占有的比特位

ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_FMT, &fmt) ；

4 、set crop

同样可以看看设置的crop parameter ：

crop.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

crop.c.left = 0;

crop.c.top = 0;

crop.c.width = g_width;

crop.c.height = g_height;

ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_CROP, &crop) ；

5 、set stream paramter

parm.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

parm.parm.capture.timeperframe.numerator = 1;

parm.parm.capture.timeperframe.denominator = g_still_camera_framerate;

parm.parm.capture.capturemode = g_capture_mode;

ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_PARM, &parm) ；

6 、read image data

read(camera_device, buf1, fmt.fmt.pix.sizeimage) ；

这里存在一点疑问，这个camera_device 中的数据是从何而来的，根据v4l2 协议 就是当前overlay 到的数据么？

7 、将数据直接以rawcallback 返回或者压缩成jpeg 返回。