Android系统中视频电话中camera部分数据流分析

最近在研究如何移植Android的camera系统，对camera的应用场景做了一些分析。Camera一般用于图像浏览、拍照和视频录制。图像浏览和拍照的数据流是比较清晰的，这里就不做赘述了。视频录制应用于视频电话中。拨打视频电话时，既可以看见对方的图像，又可以看见自己的图像；当然，对方也是如此。从camera获取的图像数据，既需要在本地浏览，还需要video encoder编码后传输到对方手机。这样的场景中，图像数据要同时做preview和record两种操作。

一、回调函数传递

首先需要将客户端的回调函数传递到底层，当底层获取完图像数据后，回调该函数，通知上层，做相应的处理。

类AndroidCameraInput作为客户端，它有两个成员，分别为：

sp<android::Camera> mCamera;

sp<AndroidCameraInputListener> mListener;

类AndroidCameraInput就可以通过mCamera访问camera系统的对外接口。

类AndroidCameraInputListener继承于类CameraListener，它有三个成员函数，分别为：

virtual void notify(int32_t msgType, int32_t ext1, int32_t ext2){}

virtual void postData(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr);

virtual void postDataTimestamp(nsecs_t timestamp, int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr);

这里需要说明的是postDataTimestamp()，它是客户端实现的回调函数，其定义为：

void AndroidCameraInputListener:: postDataTimestamp(nsecs_t timestamp, int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr){}

当camera HAL层捕获到一帧数据后，就会调用该回调函数，告诉客户端。客户端在这个回调函数里先判断参数msgType是不是CAMERA_MSG_VIDEO_FRAME，如果是，即表示要对该帧数据进行编码处理，编码结束后会调用mCamera的函数releaseRecordingFrame()，其对应的HAL层的定义为：

void QualcommCameraHardware::releaseRecordingFrame(const sp<IMemory>& mem_attibute_((unused))){}

在这个函数里，会调用函数LINK_camera_release_frame()告诉camera硬件，存放当前帧的buffer可以被释放，用于下一帧使用。

回调函数postDataTimestamp()如何注册到HAL层，这里需要详细说明。

在客户端中，是通过mCamera的setListener()函数将mListener注册到mCamera中的，既将几个回调函数注册给mCamera：

mCamera->setListener(mListener);

mCamera继承于类BnCameraClient，而BnCameraClient继承于类ICameraClient。类ICameraClient有纯虚函数：

virtual void dataCallbackTimstamp(nsecs_t timestamp, int32_t msgType, const sp<IMemory>& data) = 0;

类Camera中定义了虚函数dataCallbackTimstamp()并做了实现：

virtual void dataCallbackTimstamp(nsecs_t timestamp, int32_t msgType, const sp<IMemory>& data)；

dataCallbackTimstamp()实现中，调用了类Camera的成员mListener的成员函数postDataTimestamp()。

类CameraService有成员类Client，类Client有成员：

sp<ICameraClient> mCameraClient;

sp<CameraHardwareInterface> mHardware;

在类CameraService的成员类Client构造函数中：

CameraService::Client::Client(const sp<CameraService>& cameraService, const sp<ICameraClient>& cameraClient, pid_t clientPid){}

其中调用了mHardware的函数setCallbacks()：

mHardware->setCallbacks(notifyCallback,

                                   dataCallback,

                                   dataCallbackTimestamp,

                                   mCameraService.get());

如下函数：

bool QualcommCameraHardware::setCallbacks(preview_callback pcb, void *puser,

                                                 recording_callback rcb, void *ruser){}

将recording_callback赋给了mHardware的成员mRecordingCallback，至此，已将类AndroidCameraInput中的回调函数postDataTimestamp()传递给了camera的HAL层的成员mRecordingCallback。

 

二、数据buffer分配

在提供的Android代码中，有一个camera HAL层的实例，即QualcommCameraHardware。在类QualcommCameraHardware中，默认分配了6个buffer，其中4个preview buffer，1个raw buffer，1个JPEG buffer。在视频电话中，只用了preview buffer。

类QualcommCameraHardware在函数initPreview()中对preview buffer做了初始化。

bool QualcommCameraHardware::initPreview(){}

其中有code为：

mPreviewHeap = new PreviewPmemPool(kRawFrameHeaderSize +

                     mPreviewWidth * mPreviewHeight * 2, //worst

                     kPreviewBufferCount,

                     mPreviewFrameSize,

                     kRawFrameHeaderSize,

                     “preview”);

QualcommCameraHardware::PreviewPmemPool::PreviewPmemPool(

            int buffer_size, int num_buffers,

            int frame_size,

            int frame_offset,

            const char *name) :

        QualcommCameraHardware::PmemPool("/dev/pmem_adsp",

                                         buffer_size,

                                         num_buffers,

                                         frame_size,

                                         frame_offset,

                                         name)

    {

        LOGV("constructing PreviewPmemPool");

        if (initialized()) {

            LINK_camera_assoc_pmem(QDSP_MODULE_VFETASK,

                                   mFd,

                                   mHeap->base(),

                                   mAlignedSize,

                                   0); // external

        }

    }

QualcommCameraHardwares使用PMEM驱动对preview buffer进行了分配。Android PMEM是其专用的驱动，称为物理内存驱动。在HAL层分配完preview buffer后，通过函数LINK_camera_assoc_pmem将分配信息传递给底层库。底层库中有对这4个preview buffer的管理机制。

视频电话中，当camera捕获一帧数据后，存储该数据的buffer会被同时用于preview和record。只用当客户端调用了函数releaseRecordingFrame()之后才能将对应的buffer释放掉，用于其它帧使用。

 

三、视频录制调用

客户端类AndroidCameraInput启动record，通过下面的调用：

mCamera->startRecording()；

其会调到函数：

status_t CameraService::Client::startRecording(){}

此处为mHardware设置了message CAMERA_MSG_VIDEO_FRAME，并调用函数 startCameraMode()。其定义为：

status_t CameraService::Client::startCameraMode(camera_mode mode){}

参数camera_mode为CAMERA_RECORDING_MODE，于是调了startRecordingMode。其定义为：

status_t CameraService::Client::startRecordingMode(){}

其中会先启动preview，如果它没有启动的话，调用了startPreviewMode，即：

status_t CameraService::Client::startPreviewMode(){}

这里会处理preview的显示介质，如果使用Overlay显示，会设置相应的Overlay，同时调用mHardware->startPreview()以启动preview；否则先调用mHardware->startPreview()启动preview，然后设置buffer：调用函数registerPreviewBuffers()，其定义为：

status_t CameraService::Client::registerPreviewBuffers(){}

这里会调用mHardware->getPreviewHeap()，从HAL层获得preview的buffer，将其设置给Surface去显示preview的结果。

类QualcommCameraHardware对startPreview的定义如下：

status_t QualcommCameraHardware::startPreview(preview_callback pcb, void *puser){}

它调用了startPreviewInternal()，其定义为：

status_t QualcommCameraHardware:startPreviewInternal(preview_callback pcb, void (puser, recording_callback rcb, void *ruser){}

函数里调用了setCallbacks(pcb, puser, rcb, ruser)，更新了preview和record的回调函数。另外调用函数LINK_camera_start_preview(camera_cb, this)，向driver层传递函数camera_cb。其定义为：

void QualcommCameraHardware::camera_cb(camera_cb_type cb, const void *client_data, camera_func_type func, int32_t parm4){}

函数里，当mCameraState为QCS_PREVIEW_IN_PROGRESS时，preview成功，同时调用函数receivePreviewFrame，其定义为：

void QualcommCameraHardware::receivePreviewFrame(camera_frame_type *frame){}

它调用了回调函数mPreviewCallback和mRecordingCallback，这就回调了函数postDataTimstamp()，告诉客户端一帧数据已经获取成功，其可以开始编码了。

前面已经讲过，当客户端对该帧数据的处理结束后，会告诉底层库释放该帧所占用的buffer空间，以备其他帧使用。

如此，preview和record同时进行，即可实现视频电话功能。

 

四、Preview数据的显示

Preview数据可以通过Overlay和Surface两种介质去显示，下面分别作以介绍。

1、  使用Overlay显示

如果要使用Overlay，底层硬件必须支持Overlay。在CameraService::Client的构造函数中，有相应的判断。

CameraService::Client::Client(const sp<CameraService>& cameraService,

        const sp<ICameraClient>& cameraClient, pid_t clientPid){}

mUseOverlay = mHardware->useOverlay();如果返回值为true，则表示硬件支持Overlay；否则只能使用Surface显示。

status_t CameraService::Client::startPreviewMode(){}中，判断如果Overlay可用，就会调用函数setOverlay()，其定义为：

status_t CameraService::Client::setOverlay(){}

其中会通过mSurface->createOverlay()创建Overlay，然后通过函数mHardware->setOverlay(new Overlay(mOverlayRef));将其设置给mHardware。

Android系统中提供了Overlay的接口，其具体实现需要自己做。在TI的实例中，在创建Overlay时，它就为Overlay申请了8个buffer。然后在HAL层，通过Overlay的接口：void* getBufferAddress(overlay_buffer_t buffer)，获得Overlay的buffer地址。将该buffer传递给硬件，camera硬件将捕获的数据填充到该buffer中。然后通过Overlay的接口：status_t queueBuffer(overlay_buffer_t buffer)，将该buffer加入到Overlay的队列中。最后调用Overlay的接口：status_t dequeueBuffer(overlay_buffer_t* buffer)，将那个buffer从队列中取出，此时即Overlay已经对其显示过了。dequeueBuffer()一般应该是一个阻塞函数，当显示完成后这个函数才返回。

当然，Overlay的buffer也可以在HAL层申请，然后通过queueBuffer()，将buffer加入到Overlay的队列中。

2、  使用Surface显示

在CameraService的函数：status_t CameraService::Client::startPreviewMode()中，如果使用Surface，会调用函数registerPreviewBuffers()向Surface注册buffers。registerPreviewBuffers()的定义为：

status_t CameraService::Client::registerPreviewBuffers(){}

其中有：

ISurface::BufferHeap buffers(w, h, w, h,

                                 PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_SP,

                                 transform,

                                 0,

                                 mHardware->getPreviewHeap());

 

    status_t ret = mSurface->registerBuffers(buffers);

其将mHardware的preview heap传递给了Surface。

当Camera的底层库中获取到了preview数据，它会回调函数：

void QualcommCameraHardware::camera_cb(camera_cb_type cb,

                                           const void *client_data,

                                           camera_func_type func,

                                           int32_t parm4){}

其中，在preview模式下，会调用函数：

void QualcommCameraHardware::receivePreviewFrame(camera_frame_type *frame){}

它有代码如下：

mPreviewCallback(mPreviewHeap->mBuffers[offset],

                                 mPreviewCallbackCookie)；

这是回调了preview的回调函数。其定义为：

void CameraService::Client::dataCallback(int32_t msgType, const sp<IMemory>& dataPtr, void* user){}

其中，preview模式下，会调用函数：

void CameraService::Client::handlePreviewData(const sp<IMemory>& mem){}

其通过mSurface->postBuffer(offset)，将存储当前捕获数据的buffer送给Surface去显示。

函数CameraService::Client::stopPreview()中会调用函数：

mSurface->unregisterBuffers()，以释放原来注册的buffers。

当回调了preview的回调函数mPreviewCallback之后，如果mRecordingCallback为空，则直接调用LINK_camera_release_frame()，释放当前图像数据的buffer；否则调用回调函数mRecordingCallback，进入录制的流程。

 

以上就是我对Android系统中，视频电话的Camera部分的数据流的一个简单分析。如有问题，还望各位高手指点，谢谢。