Android 相机库CameraView源码解析 (一) : 预览

1. 前言

这段时间，在使用 natario1/CameraView 来实现带滤镜的预览、拍照、录像功能。
由于CameraView封装的比较到位，在项目前期，的确为我们节省了不少时间。
但随着项目持续深入，对于CameraView的使用进入深水区，逐渐出现满足不了我们需求的情况。
Github中的issues中，有些BUG作者一直没有修复。

那要怎么办呢 ? 项目迫切地需要实现相关功能，只能自己硬着头皮去看它的源码，去解决这些问题。
而这篇文章是其中关于CameraView怎么进行预览的源码解析。

以下源码解析基于CameraView 2.7.2

implementation("com.otaliastudios:cameraview:2.7.2")

为了在博客上更好的展示，本文贴出的代码进行了部分精简

在这里插入图片描述

2. 初始化CameraEngine

在CameraView构造方法中，会调用doInstantiateEngine，用来初始化CameraEngine。
CameraEngine是一个抽象类，根据我们的配置分别返回Camera1Engine和Camera2Engine。
可以看到，这里mExperimental成立并且engine等于CAMERA2的情况下，会返回Camera2Engine。

protected CameraEngine instantiateCameraEngine(Engine engine, CameraEngine.Callback callback) {if (mExperimental && engine == Engine.CAMERA2) {return new Camera2Engine(callback);} else {mEngine = Engine.CAMERA1;return new Camera1Engine(callback);}
}

所以如果我们要使用Camera2 API，需要配置上app:cameraEngine="camera2"和app:cameraExperimental="true"

<com.otaliastudios.cameraview.CameraViewandroid:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent"app:cameraEngine="camera2"app:cameraExperimental="true" />

2. 初始化CameraPreview

在CameraView调用View生命周期中的onAttachedToWindow的时候，调用了doInstantiatePreview()方法，初始化预览相关代码

void doInstantiatePreview() {mCameraPreview = instantiatePreview(mPreview, getContext(), this);mCameraEngine.setPreview(mCameraPreview);if (mPendingFilter != null) {setFilter(mPendingFilter);mPendingFilter = null;}
}

mCameraPreview是CameraPreview抽象类，根据xml中不同的app:cameraPreview配置会创建不同的CameraPreview

  • surface : 创建SurfaceCameraPreview
  • texture : 创建TextureCameraPreview
  • glSurface : 创建GlCameraPreview

这里以surface为例，实际创建的CameraPreview是SurfaceCameraPreview，其职责就是在初始化方法的时候，通过LayoutInflater.from创建SurfaceView，并封装了SurfaceHolder.Callback回调。

public class SurfaceCameraPreview extends CameraPreview<SurfaceView, SurfaceHolder> {//...省略了部分代码...@Overrideprotected SurfaceView onCreateView(@NonNull Context context, @NonNull ViewGroup parent) {View root = LayoutInflater.from(context).inflate(R.layout.cameraview_surface_view, parent, false);parent.addView(root, 0);SurfaceView surfaceView = root.findViewById(R.id.surface_view);final SurfaceHolder holder = surfaceView.getHolder();holder.setType(SurfaceHolder.SURFACE_TYPE_PUSH_BUFFERS);holder.addCallback(new SurfaceHolder.Callback() {//...@Overridepublic void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {if (!mDispatched) {dispatchOnSurfaceAvailable(width, height);mDispatched = true;} else {dispatchOnSurfaceSizeChanged(width, height);}}@Overridepublic void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {LOG.i("callback: surfaceDestroyed");dispatchOnSurfaceDestroyed();mDispatched = false;}});mRootView = root;return surfaceView;}
}

3. Camera2Engine和CameraView建立关联

接着，调用mCameraEngine.setPreview(mCameraPreview);，mCameraEngine内部设置了SurfaceCallback回调，SurfaceCallback回调有onSurfaceAvailable、onSurfaceChanged、onSurfaceDestroyed三个方法。

public final void setPreview(@NonNull CameraPreview cameraPreview) {if (mPreview != null) mPreview.setSurfaceCallback(null);mPreview = cameraPreview;mPreview.setSurfaceCallback(this);
}

4. 回调SurfaceCallBack.onSurfaceAvailable

在CameraBaseEngine的onSurfaceAvailable回调中，调用了startBind()->onStartBind()和startPreview()->onStartPreview()

@Override
public final void onSurfaceAvailable() {startBind();startPreview();
}

onStartBind和onStartPreview是抽象方法，Camera1Engine和Camera2Engine分别实现了CameraBaseEngine，分别用来实现Camera1和Camera2。

@NonNull
@EngineThread
protected abstract Task<Void> onStartBind();@NonNull
@EngineThread
protected abstract Task<Void> onStartPreview();

这里以Camera2为例，对于Camera2不了解的同学，可以先看我的另一篇博客 : 十分钟实现 Android Camera2 相机预览 。
接下来的部分，就是Camera2 API绑定Surface和预览的具体实现了。

5. onStartBind

5.1 估算图像尺寸

分别估算出预览和拍照的图像尺寸，为后续预览和拍照做准备

//估算出拍照时图像的尺寸
mCaptureSize = computeCaptureSize();
//估算出预览时的图像尺寸
mPreviewStreamSize = computePreviewStreamSize();

5.2 添加预览SurfaceHolder

接着调用setFixedSize，给SurfaceView设置刚才估算出来的预览的尺寸 ;
然后调用outputSurfaces.add，将CameraView的SurfaceHolder添加到outputSurfaces列表中。

List<Surface> outputSurfaces = new ArrayList<>();final Class outputClass = mPreview.getOutputClass();
final Object output = mPreview.getOutput();
if (outputClass == SurfaceHolder.class) {Tasks.await(Tasks.call(new Callable<Void>() {@Overridepublic Void call() {//必须在UI线程调用((SurfaceHolder) output).setFixedSize(mPreviewStreamSize.getWidth(),mPreviewStreamSize.getHeight());return null;}}));mPreviewStreamSurface = ((SurfaceHolder) output).getSurface();
} else if (outputClass == SurfaceTexture.class) {//...省略了关于SurfaceTexture的实现...
} else {throw new RuntimeException("Unknown CameraPreview output class.");
}
outputSurfaces.add(mPreviewStreamSurface);

5.3 初始化视频录制相关类

如果是Video模式，那么会初始化Full2VideoRecorder，这个专门用来在Camera2中录制视频的类。
接着在outputSurfaces列表中添加Full2VideoRecorder单独创建的Surface。( 实质就是从mMediaRecorder.getSurface()中获取的Surface )

if (getMode() == Mode.VIDEO) {if (mFullVideoPendingStub != null) {Full2VideoRecorder recorder = new Full2VideoRecorder(this, mCameraId);try {outputSurfaces.add(recorder.createInputSurface(mFullVideoPendingStub));} catch (Full2VideoRecorder.PrepareException e) {throw new CameraException(e, CameraException.REASON_FAILED_TO_CONNECT);}mVideoRecorder = recorder;}
}

5.4 初始化拍照相关类

如果是Picture模式，则会先判断设置的图像格式，如果不是JPEG或DNG，则抛出异常，说明不支持该格式。
接着会根据mCaptureSize拍照尺寸和图片格式，创建mPictureReader，这个类是Camera2中拍照要用到的类，用来获取相机捕获的图像数据。
接着会将mPictureReader中的Surface也添加到outputSurfaces列表中。

if (getMode() == Mode.PICTURE) {int format;switch (mPictureFormat) {case JPEG: format = ImageFormat.JPEG; break;case DNG: format = ImageFormat.RAW_SENSOR; break;default: throw new IllegalArgumentException("Unknown format:" + mPictureFormat);}mPictureReader = ImageReader.newInstance(mCaptureSize.getWidth(),mCaptureSize.getHeight(),format, 2);outputSurfaces.add(mPictureReader.getSurface());
}

5.5 帧处理

创建一个帧处理的ImageReader，名字叫做mFrameProcessingReader。
并将其添加到outputSurfaces列表中。

if (hasFrameProcessors()) {mFrameProcessingSize = computeFrameProcessingSize();/*** 很难把原因写出来，但是在Camera2中，我们需要的帧数比图像数少1。* 如果我们让所有图像都成为帧的一部分，从而让所有图像在任何给定时刻被处理器使用，Camera2输出就会中断。* 事实上，如果没有可用的图像，传感器会阻塞，直到它找到一个图像，这是一个大问题，因为处理器时间成为预览的瓶颈。* 这是ImageReader / sensor实现中的一个设计缺陷，因为如果没有可用的图像，它们应该简单地将写入的帧放置到surface上。* 由于这不是事情的工作方式，我们确保在这里始终有一个图像可用。*/mFrameProcessingReader = ImageReader.newInstance(mFrameProcessingSize.getWidth(),mFrameProcessingSize.getHeight(),mFrameProcessingFormat,getFrameProcessingPoolSize() + 1);mFrameProcessingReader.setOnImageAvailableListener(this,null);mFrameProcessingSurface = mFrameProcessingReader.getSurface();outputSurfaces.add(mFrameProcessingSurface);
} else {mFrameProcessingReader = null;mFrameProcessingSize = null;mFrameProcessingSurface = null;
}

这里特别需要注意的是这个ImageReader调用了setOnImageAvailableListener，当有图像数据时，就会回调onImageAvailable方法。
这里会从reader.acquireLatestImage()中获取到android.media.Image对象，然后将其组装成com.otaliastudios.cameraview.frame.Frame对象，接着调用getCallback().dispatchFrame(frame);来进行回调。

@EngineThread
@Override
public void onImageAvailable(ImageReader reader) {Image image = reader.acquireLatestImage();if (getState() == CameraState.PREVIEW && !isChangingState()) {Frame frame = getFrameManager().getFrame(image, System.currentTimeMillis());if (frame != null) {getCallback().dispatchFrame(frame);} } else {image.close();}
}

这个getCallback()是在哪里设置的呢 ? CameraView中有addFrameProcessor方法，专门用来设置这个回调。

public void addFrameProcessor(@Nullable FrameProcessor processor) {if (processor != null) {mFrameProcessors.add(processor);if (mFrameProcessors.size() == 1) {mCameraEngine.setHasFrameProcessors(true);}}
}

所以我们想要取到预览时候的实时帧数据，就在自己Activity的代码中，添加这个回调就行。

cameraView.addFrameProcessor {//预览每一帧的回调val image = it.getData<Image>()Log.i(TAG, "image width:${image.width} height:${image.height}")image.close()
}

5.6 创建CameraCaptureSession

这里就是根据outputSurfaces列表，创建对应的android.hardware.camera2.CameraCaptureSession，从而实现关联对应功能的Surface。

mCamera.createCaptureSession(outputSurfaces, new CameraCaptureSession.StateCallback() {@Overridepublic void onConfigured(@NonNull CameraCaptureSession session) {mSession = session;task.trySetResult(null);}@Overridepublic void onConfigureFailed(@NonNull CameraCaptureSession session) {//...省略了配置失败的代码...}
}, null);

6. onStartPreview

6.1 重新测量CaemraView大小

首先调用回调方法onCameraPreviewStreamSizeChanged()，内部会去调用下requestLayout()，从而触发onMeasure来重新测量CameraView尺寸。

 getCallback().onCameraPreviewStreamSizeChanged();

6.2 设置CameraPreview

这个previewSizeForView就是在onStartBind()中估算出来的预览大小，并且会对传感器的方向做翻转操作。并将其设置到mPreview中，CameraPreview是一个抽象类，具体实现类有SurfaceCameraPreview、TextureCameraPreview、GlCameraPreview，这里以SurfaceCameraPreview为例。

Size previewSizeForView = getPreviewStreamSize(Reference.VIEW);
//设置预览尺寸大小
mPreview.setStreamSize(previewSizeForView.getWidth(), previewSizeForView.getHeight());
//给mPreview设置绘制的方向
mPreview.setDrawRotation(getAngles().offset(Reference.BASE, Reference.VIEW, Axis.ABSOLUTE));
if (hasFrameProcessors()) {//如果有FrameProcessors，那么初始化FrameManagergetFrameManager().setUp(mFrameProcessingFormat, mFrameProcessingSize, getAngles());
}public final Size getPreviewStreamSize(@NonNull Reference reference) {Size size = mPreviewStreamSize;if (size == null) return null;return getAngles().flip(Reference.SENSOR, reference) ? size.flip() : size;
}

6.3 调用setRepeatingRequest

接着会调用这两句

addRepeatingRequestBuilderSurfaces();
applyRepeatingRequestBuilder(false, CameraException.REASON_FAILED_TO_START_PREVIEW);

addRepeatingRequestBuilderSurfaces会对mRepeatingRequestBuilder做一些配置，将预览的Surface添加到mRepeatingRequestBuilder中，mRepeatingRequestBuilder是android.hardware.camera2.CaptureRequest.Builder类，是接下来调用Camera2中调用setRepeatingRequest必备的一个参数。

private void addRepeatingRequestBuilderSurfaces(@NonNull Surface... extraSurfaces) {mRepeatingRequestBuilder.addTarget(mPreviewStreamSurface);if (mFrameProcessingSurface != null) {mRepeatingRequestBuilder.addTarget(mFrameProcessingSurface);}for (Surface extraSurface : extraSurfaces) {if (extraSurface == null) {throw new IllegalArgumentException("Should not add a null surface.");}mRepeatingRequestBuilder.addTarget(extraSurface);}
}

然后调用applyRepeatingRequestBuilder，在内部会调用setRepeatingRequest，因为mRepeatingRequestBuilder中添加了预览的Surface，所以调用后将不断地实时发送视频流给预览的Surface，从而实现了预览的效果。

@EngineThread
private void applyRepeatingRequestBuilder(boolean checkStarted, int errorReason) {if ((getState() == CameraState.PREVIEW && !isChangingState()) || !checkStarted) {//这将不断地实时发送视频流，直到会话断开或调用session.stoprepeat()mSession.setRepeatingRequest(mRepeatingRequestBuilder.build(),mRepeatingRequestCallback, null);}
}

7. 小结

到这里我们就对于CameraView的预览流程有了大致的了解了，内部就是调用了Camera2的API，关联SurfaceView进行预览。

  • 创建mCameraPreview，具体实现类是SurfaceCameraPreview，内部封装了SurfaceView
    • 并提供了SurfaceCallback接口用来回调onSurfaceAvailable()、onSurfaceChanged()、onSurfaceDestroyed方法
  • 调用Camera2Engine.setPreview(CameraPreview)，就是Camera2Engine实现了CameraPreview的SurfaceCallback回调
  • 在回调的onSurfaceAvailable()方法里
    • 估算出预览和拍照的尺寸
    • 将CaemraView中的SurfaceHolder添加到outputSurfaces列表
    • 如果是video模式，初始化视频录制Surface并添加到outputSurfaces列表
    • 如果是picture模式，初始化拍照Surface并添加到outputSurfaces列表
    • 初始化帧处理Surface，并添加到outputSurfaces列表
    • 根据outputSurfaces列表创建CameraCaptureSession : CameraDevice.createCaptureSession()
    • 调用CameraCaptureSession.setRepeatingRequest()开始不断地传递视频流给预览的Surface，从而完成预览功能

8. 其他

8.1 CameraView源码解析系列

Android 相机库CameraView源码解析 (一) : 预览-CSDN博客
Android 相机库CameraView源码解析 (二) : 拍照-CSDN博客

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