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

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.CameraView
    android: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...

    @Override
    protected 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() {
			//...
            @Override
            public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
                if (!mDispatched) {
                    dispatchOnSurfaceAvailable(width, height);
                    mDispatched = true;
                } else {
                    dispatchOnSurfaceSizeChanged(width, height);
                }
            }

            @Override
            public 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>() {
         @Override
         public 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() {
    @Override
    public void onConfigured(@NonNull CameraCaptureSession session) {
        mSession = session;
        task.trySetResult(null);
    }

    @Override
    public 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FrameManager
    getFrameManager().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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