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 mCamera;
sp 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& dataPtr);
virtual void postDataTimestamp(nsecs_t timestamp, int32_t msgType, const
sp& 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& 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&
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& 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& 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 mCameraClient;
sp mHardware;
在类CameraService的成员类Client构造函数中：
CameraService::Client::Client(const sp& cameraService,
const sp& 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,
const sp& 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& dataPtr, void* user){}
其中，preview模式下，会调用函数：
void CameraService::Client::handlePreviewData(const sp& 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。