Android使用Camera2獲取預覽數據

1、Camera2簡介

Camera2是Google在Android 5.0後推出的一個全新的相機API，Camera2和Camera沒有繼承關係，是徹底從新設計的，且Camera2支持的功能也更加豐富，可是提供了更豐富的功能的同時也增長了使用的難度。Google的官方Demo：https://github.com/googlesamples/android-Camera2Basic

2、Camera2 VS Camera

如下分別是使用Camera2和Camera打開相機進行預覽並獲取預覽數據的流程圖。

 

Camera2 API使用流程

 

Camera API使用流程

能夠看到，和Camera相比，Camera2的調用明顯複雜得多，但同時也提供了更強大的功能：

• 支持在非UI線程獲取預覽數據
• 能夠獲取更多的預覽幀
• 對相機的控制更加完備
• 支持更多格式的預覽數據
• 支持高速連拍

可是具體可否使用還要看設備的廠商有無實現。

3、如何使用Camera2

• 獲取預覽數據

通常狀況下，大多設備其實只支持ImageFormat.YUV_420_888和ImageFormat.JPEG格式的預覽數據，而ImageFormat.JPEG是壓縮格式，通常適用於拍照的場景，而不適合直接用於算法檢測，所以咱們通常取ImageFormat.YUV_420_888做爲咱們獲取預覽數據的格式，對於YUV不太瞭解的同窗能夠戳這裏。

mImageReader = ImageReader.newInstance(mPreviewSize.getWidth(), mPreviewSize.getHeight(),
                ImageFormat.YUV_420_888, 2);
mImageReader.setOnImageAvailableListener(
               new OnImageAvailableListenerImpl(), mBackgroundHandler);

其中OnImageAvailableListenerImpl的實現以下

  private class OnImageAvailableListenerImpl implements ImageReader.OnImageAvailableListener {
        private byte[] y;
        private byte[] u;
        private byte[] v;
        private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

        @Override
        public void onImageAvailable(ImageReader reader) {
            Image image = reader.acquireNextImage();
            // Y:U:V == 4:2:2
            if (camera2Listener != null && image.getFormat() == ImageFormat.YUV_420_888) {
                Image.Plane[] planes = image.getPlanes();
                // 加鎖確保y、u、v來源於同一個Image
                lock.lock();
                // 重複使用同一批byte數組，減小gc頻率
                if (y == null) {
                    y = new byte[planes[0].getBuffer().limit() - planes[0].getBuffer().position()];
                    u = new byte[planes[1].getBuffer().limit() - planes[1].getBuffer().position()];
                    v = new byte[planes[2].getBuffer().limit() - planes[2].getBuffer().position()];
                }
                if (image.getPlanes()[0].getBuffer().remaining() == y.length) {
                    planes[0].getBuffer().get(y);
                    planes[1].getBuffer().get(u);
                    planes[2].getBuffer().get(v);
                    camera2Listener.onPreview(y, u, v, mPreviewSize, planes[0].getRowStride());
                }
                lock.unlock();
            }
            image.close();
        }
    }

　　

• 注意事項

1. 圖像格式問題
通過在多臺設備上測試，明明設置的預覽數據格式是ImageFormat.YUV_420_888（4個Y對應一組UV，即平均1個像素佔1.5個byte，12位），可是拿到的數據卻都是YUV_422格式（2個Y對應一組UV，即平均1個像素佔2個byte，16位），且U和V的長度都少了一些（在Oneplus 5和Samsung Tab s3上長度都少了1），也就是:
(u.length == v.length) && (y.length / 2 > u.length) && (y.length / 2 ≈ u.length)；
而YUV_420_888數據的Y、U、V關係應該是:
y.length / 4 == u.length == v.length；
且系統API中android.graphics.ImageFormat類的getBitsPerPixel方法可說明上述Y、U、V數據比例不對的問題，內容以下：

 public static int getBitsPerPixel(int format) {
        switch (format) {
            ...
            case YUV_420_888:
                return 12;
            case YUV_422_888:
                return 16;
            ...
        }
        return -1;
    }

以及android.media.ImageUtils類的imageCopy(Image src, Image dst)函數中有這麼一段註釋說明的確可能會有部分像素丟失：

public static void imageCopy(Image src, Image dst) {
                ...
                for (int row = 0; row < effectivePlaneSize.getHeight(); row++) {
                    if (row == effectivePlaneSize.getHeight() - 1) {
                        // Special case for NV21 backed YUV420_888: need handle the last row
                        // carefully to avoid memory corruption. Check if we have enough bytes to
                        // copy.
                        int remainingBytes = srcBuffer.remaining() - srcOffset;
                        if (srcByteCount > remainingBytes) {
                            srcByteCount = remainingBytes;
                        }
                    }
                    directByteBufferCopy(srcBuffer, srcOffset, dstBuffer, dstOffset, srcByteCount);
                    srcOffset += srcRowStride;
                    dstOffset += dstRowStride;
                }
                ...
    }

　

2. 圖像寬度不必定爲stride（步長）

在有些設備上，回傳的圖像的rowStride不必定爲previewSize.getWidth()，好比在OPPO K3手機上，選擇的分辨率爲1520x760，可是回傳的圖像數據的rowStride倒是1536，且總數據少了16個像素（Y少了16，U和V分別少了8）。

3. 小心數組越界
上述說到，Camera2設置的預覽數據格式是ImageFormat.YUV_420_888時，回傳的Y,U,V的關係通常是
(u.length == v.length) && (y.length / 2 > u.length) && (y.length / 2 ≈ u.length)；
U和V是有部分缺失的，所以咱們在進行數組操做時須要注意越界問題，示例以下：

  /**
     * 將Y:U:V == 4:2:2的數據轉換爲nv21
     *
     * @param y      Y 數據
     * @param u      U 數據
     * @param v      V 數據
     * @param nv21   生成的nv21，須要預先分配內存
     * @param stride 步長
     * @param height 圖像高度
     */
    public static void yuv422ToYuv420sp(byte[] y, byte[] u, byte[] v, byte[] nv21, int stride, int height) {
        System.arraycopy(y, 0, nv21, 0, y.length);
        // 注意，若length值爲 y.length * 3 / 2 會有數組越界的風險，需使用真實數據長度計算
        int length = y.length + u.length / 2 + v.length / 2;
        int uIndex = 0, vIndex = 0;
        for (int i = stride * height; i < length; i += 2) {
            nv21[i] = v[vIndex];
            nv21[i + 1] = u[uIndex];
            vIndex += 2;
            uIndex += 2;
        }
    }

　

4. 避免頻繁建立對象
若選擇的圖像格式是ImageFormat.YUV_420_888，那麼相機回傳的Image數據包將含3個plane，分別表明Y,U,V，可是通常狀況下咱們可能須要的是其組合的結果，如NV21、I420等。因爲Java的gc會影響性能，在從plane中獲取Y、U、V數據和Y、U、V轉換爲其餘數據的過程當中，咱們須要注意對象的建立頻率，咱們能夠建立一次對象重複使用。不只是Y,U,V這三個對象，組合的對象，如NV21，也能夠用一樣的方式處理，但如有將 NV21傳出當前線程，用於異步處理的操做，則須要作深拷貝，避免異步處理時引用數據被修改。

4、示例代碼

• 示例代碼
  https://github.com/wangshengyang1996/Camera2Demo
• demo功能
  • 演示Camera2的使用
  • 獲取預覽幀數據並隔一段時間將原始畫面和處理過的畫面顯示到UI上
  • 將預覽的YUV數據轉換爲NV21，再轉換爲Bitmap並顯示到控件上，同時也將該Bitmap轉換爲相機預覽效果的Bitmap顯示到控件上，便於瞭解原始數據和預覽畫面的關係

• 運行效果
  
   

  

  效果圖

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