轉自：http://mintelong.javaeye.com/blog/458367
關鍵字: android、camera
第一部分 Camera概述
Android的Camera包含取景器（viewfinder）和拍攝照片的功能。目前Android發佈版的Camera程序雖然功能比較簡單，但是其程序的架構分成客戶端和服務器兩個部分，它們建立在Android的進程間通訊Binder的結構上。
以開源的Android爲例，Camera的代碼主要在以下的目錄中：
Camera的JAVA程序的路徑：packages/apps/Camera/src/com/android/camera/
在其中Camera.java是主要實現的文件
Camera的JAVA本地調用部分（JNI）：
frameworks/base/core/jni/android_hardware_Camera.cpp
這部分內容編譯成爲目標是libandroid_runtime.so。
主要的頭文件在以下的目錄中：
frameworks/base/include/ui/
Camera底層庫在以下的目錄中：
frameworks/base/libs/ui/
這部分的內容被編譯成庫libui.so。
Camera服務部分：
frameworks/base/camera/libcameraservice/
這部分內容被編譯成庫libcameraservice.so。
爲了實現一個具體功能的Camera，在最底層還需要一個硬件相關的Camer庫（例如通過調用video for linux驅動程序和Jpeg編碼程序實現）。這個庫將被Camera的服務庫libcameraservice.so調用。
在 Camera系統的各個庫中，libui.so位於核心的位置，它對上層的提供的接口主要是Camera類，類 libandroid_runtime.so通過調用Camera類提供對JAVA的接口，並且實現了android.hardware.camera 類。 libcameraservice.so是Camera的服務器程序，它通過繼承libui.so的類實現服務器的功能，並且與libui.so中的另外一部分內容則通過進程間通訊（即Binder機制）的方式進行通訊。
libandroid_runtime.so和libui.so兩個庫是公用的,其中除了Camera還有其他方面的功能。
Camera部分的頭文件在frameworks/base/include/ui/目錄中，這個目錄是和libmedia.so庫源文件的目錄frameworks/base/libs/ui/相對應的。
Camera主要的頭文件有以下幾個：
■ICameraClient.h
■Camera.h
■ICamera.h
■ICameraService.h
■CameraHardwareInterface.h
/home/lhzeng/Desktop/camera02.jpg
在這些頭文件Camera.h提供了對上層的接口，而其他的幾個頭文件都是提供一些接口類（即包含了純虛函數的類），這些接口類必須被實現類繼承才能夠使用。
整個Camera在運行的時候，可以大致上分成Client和Server兩個部分，它們分別在兩個進程中運行，它們之間使用Binder機制實現進程間通訊。這樣在客戶端調用接口，功能則在服務器中實現，但是在客戶端中調用就好像直接調用服務器中的功能，進程間通訊的部分對上層程序不可見。
從框架結構上來看，ICameraService.h、ICameraClient.h和ICamera.h三個類定義了MeidaPlayer的接口和架構，ICameraService.cpp和Camera.cpp兩個文件用於Camera架構的實現，Camera的具體功能在下層調用硬件相關的接口來實現。
/home/lhzeng/Desktop/camera.jpg
從Camera的整體結構上，類Camera是整個系統核心，ICamera類提供了Camera主要功能的接口，在客戶端方面調用，CameraService是Camera服務，它通過調用實際的Camera硬件接口來實現功能。事實上，圖中紅色虛線框的部分都是Camera程序的框架部分，它主要利用了Android的系統的Binder機制來完成通訊。藍色的部分通過調用Camera硬件相關的接口完成具體的Camera服務功能，其它的部分是爲上層的JAVA程序提供JNI接口。在整體結構上，左邊可以視爲一個客戶端，右邊是一個可以視爲服務器，二者通過Android的 Bimder來實現進程間的通訊。
2.2 頭文件ICameraClient.h
ICameraClient.h用於描述一個Camera客戶端的接口，定義如下所示：
· class ICameraClient: public IInterface
· {
· public:
· DECLARE_META_INTERFACE(CameraClient);
· virtual void shutterCallback() = 0;
· virtual void rawCallback(const sp<IMemory>& picture) = 0;
· virtual void jpegCallback(const sp<IMemory>& picture) = 0;
· virtual void frameCallback(const sp<IMemory>& frame) = 0;
· virtual void errorCallback(status_t error) = 0;
· virtual void autoFocusCallback(bool focused) = 0;
· };
· class BnCameraClient: public BnInterface<ICameraClient>
· {
· public:
· virtual status_t onTransact( uint32_t code,
· const Parcel& data,
· Parcel* reply,
· uint32_t flags = 0);
· };
複製代碼
在定義中，ICameraClient 類繼承IInterface，並定義了一個Camera客戶端的接口，BnCameraClient 繼承了BnInterface<ICameraClient>，這是爲基於Android的基礎類Binder機制實現在進程通訊而構建的。根據BnInterface類模版的定義BnInterface<ICameraClient>類相當於雙繼承了BnInterface和 ICameraClient。
IcameraClient這個類的主要接口是幾個回調函數shutterCallback、rawCallback和 jpegCallback等，它們在相應動作發生的時候被調用。作爲Camera的"客戶端"，需要自己實現幾個回調函數，讓服務器程序去"間接地"調用它們。
2.3 頭文件Camera.h
Camera.h是Camera對外的接口頭文件，它被實現Camera JNI的文件android_hardware_Camera.cpp所調用。Camera.h最主要是定義了一個Camera類：
· class Camera : public BnCameraClient, public IBinder:eathRecipient
· {
· public:
· staticsp<Camera>connect();
· ~Camera();
· voiddisconnect();
· status_tgetStatus() { return mStatus; }
· status_tsetPreviewDisplay(const sp<Surface>& surface);
· status_tstartPreview();
· voidstopPreview();
· status_tautoFocus();
· status_ttakePicture();
· status_tsetParameters(const String8& params);
· String8 getParameters() const;
· voidsetShutterCallback(shutter_callback cb, void *cookie);
· voidsetRawCallback(frame_callback cb, void *cookie);
· voidsetJpegCallback(frame_callback cb, void *cookie);
· voidsetFrameCallback(frame_callback cb, void *cookie);
· voidsetErrorCallback(error_callback cb, void *cookie);
· voidsetAutoFocusCallback(autofocus_callback cb, void *cookie);
· // ICameraClient interface
· virtual voidshutterCallback();
· virtual voidrawCallback(const sp<IMemory>& picture);
· virtual voidjpegCallback(const sp<IMemory>& picture);
· virtual voidframeCallback(const sp<IMemory>& frame);
· virtual voiderrorCallback(status_t error);
· virtual voidautoFocusCallback(bool focused);
· //......
· }
複製代碼
從接口中可以看出Camera類剛好實現了一個Camera的基本操作，例如播放（startPreview）、停止（stopPreview）、暫停（takePicture）等。在Camera類中connect()是一個靜態函數，它用於得到一個Camera的實例。在這個類中，具有設置回調函數的幾個函數：setShutterCallback、setRawCallback和setJpegCallback等，這幾個函數是爲了提供給上層使用，上層利用這幾個設置回調函數，這些回調函數在相應的回調函數中調用，例如使用setShutterCallback設置的回調函數指針被 shutterCallback所調用。
在定義中，ICameraClient 類雙繼承了IInterface和IBinder:eathRecipient，並定義了一個Camera客戶端的接口，BnCameraClient 繼承了BnInterface<ICameraClient>，這是爲基於Android的基礎類Binder機制實現在進程通訊而構建的。事實上，根據BnInterface類模版的定義BnInterface<ICameraClient>類相當於雙繼承了 BnInterface和ICameraClient。這是Android一種常用的定義方式。
繼承了DeathNotifier類之後，這樣當這個類作爲IBinder使用的時候，當這個Binder即將Died的時候被調用其中的binderDied函數。繼承這個類基本上實現了一個回調函數的功能。
2.4 頭文件ICamera.h
ICamera.h描述的內容是一個實現Camera功能的接口，其定義如下所示：
· class ICamera: public IInterface
· {
· public:
· DECLARE_META_INTERFACE(Camera);
· virtual void disconnect() = 0;
· virtual status_tsetPreviewDisplay(const sp<ISurface>& surface) = 0;
· virtual void setHasFrameCallback(bool installed) = 0;
· virtual status_tstartPreview() = 0;
· virtual void stopPreview() = 0;
· virtual status_tautoFocus() = 0;
· virtual status_ttakePicture() = 0;
· virtual status_tsetParameters(const String8& params) = 0;
· virtual String8 getParameters() const = 0;
· };
· class BnCamera: public BnInterface<ICamera>
· {
· public:
· virtual status_tonTransact( uint32_t code,
· const Parcel& data,
· Parcel* reply,
· uint32_t flags = 0);
· };
複製代碼
在camera類中，主要定義Camera的功能接口，這個類必須被繼承才能夠使用。值得注意的是，這些接口和Camera類的接口有些類似，但是它們並沒有直接的關係。事實上，在Camera類的各種實現中，一般都會通過調用ICamera類的實現類來完成。
2.5 頭文件ICameraService .h
ICameraService.h用於描述一個Camera的服務，定義方式如下所示：
class ICameraService : public IInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE(CameraService);
virtual sp<ICamera> connect(const sp<ICameraClient>& cameraClient) = 0;
};
class BnCameraService: public BnInterface<ICameraService>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0);
};
由於具有純虛函數， ICameraService 以及BnCameraService必須被繼承實現才能夠使用，在ICameraService 只定義了一個connect()接口，它的返回值的類型是sp<ICamera>，這個ICamera 是提供實現功能的接口。注意，ICameraService只有連接函數connect()，沒有斷開函數，斷開的功能由ICamera接口來提供。
2.6 頭文件CameraHardwareInterface.h
CameraHardwareInterface.h定義的是一個Camera底層的接口，這個類的實現者是最終實現Camera的。
CameraHardwareInterface 定以Camera硬件的接口，如下所示：
class CameraHardwareInterface : public virtual RefBase {
public:
virtual ~CameraHardwareInterface() { }
virtual sp<IMemoryHeap> getPreviewHeap() const = 0;
virtual status_t startPreview(preview_callback cb, void* user) = 0;
virtual voidstopPreview() = 0;
virtual status_t autoFocus(autofocus_callback,
void* user) = 0;
virtual status_t takePicture(shutter_callback,
raw_callback,
jpeg_callback,
void* user) = 0;
virtual status_t cancelPicture(bool cancel_shutter,
bool cancel_raw,
bool cancel_jpeg) = 0;
virtual status_t setParameters(const CameraParameters& params) = 0;
virtual CameraParametersgetParameters() const = 0;
virtual void release() = 0;
virtual status_t dump(int fd, const Vector<String16>& args) const = 0;
};
使用C語言的方式導出符號：
extern "C" sp<CameraHardwareInterface> openCameraHardware();
在程序的其他地方，使用openCameraHardware()就可以得到一個 CameraHardwareInterface，然後調用 CameraHardwareInterface的接口完成Camera的功能。
第三部分 Camera的主要實現分析
3.1 JAVA程序部分
在packages/apps/Camera/src/com/android/camera/
目錄的Camera.java文件中，包含了對Camera的調用
在Camera.java中包含對包的引用：
import android.hardware.Camera.PictureCallback;
import android.hardware.Camera.Size;
在這裏定義的Camera類繼承了活動Activity類，在它的內部，包含了一個 android.hardware.Camera
public class Camera extends Activity implements View.OnClickListener, SurfaceHolder.Callback {
android.hardware.Camera mCameraDevice;
}
對Camera功能的一些調用如下所示：
mCameraDevice.takePicture(mShutterCallback, mRawPictureCallback, mJpegPictureCallback);
mCameraDevice.startPreview();
mCameraDevice.stopPreview();
startPreview、stopPreview 和takePicture等接口就是通過JAVA本地調用（JNI）來實現的。
frameworks/base/core/java/android/hardware/目錄中的Camera.java文件提供了一個JAVA類：Camera。
public class Camera {
}
public void setParameters(Parameters params) {
Log.e(TAG, "setParameters()");
//params.dump();
native_setParameters(params.flatten());
}
在這個類當中，大部分代碼使用JNI調用下層得到，例如：
再者，例如以下代碼：
public final void setPreviewDisplay(SurfaceHolder holder) {
setPreviewDisplay(holder.getSurface());
}
private native final void setPreviewDisplay(Surface surface);
兩個setPreviewDisplay參數不同，後一個是本地方法，參數爲Surface類型，前一個通過調用後一個實現，但自己的參數以SurfaceHolder爲類型。
3.2 Camera的JAVA本地調用部分
Camera的JAVA本地調用（JNI）部分在frameworks/base/core/jni/目錄的android_hardware_Camera.cpp中的文件中實現。
android_hardware_Camera.cpp之中定義了一個JNINativeMethod（JAVA本地調用方法）類型的數組gMethods，如下所示：
static JNINativeMethod camMethods[] = {
{"native_setup","(Ljava/lang/Object;)V",(void*)android_hardware_Camera_native_setup },
{"native_release","()V",(void*)android_hardware_Camera_release },
{"setPreviewDisplay","(Landroid/view/Surface;)V",(void *)android_hardware_Camera_setPreviewDisplay },
{"startPreview","()V",(void *)android_hardware_Camera_startPreview },
{"stopPreview", "()V", (void *)android_hardware_Camera_stopPreview },
{"setHasPreviewCallback","(Z)V",(void *)android_hardware_Camera_setHasPreviewCallback },
{"native_autoFocus","()V",(void *)android_hardware_Camera_autoFocus },
{"native_takePicture", "()V", (void *)android_hardware_Camera_takePicture },
{"native_setParameters","(Ljava/lang/String;)V",(void *)android_hardware_Camera_setParameters },
{"native_getParameters", "()Ljava/lang/String;",(void*)android_hardware_Camera_getParameters }
};
JNINativeMethod的第一個成員是一個字符串，表示了JAVA本地調用方法的名稱，這個名稱是在JAVA程序中調用的名稱；第二個成員也是一個字符串，表示JAVA本地調用方法的參數和返回值；第三個成員是JAVA本地調用方法對應的C語言函數。
register_android_hardware_Camera 函數將gMethods註冊爲的類"android/media/Camera"，其主要的實現如下所示。
int register_android_hardware_Camera(JNIEnv *env)
{
// Register native functions
return AndroidRuntime::registerNativeMethods(env, "android/hardware/Camera",
camMethods, NELEM(camMethods));
}
"android/hardware/Camera"對應JAVA的類android.hardware.Camera。
3.3 Camera本地庫libui.so
frameworks/base/libs/ui/中的Camera.cpp文件用於實現Camera.h提供的接口，其中一個重要的片段如下所示
* const sp<ICameraService>& Camera::getCameraService()
* {
* Mutex::Autolock _l(mLock);
* if (mCameraService.get() == 0) {
* sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
* sp<IBinder> binder;
* do {
* binder = sm->getService(String16("media.camera"));
* if (binder != 0)
* break;
* LOGW("CameraService not published, waiting...");
* usleep(500000); // 0.5 s
* } while(true);
* if (mDeathNotifier == NULL) {
* mDeathNotifier = new DeathNotifier();
* }
* binder->linkToDeath(mDeathNotifier);
* mCameraService = interface_cast<ICameraService>(binder);
* }
* LOGE_IF(mCameraService==0, "no CameraService!?");
* return mCameraService;
* }
其中最重要的一點是binder = sm->getService(String16("media.camera"));;這個調用用來得到一個名稱爲"media.camera" 的服務，這個調用返回值的類型爲IBinder，根據實現將其轉換成類型ICameraService使用。
一個函數 connect的實現 如下所示：
* sp<Camera> Camera::connect()
* {
* sp<Camera> c = new Camera();
* const sp<ICameraService>& cs = getCameraService();
* if (cs != 0) {
* c->mCamera = cs->connect(c);
* }
* if (c->mCamera != 0) {
* c->mCamera->asBinder()->linkToDeath(c);
* c->mStatus = NO_ERROR;
* }
* return c;
* }
connect通過調用getCameraService得到一個 ICameraService，再通過 ICameraService的cs->connect(c)得到一個 ICamera類型的指針。 調用connect將得到一個 Camera的指針,正常情況下Camera的成員 mCamera已經初始化完成。
一個具體的函數startPreview 如下所示：
* status_t Camera::startPreview()
* {
* return mCamera->startPreview();
* }
這些操作可以直接對 mCamera來進行，它是ICamera類型的指針。
其他一些函數的實現也與setDataSource類似。
libmedia.so中的其他一些文件與頭文件的名稱相同，它們是：
frameworks/base/libs/ui/ICameraClient.cpp
frameworks/base/libs/ui/ICamera.cpp
frameworks/base/libs/ui/ICameraService.cpp
在此處，BnCameraClient和BnCameraService類雖然實現了onTransact()函數，但是由於還有純虛函數沒有實現，因此這個類都是不能實例化的。
ICameraClient.cpp中的BnCameraClient在別的地方也沒有實現；而ICameraService.cpp中的BnCameraService類在別的地方被繼承並實現，繼承者實現了Camera服務的具體功能
3.4 Camera服務libcameraservice.so
frameworks/base/camera/libcameraservice/ 用於實現一個Camera的服務，這個服務是繼承ICameraService的具體實現。
在這裏的Android.mk文件中，使用宏USE_CAMERA_STUB決定是否使用真的Camera，如果宏爲真，則使用 CameraHardwareStub.cpp和FakeCamera.cpp構造一個假的Camera，如果爲假則使用 CameraService.cpp構造一個實際上的Camera服務。
CameraService.cpp是繼承BnCameraService 的實現，在這個類的內部又定義了類Client，CameraService::Client繼承了BnCamera。在運作的過程中 CameraService::connect()函數用於得到一個CameraService::Client，在使用過程中，主要是通過調用這個類的接口來實現完成Camera的功能，由於CameraService::Client本身繼承了BnCamera類，而BnCamera類是繼承了 ICamera，因此這個類是可以被當成ICamera來使用的。
CameraService和CameraService::Client兩個類的結果如下所示：
* class CameraService : public BnCameraService
* {
* class Client : public BnCamera {};
* wp<Client>mClient;
* }
在CameraService中的一個靜態函數instantiate()用於初始化一個Camera服務，寒暑如下所示：
* void CameraService::instantiate() {
* defaultServiceManager()->addService(
* String16("media.camera"), new CameraService());
* }
事實上，CameraService::instantiate()這個函數註冊了一個名稱爲"media.camera"的服務，這個服務和Camera.cpp中調用的名稱相對應。
Camera整個運作機制是：在Camera.cpp中可以調用ICameraService的接口，這時實際上調用的是 BpCameraService，而BpCameraService又通過Binder機制和BnCameraService實現兩個進程的通訊。而 BpCameraService的實現就是這裏的CameraService。因此，Camera.cpp雖然是在另外一個進程中運行，但是調用 ICameraService的接口就像直接調用一樣，從connect()中可以得到一個ICamera類型的指針，真個指針的實現實際上是 CameraService::Client。
而這些Camera功能的具體實現，就是CameraService::Client所實現的了，其構造函數如下所示：
* CameraService::Client::Client(const sp<CameraService>& cameraService,
* const sp<ICameraClient>& cameraClient) :
* mCameraService(cameraService), mCameraClient(cameraClient), mHardware(0)
* {
* mHardware = openCameraHardware();
* mHasFrameCallback = false;
* }
構造函數中，調用openCameraHardware()得到一個CameraHardwareInterface類型的指針，並作爲其成員mHardware。以後對實際的Camera的操作都通過對這個指針進行。這是一個簡單的直接調用關係。
事實上，真正的Camera功能己通過實現CameraHardwareInterface類來完成。在這個庫當中 CameraHardwareStub.h和CameraHardwareStub.cpp兩個文件定義了一個樁模塊的接口，在沒有Camera硬件的情況下使用，例如在仿真器的情況下使用的文件就是CameraHardwareStub.cpp和它依賴的文件FakeCamera.cpp。
CameraHardwareStub類的結構如下所示：
* class CameraHardwareStub : public CameraHardwareInterface {
* class PreviewThread : public Thread {
* };
* };
在類CameraHardwareStub當中，包含一個線程類PreviewThread，這個線程用於處理 PreView，即負責刷新取景器的內容。實際的Camera硬件接口通常可以通過對v4l2 捕獲驅動的調用來實現，同時還需要一個JPEG編碼程序將從驅動中取出的數據編碼成JPEG文件。