相機(jī)架構(gòu)概覽

Android系統(tǒng)利用分層思想，將各層的接口定義與實(shí)現(xiàn)分離開(kāi)來(lái)，以接口作為各層的脈絡(luò)連接整體框架，將具體實(shí)現(xiàn)的主導(dǎo)權(quán)交由各自有具體實(shí)現(xiàn)需求的平臺(tái)廠商或者Android 開(kāi)發(fā)者，這樣既做到把控全局，也給予了眾多開(kāi)發(fā)者足夠大的創(chuàng)作空間，這體現(xiàn)出了一個(gè)優(yōu)秀的開(kāi)源系統(tǒng)應(yīng)有的胸懷和遠(yuǎn)見(jiàn)。其中，谷歌根據(jù)職能的不同將Camera框架一共劃分成了五層，分別是App、Service、Provider、Driver以及Hardware，下面的Camera的整體架構(gòu)圖很清晰地顯示出了其五層架構(gòu)以及相互的關(guān)聯(lián)接口。

程序員Android轉(zhuǎn)于網(wǎng)絡(luò)

Camera App

應(yīng)用層處于整個(gè)框架的頂端，承擔(dān)著于用戶直接進(jìn)行交互的責(zé)任，承接來(lái)自用戶直接或者間接的比如預(yù)覽/拍照/錄像等一系列具體需求，一旦接收到用戶相關(guān)UI操作，便會(huì)通過(guò)Camera Api v2標(biāo)準(zhǔn)接口將需求發(fā)送至Camera Framework部分，并且等待Camera Framework回傳處理結(jié)果，其中包括了圖像數(shù)據(jù)以及整體相機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，之后將結(jié)果以一定方式反饋給用戶，達(dá)到記錄顯示種種美好瞬間的目的。

Camera Framework

該層主要位于Camera App與Camera Service之間，以jar包的形式運(yùn)行在App進(jìn)程中，它封裝了Camera Api v2接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，暴露接口給App進(jìn)行調(diào)用，進(jìn)而接收來(lái)自App的請(qǐng)求，同時(shí)維護(hù)著請(qǐng)求在內(nèi)部流轉(zhuǎn)的業(yè)務(wù)邏輯，最終通過(guò)調(diào)用Camera AIDL跨進(jìn)程接口將請(qǐng)求發(fā)送至Camera Service中進(jìn)行處理，緊接著，等待Camera Service結(jié)果的回傳，進(jìn)而將最終結(jié)果發(fā)送至App。

Camera Service

該層位于Camera Framework與Camera Provider之間，作為一個(gè)獨(dú)立進(jìn)程存在于Android系統(tǒng)中，在系統(tǒng)啟動(dòng)初期會(huì)運(yùn)行起來(lái)，它封裝了Camera AIDL跨進(jìn)程接口，提供給Framework進(jìn)行調(diào)用，進(jìn)而接收來(lái)自Framework的圖像請(qǐng)求，同時(shí)內(nèi)部維護(hù)著關(guān)于請(qǐng)求在該層的處理邏輯，最終通過(guò)調(diào)用Camera HIDL跨進(jìn)程接口將請(qǐng)求再次下發(fā)到Camera Provider中，并且等待結(jié)果的回傳，進(jìn)而將結(jié)果上傳至Framework中。

Camera Provider

該層位于Camera Service與Camera Driver之間，作為一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程存在于Android系統(tǒng)中，同時(shí)在系統(tǒng)啟動(dòng)初期被運(yùn)行，提供Camera HIDL跨進(jìn)程接口供Camera Service進(jìn)行調(diào)用，封裝了該接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，接收來(lái)自Service的圖像請(qǐng)求，并且內(nèi)部加載了Camera HAL Module，該Module由OEM/ODM實(shí)現(xiàn)，遵循谷歌制定的標(biāo)準(zhǔn)Camera HAL3接口，進(jìn)而通過(guò)該接口控制Camera HAL部分，最后等待Camera HAL的結(jié)果回傳，緊接著Provider通過(guò)Camera HIDL接口將結(jié)果發(fā)送至Camera Service。

CamX-CHI(Camera HAL)

該部分是高通對(duì)谷歌Camera HAL3接口的實(shí)現(xiàn)，以so庫(kù)的形式被加載至Camera Provider中，之前采用的是QCamera & MM-Camera架構(gòu)，但是為了更好靈活性和可擴(kuò)展性，而今高通又提出了CamX-CHI架構(gòu)，該架構(gòu)提供HAL3接口給Provider進(jìn)行調(diào)用，接收來(lái)自Provider的請(qǐng)求，而內(nèi)部對(duì)HAL3接口進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并且通過(guò)V4L2標(biāo)準(zhǔn)框架控制著相機(jī)驅(qū)動(dòng)層，將請(qǐng)求下發(fā)至驅(qū)動(dòng)部分，并且等待結(jié)果回傳，進(jìn)而上報(bào)給Camera Provider。

CamX-CHI架構(gòu)由CamX和CHI兩個(gè)部分組成，CamX負(fù)責(zé)一些基礎(chǔ)服務(wù)代碼的實(shí)現(xiàn)，不經(jīng)常改動(dòng)，CHI負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)一些可擴(kuò)展性和定制化的需求，方便OEM/ODM添加自己的擴(kuò)展功能。CamX主要包括實(shí)現(xiàn)HAL3入口的hal模塊，實(shí)現(xiàn)與V4L2驅(qū)動(dòng)交互的csl模塊，實(shí)現(xiàn)硬件node的hwl和實(shí)現(xiàn)軟件node的swl。CHI通過(guò)抽象出Usecase、Feature、Session、Pipeline、Node的概念，使廠商可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)Node接口來(lái)接入自己的算法，并通過(guò)XML文件靈活配置Usecase、Pipeline、Node的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

Camera Driver

Linux為視頻采集設(shè)備制定了標(biāo)準(zhǔn)的V4L2接口，并在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)了其基礎(chǔ)框架V4L2 Core。用戶空間進(jìn)程可以通過(guò)V4L2接口調(diào)用相關(guān)設(shè)備功能，而不用考慮其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。V4L2提出了總設(shè)備和子設(shè)備的概念，并通過(guò)media controller機(jī)制向用戶空間暴露自己的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)廠商按照V4L2 Core的要求開(kāi)發(fā)自己的驅(qū)動(dòng)程序，只需要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體和函數(shù)接口并調(diào)用注冊(cè)函數(shù)注冊(cè)自己就行。

在高通平臺(tái)上，高通對(duì)相機(jī)驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，利用了V4L2框架的可擴(kuò)展特性，設(shè)計(jì)出了一套獨(dú)特的KMD框架。在該框架內(nèi)部主要包含了三個(gè)部分，CRM、Camera Sync以及一系列子設(shè)備，首先，作為框架頂層管理者，CRM創(chuàng)建了一個(gè)V4L2主設(shè)備用來(lái)管理所有的子設(shè)備，并且暴露設(shè)備節(jié)點(diǎn)video0給用戶空間，同時(shí)內(nèi)部維護(hù)著整個(gè)底層驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)邏輯。其次，Camera Sync創(chuàng)建了一個(gè)V4L2主設(shè)備，同時(shí)暴露了設(shè)備節(jié)點(diǎn)video1給用戶空間，主要用于向用戶空間反饋圖像數(shù)據(jù)處理狀態(tài)。最后，子設(shè)備模塊被抽象成v4l2_subdev設(shè)備，同樣也暴露設(shè)備節(jié)點(diǎn)v4l2-subdev給用戶空間進(jìn)行更精細(xì)化的控制。另外，在整個(gè)框架初始化的過(guò)程中，通過(guò)media controller機(jī)制，保持了在用戶空間進(jìn)行枚舉底層硬件設(shè)備的能力。

Camera Hardware

相機(jī)硬件處在整個(gè)相機(jī)體系的最底層，是相機(jī)系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)部分，該部分包括鏡頭、感光器、ISP三個(gè)最重要的模塊，還有對(duì)焦馬達(dá)、閃光燈、濾光片、光圈等輔助模塊。鏡頭的作用是匯聚光線，利用光的折射性把射入的光線匯聚到感光器上。感光器的作用是負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換，通過(guò)內(nèi)部感光元件將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)進(jìn)而通過(guò)數(shù)電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，并最后傳給ISP。ISP負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行一些算法處理，如白平衡、降噪、去馬賽克等。

通過(guò)上面的介紹，我們可以發(fā)現(xiàn)，谷歌通過(guò)以上五級(jí)分層，形成了整個(gè)相機(jī)框架體系，其中層與層之間通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)、開(kāi)源社區(qū)或者谷歌制訂的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行連接，上層通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)接口下發(fā)請(qǐng)求到下層，下層負(fù)責(zé)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，最終將請(qǐng)求再次封裝并調(diào)用下一層級(jí)的對(duì)外接口下發(fā)到下層。所以總得來(lái)說(shuō)，谷歌使用標(biāo)準(zhǔn)接口作為骨架搭建整體框架，而其具體實(shí)現(xiàn)交由各層自己負(fù)責(zé)，從整體上來(lái)看，職責(zé)劃分明確，界限分明，這樣的設(shè)計(jì)，一來(lái)利用標(biāo)準(zhǔn)接口，保持了整個(gè)框架業(yè)務(wù)正常流轉(zhuǎn)，二來(lái)極大地降低了各層耦合度，保持了各層的相互獨(dú)立，最終讓整個(gè)框架處于一個(gè)穩(wěn)定同時(shí)高效的運(yùn)行狀態(tài)。

審核編輯：黃飛