Cómo usar varias transmisiones de cámara a la vez

Nota: En esta página, se hace referencia al paquete Camera2. A menos que tu app requiera funciones específicas y de bajo nivel de Camera2, te recomendamos usar CameraX. CameraX y Camera2 admiten Android 5.0 (nivel de API 21) y versiones posteriores.

Una aplicación de cámara puede usar más de una transmisión de fotogramas a la vez. En algunos casos, las diferentes transmisiones incluso requieren una resolución de fotograma o un formato de píxeles diferentes. Estos son algunos casos prácticos típicos:

• Grabación de video: Una transmisión para la vista previa, otra que se codifica y se guarda en un archivo.
• Escaneo de códigos de barras: Una transmisión para la vista previa y otra para la detección de códigos de barras.
• Fotografía computacional: una transmisión para la vista previa, otra para la detección de rostro o escena.

Existe un costo de rendimiento no trivial cuando se procesan marcos, y el costo se multiplica cuando se realiza un procesamiento de canalización o transmisión en paralelo.

Los recursos como la CPU, la GPU y la DSP pueden aprovechar las capacidades de reprocesamiento del framework, pero los recursos como la memoria crecerán de manera lineal.

Varios objetivos por solicitud

Se pueden combinar varias transmisiones de cámara en una sola CameraCaptureRequest. En el siguiente fragmento de código, se muestra cómo configurar una sesión de cámara con una transmisión para la vista previa de la cámara y otra para el procesamiento de imágenes:

val session: CameraCaptureSession = ...  // from CameraCaptureSession.StateCallback

// You will use the preview capture template for the combined streams
// because it is optimized for low latency; for high-quality images, use
// TEMPLATE_STILL_CAPTURE, and for a steady frame rate use TEMPLATE_RECORD
val requestTemplate = CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW
val combinedRequest = session.device.createCaptureRequest(requestTemplate)

// Link the Surface targets with the combined request
combinedRequest.addTarget(previewSurface)
combinedRequest.addTarget(imReaderSurface)

// In this simple case, the SurfaceView gets updated automatically. ImageReader
// has its own callback that you have to listen to in order to retrieve the
// frames so there is no need to set up a callback for the capture request
session.setRepeatingRequest(combinedRequest.build(), null, null)

CameraCaptureSession session = …;  // from CameraCaptureSession.StateCallback

// You will use the preview capture template for the combined streams
// because it is optimized for low latency; for high-quality images, use
// TEMPLATE_STILL_CAPTURE, and for a steady frame rate use TEMPLATE_RECORD
        CaptureRequest.Builder combinedRequest = session.getDevice().createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);

// Link the Surface targets with the combined request
        combinedRequest.addTarget(previewSurface);
        combinedRequest.addTarget(imReaderSurface);

// In this simple case, the SurfaceView gets updated automatically. ImageReader
// has its own callback that you have to listen to in order to retrieve the
// frames so there is no need to set up a callback for the capture request
        session.setRepeatingRequest(combinedRequest.build(), null, null);

Si configuras las plataformas de destino de forma correcta, este código producirá solo transmisiones que cumplan con el FPS mínimo determinado por StreamComfigurationMap.GetOutputMinFrameDuration(int, Size) y StreamComfigurationMap.GetOutputStallDuration(int, Size). El rendimiento real varía de un dispositivo a otro, aunque Android ofrece algunas garantías para admitir combinaciones específicas según tres variables: tipo de salida, tamaño de salida y nivel de hardware.

El uso de una combinación de variables no compatible puede funcionar a una velocidad de fotogramas baja; de lo contrario, se activará una de las devoluciones de llamada de error. En la documentación de createCaptureSession, se describe lo que se garantiza que funciona.

Tipo de salida

Tipo de salida se refiere al formato en el que se codifican los marcos. Los valores posibles son PRIV, YUV, JPEG y RAW. En la documentación de createCaptureSession, se describen.

Cuando elijas el tipo de salida de tu aplicación, si el objetivo es maximizar la compatibilidad, usa ImageFormat.YUV_420_888 para el análisis de fotogramas y ImageFormat.JPEG para imágenes estáticas. Para situaciones de vista previa y grabación, es probable que uses SurfaceView, TextureView, MediaRecorder, MediaCodec o RenderScript.Allocation. En esos casos, no especifiques un formato de imagen. Para la compatibilidad, se contará como ImageFormat.PRIVATE, independientemente del formato real que se usa internamente. Para consultar los formatos compatibles con un dispositivo según su CameraCharacteristics, usa el siguiente código:

val characteristics: CameraCharacteristics = ...
val supportedFormats = characteristics.get(
    CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP).outputFormats

CameraCharacteristics characteristics = …;
        int[] supportedFormats = characteristics.get(
CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP).getOutputFormats();

Tamaño de la salida

Todos los tamaños de salida disponibles se enumeran por StreamConfigurationMap.getOutputSizes(), pero solo dos están relacionados con la compatibilidad: PREVIEW y MAXIMUM. Los tamaños actúan como límites superiores. Si algo de tamaño PREVIEW funciona, también funcionará cualquier elemento con un tamaño inferior a PREVIEW. Lo mismo sucede con MAXIMUM. En la documentación de CameraDevice, se explican estos tamaños.

Los tamaños de salida disponibles dependen del formato elegido. A partir de CameraCharacteristics y un formato, puedes consultar los tamaños de salida disponibles de la siguiente manera:

val characteristics: CameraCharacteristics = ...
val outputFormat: Int = ...  // such as ImageFormat.JPEG
val sizes = characteristics.get(
    CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)
    .getOutputSizes(outputFormat)

CameraCharacteristics characteristics = …;
        int outputFormat = …;  // such as ImageFormat.JPEG
Size[] sizes = characteristics.get(
                CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)
                .getOutputSizes(outputFormat);

En los casos de uso de vista previa y grabación de la cámara, usa la clase objetivo para determinar los tamaños compatibles. El framework de la cámara controlará el formato:

val characteristics: CameraCharacteristics = ...
val targetClass: Class <T> = ...  // such as SurfaceView::class.java
val sizes = characteristics.get(
    CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)
    .getOutputSizes(targetClass)

CameraCharacteristics characteristics = …;
   int outputFormat = …;  // such as ImageFormat.JPEG
   Size[] sizes = characteristics.get(
                CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)
                .getOutputSizes(outputFormat);

Para obtener el tamaño de MAXIMUM, ordena los tamaños de salida por área y muestra el más grande:

fun <T>getMaximumOutputSize(
    characteristics: CameraCharacteristics, targetClass: Class <T>, format: Int? = null):
    Size {
  val config = characteristics.get(
      CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)

  // If image format is provided, use it to determine supported sizes; or else use target class
  val allSizes = if (format == null)
    config.getOutputSizes(targetClass) else config.getOutputSizes(format)
  return allSizes.maxBy { it.height * it.width }
}

 @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.N)
    <T> Size getMaximumOutputSize(CameraCharacteristics characteristics,
                                            Class <T> targetClass,
                                            Integer format) {
        StreamConfigurationMap config = characteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);

        // If image format is provided, use it to determine supported sizes; else use target class
        Size[] allSizes;
        if (format == null) {
            allSizes = config.getOutputSizes(targetClass);
        } else {
            allSizes = config.getOutputSizes(format);
        }
        return Arrays.stream(allSizes).max(Comparator.comparing(s -> s.getHeight() * s.getWidth())).get();
    }

PREVIEW hace referencia a la mejor coincidencia de tamaño en relación con la resolución de pantalla del dispositivo o a 1080p (1920 x 1080), el que sea menor. Es posible que la relación de aspecto no coincida exactamente con la de la pantalla, por lo que tal vez debas aplicar formato letterbox o recorte a la transmisión para mostrarla en modo de pantalla completa. Para obtener el tamaño de vista previa correcto, compara los tamaños de salida disponibles con el tamaño de la pantalla y ten en cuenta que la pantalla se puede rotar.

El siguiente código define una clase auxiliar, SmartSize, que facilitará las comparaciones de tamaño:

/** Helper class used to pre-compute shortest and longest sides of a [Size] */
class SmartSize(width: Int, height: Int) {
    var size = Size(width, height)
    var long = max(size.width, size.height)
    var short = min(size.width, size.height)
    override fun toString() = "SmartSize(${long}x${short})"
}

/** Standard High Definition size for pictures and video */
val SIZE_1080P: SmartSize = SmartSize(1920, 1080)

/** Returns a [SmartSize] object for the given [Display] */
fun getDisplaySmartSize(display: Display): SmartSize {
    val outPoint = Point()
    display.getRealSize(outPoint)
    return SmartSize(outPoint.x, outPoint.y)
}

/**
 * Returns the largest available PREVIEW size. For more information, see:
 * https://d.android.com/reference/android/hardware/camera2/CameraDevice
 */
fun <T>getPreviewOutputSize(
        display: Display,
        characteristics: CameraCharacteristics,
        targetClass: Class <T>,
        format: Int? = null
): Size {

    // Find which is smaller: screen or 1080p
    val screenSize = getDisplaySmartSize(display)
    val hdScreen = screenSize.long >= SIZE_1080P.long || screenSize.short >= SIZE_1080P.short
    val maxSize = if (hdScreen) SIZE_1080P else screenSize

    // If image format is provided, use it to determine supported sizes; else use target class
    val config = characteristics.get(
            CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP)!!
    if (format == null)
        assert(StreamConfigurationMap.isOutputSupportedFor(targetClass))
    else
        assert(config.isOutputSupportedFor(format))
    val allSizes = if (format == null)
        config.getOutputSizes(targetClass) else config.getOutputSizes(format)

    // Get available sizes and sort them by area from largest to smallest
    val validSizes = allSizes
            .sortedWith(compareBy { it.height * it.width })
            .map { SmartSize(it.width, it.height) }.reversed()

    // Then, get the largest output size that is smaller or equal than our max size
    return validSizes.first { it.long <= maxSize.long && it.short <= maxSize.short }.size
}

/** Helper class used to pre-compute shortest and longest sides of a [Size] */
    class SmartSize {
        Size size;
        double longSize;
        double shortSize;

        public SmartSize(Integer width, Integer height) {
            size = new Size(width, height);
            longSize = max(size.getWidth(), size.getHeight());
            shortSize = min(size.getWidth(), size.getHeight());
        }

        @Override
        public String toString() {
            return String.format("SmartSize(%sx%s)", longSize, shortSize);
        }
    }

    /** Standard High Definition size for pictures and video */
    SmartSize SIZE_1080P = new SmartSize(1920, 1080);

    /** Returns a [SmartSize] object for the given [Display] */
    SmartSize getDisplaySmartSize(Display display) {
        Point outPoint = new Point();
        display.getRealSize(outPoint);
        return new SmartSize(outPoint.x, outPoint.y);
    }

    /**
     * Returns the largest available PREVIEW size. For more information, see:
     * https://d.android.com/reference/android/hardware/camera2/CameraDevice
     */
    @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.N)
    <T> Size getPreviewOutputSize(
            Display display,
            CameraCharacteristics characteristics,
            Class <T> targetClass,
            Integer format
    ){

        // Find which is smaller: screen or 1080p
        SmartSize screenSize = getDisplaySmartSize(display);
        boolean hdScreen = screenSize.longSize >= SIZE_1080P.longSize || screenSize.shortSize >= SIZE_1080P.shortSize;
        SmartSize maxSize;
        if (hdScreen) {
            maxSize = SIZE_1080P;
        } else {
            maxSize = screenSize;
        }

        // If image format is provided, use it to determine supported sizes; else use target class
        StreamConfigurationMap config = characteristics.get(
                CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);
        if (format == null)
            assert(StreamConfigurationMap.isOutputSupportedFor(targetClass));
        else
            assert(config.isOutputSupportedFor(format));
        Size[] allSizes;
        if (format == null) {
            allSizes = config.getOutputSizes(targetClass);
        } else {
            allSizes = config.getOutputSizes(format);
        }

        // Get available sizes and sort them by area from largest to smallest
        List <Size> sortedSizes = Arrays.asList(allSizes);
        List <SmartSize> validSizes =
                sortedSizes.stream()
                        .sorted(Comparator.comparing(s -> s.getHeight() * s.getWidth()))
                        .map(s -> new SmartSize(s.getWidth(), s.getHeight()))
                        .sorted(Collections.reverseOrder()).collect(Collectors.toList());

        // Then, get the largest output size that is smaller or equal than our max size
        return validSizes.stream()
                .filter(s -> s.longSize <= maxSize.longSize && s.shortSize <= maxSize.shortSize)
                .findFirst().get().size;
    }

Cómo verificar el nivel de hardware compatible

Para determinar las funciones disponibles en el tiempo de ejecución, verifica el nivel de hardware compatible mediante CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL.

Con un objeto CameraCharacteristics, puedes recuperar el nivel de hardware con una sola declaración:

val characteristics: CameraCharacteristics = ...

// Hardware level will be one of:
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_LEGACY,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_EXTERNAL,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_LIMITED,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_FULL,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_3
val hardwareLevel = characteristics.get(
        CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL)

CameraCharacteristics characteristics = ...;

// Hardware level will be one of:
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_LEGACY,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_EXTERNAL,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_LIMITED,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_FULL,
// - CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL_3
Integer hardwareLevel = characteristics.get(
                CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL);

Reunir todas las piezas

Con el tipo de salida, el tamaño de salida y el nivel de hardware, puedes determinar qué combinaciones de transmisiones son válidas. El siguiente gráfico es una instantánea de los parámetros de configuración admitidos por un CameraDevice con nivel de hardware LEGACY.

LEGACY es el nivel de hardware más bajo posible. En esta tabla, se muestra que cada dispositivo compatible con Camera2 (nivel de API 21 y versiones posteriores) puede generar hasta tres transmisiones simultáneas con la configuración adecuada y si no hay demasiada sobrecarga que limite el rendimiento, como restricciones térmicas, de memoria o de CPU.

Tu app también debe configurar búferes de salida de segmentación. Por ejemplo, para orientar a un dispositivo con el nivel de hardware LEGACY, puedes configurar dos plataformas de salida objetivo, una con ImageFormat.PRIVATE y otra con ImageFormat.YUV_420_888. Esta es una combinación admitida cuando se usa el tamaño PREVIEW. Con la función definida anteriormente en este tema, obtener los tamaños de vista previa requeridos para un ID de cámara requiere el siguiente código:

val characteristics: CameraCharacteristics = ...
val context = this as Context  // assuming you are inside of an activity

val surfaceViewSize = getPreviewOutputSize(
    context, characteristics, SurfaceView::class.java)
val imageReaderSize = getPreviewOutputSize(
    context, characteristics, ImageReader::class.java, format = ImageFormat.YUV_420_888)

CameraCharacteristics characteristics = ...;
        Context context = this; // assuming you are inside of an activity

        Size surfaceViewSize = getPreviewOutputSize(
                context, characteristics, SurfaceView.class);
        Size imageReaderSize = getPreviewOutputSize(
                context, characteristics, ImageReader.class, format = ImageFormat.YUV_420_888);

Debes esperar hasta que SurfaceView esté listo mediante las devoluciones de llamada proporcionadas:

val surfaceView = findViewById <SurfaceView>(...)
surfaceView.holder.addCallback(object : SurfaceHolder.Callback {
  override fun surfaceCreated(holder: SurfaceHolder) {
    // You do not need to specify image format, and it will be considered of type PRIV
    // Surface is now ready and you could use it as an output target for CameraSession
  }
  ...
})

SurfaceView surfaceView = findViewById <SurfaceView>(...);

surfaceView.getHolder().addCallback(new SurfaceHolder.Callback() {
            @Override
            public void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {
                // You do not need to specify image format, and it will be considered of type PRIV
                // Surface is now ready and you could use it as an output target for CameraSession
            }
            ...
        });

Puedes hacer que SurfaceView coincida con el tamaño de salida de la cámara llamando a SurfaceHolder.setFixedSize(), o puedes adoptar un enfoque similar a AutoFitSurfaceView desde el módulo común de las muestras de la cámara en GitHub, que establece un tamaño absoluto y tiene en cuenta tanto la relación de aspecto como el espacio disponible, al mismo tiempo que se ajusta automáticamente cuando se activan los cambios de actividad.

Configurar la otra plataforma desde ImageReader con el formato deseado es más fácil, ya que no hay devoluciones de llamada que esperar:

val frameBufferCount = 3  // just an example, depends on your usage of ImageReader
val imageReader = ImageReader.newInstance(
    imageReaderSize.width, imageReaderSize.height, ImageFormat.YUV_420_888,
    frameBufferCount)

int frameBufferCount = 3;  // just an example, depends on your usage of ImageReader
ImageReader imageReader = ImageReader.newInstance(
                imageReaderSize.width, imageReaderSize.height, ImageFormat.YUV_420_888,
                frameBufferCount);

Cuando uses un búfer de destino de bloqueo como ImageReader, descarta los fotogramas después de usarlos:

imageReader.setOnImageAvailableListener({
  val frame =  it.acquireNextImage()
  // Do something with "frame" here
  it.close()
}, null)

imageReader.setOnImageAvailableListener(listener -> {
            Image frame = listener.acquireNextImage();
            // Do something with "frame" here
            listener.close();
        }, null);

El nivel de hardware de LEGACY se orienta a los dispositivos con el mínimo denominador común. Puedes agregar ramas condicionales y usar el tamaño RECORD para una de las superficies de destino de salida en dispositivos con nivel de hardware LIMITED, o incluso aumentarlo a un tamaño MAXIMUM para dispositivos con nivel de hardware FULL.