Usar simultaneamente várias transmissões de câmera

Observação:esta página se refere ao pacote Camera2. A menos que seu app exija recursos específicos e de baixo nível do Camera2, recomendamos o uso do CameraX. CameraX e Camera2 oferecem suporte ao Android 5.0 (nível 21 da API) e versões mais recentes.

Um aplicativo de câmera pode usar mais de um stream de frames simultaneamente. Em alguns casos, fluxos diferentes exigem até mesmo uma resolução de frame ou formato de pixel diferente. Veja alguns casos de uso comuns:

• Gravação de vídeo: um stream para visualização e outro sendo codificado e salvo em um arquivo.
• Leitura de código de barras: um stream para visualização e outro para detecção de código de barras.
• Fotografia computacional: um fluxo para visualização e outro para detecção facial/cena.

Há um custo de desempenho não trivial ao processar frames, e o custo é multiplicado ao fazer o processamento paralelo de stream ou pipeline.

Recursos como CPU, GPU e DSP podem aproveitar os recursos de reprocessamento do framework, mas outros recursos, como a memória, crescerão linearmente.

Vários destinos por solicitação

Vários streams de câmera podem ser combinados em um único CameraCaptureRequest. O snippet de código a seguir ilustra como configurar uma sessão de câmera com um stream para a visualização e outro para processamento de imagens:

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);

Se você configurar as superfícies de destino corretamente, esse código produzirá apenas fluxos que atendam ao QPS mínimo determinado por StreamComfigurationMap.GetOutputMinFrameDuration(int, Size) e StreamComfigurationMap.GetOutputStallDuration(int, Size). O desempenho real varia de acordo com o dispositivo, embora o Android ofereça algumas garantias para oferecer suporte a combinações específicas, dependendo de três variáveis: tipo de saída, tamanho da saída e nível de hardware.

O uso de uma combinação incompatível de variáveis pode funcionar com um frame rate baixo. Caso contrário, um dos callbacks de falha será acionado. A documentação de createCaptureSession descreve o que tem a garantia de funcionar.

Tipo de saída

O tipo de saída refere-se ao formato em que os frames são codificados. Os valores possíveis são PRIV, YUV, JPEG e RAW. A documentação de createCaptureSession os descreve.

Ao escolher o tipo de saída do aplicativo, se o objetivo for maximizar a compatibilidade, use ImageFormat.YUV_420_888 para a análise de frames e ImageFormat.JPEG para imagens estáticas. Para cenários de visualização e gravação, você provavelmente usará SurfaceView, TextureView, MediaRecorder, MediaCodec ou RenderScript.Allocation. Nesses casos, não especifique um formato de imagem. Para compatibilidade, ele contará como ImageFormat.PRIVATE, independente do formato real usado internamente. Para consultar os formatos com suporte de um dispositivo considerando o CameraCharacteristics, use o seguinte 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();

Tamanho da saída

Todos os tamanhos de saída disponíveis são listados por StreamConfigurationMap.getOutputSizes(), mas apenas dois estão relacionados à compatibilidade: PREVIEW e MAXIMUM. Os tamanhos atuam como limites superiores. Se algo do tamanho PREVIEW funcionar, qualquer item com um tamanho menor que PREVIEW também funcionará. O mesmo acontece com MAXIMUM. A documentação de CameraDevice explica esses tamanhos.

Os tamanhos de saída disponíveis dependem da escolha do formato. Com o CameraCharacteristics e um formato, é possível consultar os tamanhos de saída disponíveis desta forma:

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);

Nos casos de uso de visualização e gravação da câmera, use a classe de destino para determinar os tamanhos com suporte. O formato será processado pelo próprio framework da câmera:

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 conferir o tamanho de MAXIMUM, classifique os tamanhos de saída por área e retorne o maior:

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 refere-se à melhor correspondência de tamanho para a resolução de tela do dispositivo ou a 1080p (1920x1080), o que for menor. A proporção pode não corresponder exatamente à da tela. Talvez seja necessário aplicar o efeito letterbox ou o corte no stream para que ele seja mostrado no modo de tela cheia. Para ter o tamanho correto da visualização, compare os tamanhos de saída disponíveis com o tamanho da tela, considerando que a tela pode ser girada.

O código abaixo define uma classe auxiliar, SmartSize, que facilita as comparações de tamanho:

/** 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;
    }

Verificar o nível de hardware suportado

Para determinar os recursos disponíveis no momento da execução, verifique o nível de hardware com suporte usando CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL.

Com um objeto CameraCharacteristics, é possível recuperar o nível de hardware com uma única instrução:

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);

Unindo todas as peças

Com o tipo de saída, o tamanho da saída e o nível de hardware, é possível determinar quais combinações de streams são válidas. O gráfico a seguir é um snapshot das configurações compatíveis com um CameraDevice com nível de hardware LEGACY.

LEGACY é o nível de hardware mais baixo possível. Esta tabela mostra que cada dispositivo com suporte ao Camera2 (nível 21 da API e mais recentes) pode gerar até três fluxos simultâneos usando a configuração correta e, se não houver muita sobrecarga que limite o desempenho, como restrições de memória, CPU ou térmica.

Seu app também precisa configurar buffers de saída de segmentação. Por exemplo, para direcionar a um dispositivo com nível de hardware LEGACY, você pode configurar duas superfícies de saída de destino, uma usando ImageFormat.PRIVATE e outra usando ImageFormat.YUV_420_888. Essa é uma combinação compatível com o tamanho PREVIEW. Usando a função definida anteriormente neste tópico, para conseguir os tamanhos de visualização necessários para um ID de câmera, é preciso usar o seguinte 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);

É necessário aguardar até que SurfaceView esteja pronto usando os callbacks fornecidos:

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
            }
            ...
        });

É possível forçar o SurfaceView a corresponder ao tamanho de saída da câmera chamando SurfaceHolder.setFixedSize() ou adotar uma abordagem semelhante a AutoFitSurfaceView do módulo comum das amostras de câmera no GitHub, que define um tamanho absoluto, considerando a proporção e o espaço disponível, enquanto ajusta automaticamente quando as mudanças de atividade são acionadas.

Configurar a outra plataforma de ImageReader com o formato desejado é mais fácil, já que não há callbacks para 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);

Ao usar um buffer de destino de bloqueio, como ImageReader, descarte os frames depois de usá-los:

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);

O nível de hardware LEGACY é destinado aos dispositivos de menor denominador comum. É possível adicionar ramificações condicionais e usar o tamanho RECORD para uma das superfícies de destino de saída em dispositivos com nível de hardware LIMITED ou até mesmo aumentá-lo para o tamanho MAXIMUM para dispositivos com nível de hardware FULL.