深度解析Android平台Camera2与大牛直播SDK的对接及应用

在移动互联网时代，实时视频采集、编码、推流和设备接入等技术在直播、安防监控等领域得到了广泛应用。本文将深入探讨如何在Android平台上利用Camera2 API采集摄像头数据，并结合大牛直播SDK的RTMP推送模块、轻量级RTSP服务模块以及GB28181设备接入模块，实现高效稳定的视频处理和设备接入功能。

一、Camera2 API的优势与应用

1. Camera2 API的优势

Camera2 API是Android 5.0（Lollipop）引入的全新相机接口，相较于传统的Camera API，具有以下显著优势：

• 细粒度的参数控制：Camera2 API允许开发者精确控制相机参数，如曝光时间、ISO感光度、对焦模式、焦距、白平衡等。这种精细的控制能力可以满足复杂的拍摄需求，例如专业摄影应用或对图像质量有较高要求的场景。
• 支持RAW图像捕获：Camera2支持RAW格式的图像捕获，RAW格式的图像包含更多的原始图像信息，为后期处理提供了更大的空间和更高的灵活性。
• 高速连拍模式：Camera2支持高速连拍功能，能够以更快的速度连续拍摄多张照片，这对于捕捉快速运动的物体或瞬间的精彩场景非常有帮助。
• 异步操作：Camera2 API支持异步操作，可以减少应用程序的阻塞，提高应用程序的响应速度。
• 高效的数据处理：Camera2采用了更高效的数据处理方式，能够快速地获取和处理图像数据，减少了数据传输和处理的延迟。例如，在拍摄视频时，Camera2可以更流畅地获取和编码视频数据，降低了视频的卡顿现象。
• 并行处理能力：Camera2支持并行拍摄和预览，在同时进行多个操作时表现更好，可以在预览的同时进行拍照、录像等操作，并且不会相互干扰，提高了相机的使用效率和响应速度。
• 多流输出支持：单个相机设备可以同时输出多个流，每个流针对不同的使用场景进行了优化，如预览、拍照、视频录制或图像分析等。这使得开发者可以根据应用的具体需求灵活地获取和处理不同类型的图像数据。
• 更灵活的架构设计：Camera2的架构更加灵活，将相机系统塑造为一个管道，该管道可按照1:1的基准将传入的帧捕获请求转化为帧，并将图像数据的缓冲区输出到设置的目的Surface中。这种架构使得开发者可以更方便地定制和扩展相机的功能，实现各种复杂的拍摄需求。
• 更好的兼容性：随着Android系统的不断升级，Camera2逐渐成为了Android相机功能的主要API。新的Android版本会对Camera2进行更好的优化和支持，而Camera API可能会逐渐被淘汰，使用Camera2可以更好地保证应用在不同Android版本上的兼容性。
• 设备能力检测：通过CameraCharacteristics类，Camera2可以方便地检查设备相机的各种特性和功能，开发者可以根据设备的支持情况来动态地调整相机的设置和功能，提高了应用的适应性和稳定性。
• 支持更多新硬件特性：随着手机硬件的不断发展，新的相机硬件特性不断涌现，Camera2能够更好地支持这些新特性，如更高的分辨率、更快的对焦速度、更好的低光性能等，为用户提供更好的拍摄体验。
• 专业摄影应用：Camera2的强大控制能力和高效性能使其非常适合用于专业摄影应用，开发者可以根据需求实现各种高级拍摄功能，如手动曝光、手动对焦、RAW图像捕获等。
• 视频采集与处理：Camera2支持高效的视频流处理，能够更流畅地获取和编码视频数据，适用于视频通话、直播等需要高效视频采集的应用。
• 多摄像头支持：Camera2支持多摄像头设备，可以轻松处理前后摄像头切换或双摄像头协同工作，适用于需要多摄像头功能的应用。

2. Camera2 API的应用

在Android平台上，Camera2 API广泛应用于高质量视频采集、专业摄影应用和实时视频处理等领域。通过Camera2 API，开发者可以实现对摄像头的精细控制，获取高质量的图像和视频数据，为后续的编码和推流提供基础。

一个完整的Camera2实现示例，从摄像头采集YUV数据并回调：

import android.Manifest;
import .PackageManager;
import android.graphics.SurfaceTexture;
import android.hardware.camera2.*;
import android.hardware.camera2.params.OutputConfiguration;
import android.hardware.camera2.params.SessionConfiguration;
import .Image;
import .ImageReader;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.HandlerThread;
import android.util.Size;
import android.view.Surface;
import android.view.TextureView;
import android.widget.Toast;
import androidx.annotation.NonNull;
import .AppCompatActivity;
import .ActivityCompat;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private static final int REQUEST_CAMERA_PERMISSION = 200;
    private CameraDevice cameraDevice;
    private ImageReader imageReader;
    private TextureView textureView;
    private HandlerThread backgroundThread;
    private Handler backgroundHandler;
    private CameraCaptureSession cameraCaptureSession;
    private List<byte[]> callbackDataList;
    private CallbackInterface callbackInterface;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        textureView = findViewById(.textureView);
        textureView.setSurfaceTextureListener(surfaceTextureListener);

        // 初始化回调数据列表（用于存储回调数据）
        callbackDataList = new ArrayList<>();
        // 创建回调接口实例
        callbackInterface = new CallbackInterface() {
            @Override
            public void onDataReceived(byte[] data, int rotation) {
                // 在这里处理回调的数据
                // 您可以在这里进行图像处理或保存等操作
                // 例如，将YUV数据转换为NV21格式并绘制到预览
                // 注意：这里可能需要切换线程（因为回调运行在拍照线程）
                callbackDataList.add(data);
            }
        };
    }

    private TextureView.SurfaceTextureListener surfaceTextureListener = new TextureView.SurfaceTextureListener() {
        @Override
        public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture surfaceTexture, int width, int height) {
            setupCamera();
            connectCamera();
        }

        @Override
        public void onSurfaceTextureSizeChanged(SurfaceTexture surfaceTexture, int width, int height) {}

        @Override
        public boolean onSurfaceTextureDestroyed(SurfaceTexture surfaceTexture) {
            return true;
        }

        @Override
        public void onSurfaceTextureUpdated(SurfaceTexture surfaceTexture) {}
    };

    private void setupCamera() {
        CameraManager cameraManager = (CameraManager) getSystemService(CAMERA_SERVICE);
        try {
            String cameraId = cameraManager.getCameraIdList()[0]; // 获取第一个摄像头
            CameraCharacteristics cameraCharacteristics = cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId);

            StreamConfigurationMap streamConfigurationMap = cameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.SCALER_STREAM_CONFIGURATION_MAP);
            Size[] previewSize = streamConfigurationMap.getOutputSizes(SurfaceTexture.class);
            Size[] imageSize = streamConfigurationMap.getOutputSizes(ImageFormat.YUV_420_888);

            // 设置ImageReader的大小和格式
            imageReader = ImageReader.newInstance(imageSize[0].getWidth(), imageSize[0].getHeight(),
                    ImageFormat.YUV_420_888, 2);
        } catch (CameraAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private void connectCamera() {
        CameraManager cameraManager = (CameraManager) getSystemService(CAMERA_SERVICE);
        try {
            if (ActivityCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.CAMERA) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
                ActivityCompat.requestPermissions(this, new String[]{Manifest.permission.CAMERA}, REQUEST_CAMERA_PERMISSION);
                return;
            }

            cameraManager.openCamera(cameraManager.getCameraIdList()[0], cameraDeviceStateCallback, backgroundHandler);
        } catch (CameraAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private CameraDevice.StateCallback cameraDeviceStateCallback = new CameraDevice.StateCallback() {
        @Override
        public void onOpened(@NonNull CameraDevice camera) {
            cameraDevice = camera;
            createCameraPreviewSession();
        }

        @Override
        public void onDisconnected(@NonNull CameraDevice camera) {
            camera.close();
            cameraDevice = null;
        }

        @Override
        public void onError(@NonNull CameraDevice camera, int error) {
            camera.close();
            cameraDevice = null;
        }
    };

    private void createCameraPreviewSession() {
        try {
            // 创建SurfaceTexture并获取Surface
            SurfaceTexture surfaceTexture = textureView.getSurfaceTexture();
            surfaceTexture.setDefaultBufferSize(imageReader.getWidth(), imageReader.getHeight());
            Surface previewSurface = new Surface(surfaceTexture);

            // 创建CaptureRequest.Builder
            List<Surface> outputSurfaces = new ArrayList<>(Arrays.asList(previewSurface, imageReader.getSurface()));
            cameraDevice.createCaptureSession(outputSurfaces, new CameraCaptureSession.StateCallback() {
                @Override
                public void onConfigured(@NonNull CameraCaptureSession session) {
                    cameraCaptureSession = session;
                    try {
                        CaptureRequest.Builder builder = cameraDevice.createCaptureRequest(CameraDevice.TEMPLATE_PREVIEW);
                        builder.addTarget(previewSurface);
                        builder.addTarget(imageReader.getSurface());

                        cameraCaptureSession.setRepeatingRequest(builder.build(),
                                null, backgroundHandler);
                    } catch (CameraAccessException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                @Override
                public void onConfigureFailed(@NonNull CameraCaptureSession session) {
                    Toast.makeText(MainActivity.this, "配置摄像头失败", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
            }, backgroundHandler);
        } catch (CameraAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private ImageReader.OnImageAvailableListener imageAvailableListener = new ImageReader.OnImageAvailableListener() {
        @Override
        public void onImageAvailable(ImageReader reader) {
            Image image = reader.acquireLatestImage();
            if (image != null) {
                ByteBuffer ybyteBuffer = image.getPlanes()[0].getBuffer();
                byte[] yBytes = new byte[ybyteBuffer.remaining()];
                ybyteBuffer.get(yBytes);

                ByteBuffer ubyteBuffer = image.getPlanes()[1].getBuffer();
                byte[] uBytes = new byte[ubyteBuffer.remaining()];
                ubyteBuffer.get(uBytes);

                ByteBuffer vbyteBuffer = image.getPlanes()[2].getBuffer();
                byte[] vBytes = new byte[vbyteBuffer.remaining()];
                vbyteBuffer.get(vBytes);

                // 转换为NV21格式
                byte[] nv21 = convertYUV420888ToNV21(image);
                int rotation = getRotationCompensation();

                image.close();

                // 回调数据
                callbackInterface.onDataReceived(nv21, rotation);
            }
        }
    };

    // 转换YUV_420_888为NV21
    private byte[] convertYUV420888ToNV21(Image image) {
        Image.Plane[] planes = image.getPlanes();
        ByteBuffer yBuffer = planes[0].getBuffer();
        ByteBuffer uBuffer = planes[1].getBuffer();
        ByteBuffer vBuffer = planes[2].getBuffer();

        int ySize = yBuffer.remaining();
        int uSize = uBuffer.remaining();
        int vSize = vBuffer.remaining();

        byte[] nv21 = new byte[ySize + uSize + vSize];

        // 获取每个平面的数据
        yBuffer.get(nv21, 0, ySize);
        vBuffer.get(nv21, ySize, vSize);
        uBuffer.get(nv21, ySize + vSize, uSize);

        return nv21;
    }

    // 获取图像旋转角度
    private int getRotationCompensation() {
        // 根据设备方向调整旋转角度
        // 这里可以根据需要调整旋转
        return 0; // 例如：90, 180, 270
    }

    @Override
    public void onRequestPermissionsResult(int requestCode, @NonNull String[] permissions, @NonNull int[] grantResults) {
        super.onRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);
        if (requestCode == REQUEST_CAMERA_PERMISSION) {
            if (grantResults.length > 0 && grantResults[0] == PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
                connectCamera();
            }
        }
    }

    // 定义回调接口
    public interface CallbackInterface {
        void onDataReceived(byte[] data, int rotation);
    }
}

二、大牛直播SDK的RTMP推送模块

1. RTMP推送模块的功能

大牛直播SDK的RTMP推送模块支持将摄像头采集的视频数据编码后推送到RTMP服务器，实现直播功能。其主要功能包括：

• 视频编码：支持H.264/H.265编码，可根据需求设置分辨率、帧率和码率等参数。
• 音频编码：支持AAC、SPEEX、PCMA等音频编码格式。
• 数据投递：将Camera2采集的YUV数据通过JNI接口投递到底层编码器进行编码。

2. RTMP推送模块的实现

在实现RTMP推送时，首先需要初始化推流上下文，设置编码参数（如分辨率、帧率、码率等），然后通过PostLayerImageYUV420888ByteBuffer接口将YUV数据送入编码队列。音频数据通过OnPCMData回调处理。

三、轻量级RTSP服务模块

1. RTSP服务的功能

轻量级RTSP服务模块允许Android设备作为RTSP服务器，提供视频流服务。其主要功能包括：

• 多客户端接入：支持多个客户端同时接入，实时查看视频流。
• 用户认证：支持用户名和密码验证，确保服务的安全性。
• 实时统计：统计客户端会话数，便于管理和监控。

2. RTSP服务的实现

通过调用create_and_start_server接口启动内置RTSP服务，设置端口、用户名和密码等参数。服务启动后，客户端可以通过RTSP协议连接到Android设备，获取视频流。

四、GB28181设备接入模块

1. GB28181协议的背景

GB28181协议是基于IP网络的安防视频监控标准，主要包括信令和媒体传输两个方面。信令用于建立、维护和释放呼叫，媒体传输则负责视频、音频等数据的传输。

2. GB28181设备接入的功能

大牛直播SDK的GB28181设备接入模块支持将Android设备接入到国标28181服务平台，实现设备的互联互通。其主要功能包括：

• 信令处理：实现信令的编解码、交换与处理等功能，遵循GB28181协议规定的信令格式和流程。
• 媒体传输：负责视频和音频数据的传输，确保数据传输的稳定性和实时性。
• 设备管理：支持设备注册、心跳、设备位置请求等功能。

3. GB28181设备接入的实现

在实现GB28181设备接入时，首先需要通过CameraManager获取摄像头列表，选择指定ID的摄像头（如前置或后置），配置预览尺寸（如1280x720）。然后通过Socket编程实现与设备的通信，遵循GB28181协议规定的信令格式和流程。

五、综合应用与优化

1. 综合应用

通过结合Camera2 API、RTMP推送模块、轻量级RTSP服务模块和GB28181设备接入模块，可以在Android平台上实现多种应用场景，如移动直播、安防监控、智慧零售、智慧教育等。

2. 性能优化

在实现过程中，需要注意性能优化，如减少内存占用、降低CPU使用率等。同时，要进行充分的测试，包括功能测试、稳定性测试、兼容性测试等，确保设备能够稳定地接入到国标28181服务平台。

六、总结

通过本文的介绍，我们深入了解了Android平台上Camera2 API的优势和应用，以及大牛直播SDK的RTMP推送模块、轻量级RTSP服务模块和GB28181设备接入模块的实现和功能。这些技术的结合为开发者提供了强大的工具，可以实现高效稳定的视频处理和设备接入功能，满足各种应用场景的需求。