camera.v4l2 实现了 Camera HALv3 接口，底层调用了 Video For Linux 2(V4L2)，因此适用范围比较广泛，可以适配兼容 V4L2 接口的所有设备。不过相对于 Android Camera 来说，V4L2 存在一些局限性，内置相机具备的一些功能可能不支持，但对于大多数应用场景来说，是没有问题的。

这篇文章根据官方介绍，结合实践经验来介绍一下 camera.v4l2 的一些特性。有空再补充一些细节~

当前状态

camera.v4l2 可以自由使用，但是它不是由 Android Camera team 官方维护的， 实际上官方维护的是另外一个随着 Android P 一起更新发布的实现：External USB Cameras

该 HAL 实现在现有 Android 系统默认是关闭的，不会编译到系统里面。可以按照如下方式打开

编译方法

修改 .mk 文件，增加如下配置：

1
2
3
USE_CAMERA_V4L2_HAL := true
PRODUCT_PACKAGES += camera.v4l2
PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += ro.hardware.camera=v4l2

第一行会打开编译选项，默认关闭，防止一些设备不支持出现问题。第二行告诉编译系统将库打包到 system image 里面；最后一行告诉硬件设备管理器加载 V4L2 HAL 替换掉默认的 Camera HAL.

前提条件

  • camera 必须支持 BGR32, YUV420 和 JPEG 格式
  • 设备上的 gralloc 和其它 graphics module 必须使用 HAL_PIXEL_FORMAT_RGBA_8888 作为 HAL_PIXEL_FORMAT_IMPLEMENTATION_DEFINED

HAL 代码解析

V4L2 Camera HAL 包含 3 个部分：HALv3 Camera 实现， V4L2 wrapper，以及 Metadata

同时，你应该要了解一下 Android Framework 是如何与 HAL 打交道的，可以参考 Android Camera HAL 介绍

Camera & HAL 接口

接口实现主要是这两个类：Camera, V4L2CameraHal

V4L2CameraHAL 主要负责相机系统初始化，创建时，会搜索 dev/video* 设备节点，并查询是否满足 V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 然后创建对应的 V4L2Camera 对象，并且对 Framework 可见。后续流程调用会被 dispatch 到特定的设备节点。

Camera 类实现了 camera 设备的通用操作，打开/关闭设备、configuring streams、preparing and tradking requests 等等。具体的拍照、设置流程则是由其子类 V4L2Camera 实现。

Camera 类在调用具体流程的时候，会应用上 V4L2Camera 初始化之后的 Metadata 属性，比如 in-flight request per stream 数量的限制。换句话说，Camera 类实现具体的 HAL 调用流程，与而具体的设备无关，而 V4L2Camera 负责设备相关的属性设置、功能实现（透过 V4L2Wrapper 类）。所以理论上，可以把 V4L2 实现换成其它某种设备实现，只要传递正确的 metadata 信息，Camera 类依然会按照预期的工作。

V4L2 具体实现

V4L2Camera 实现所有拍照功能。它包含一些方法用来获取或设置参数，但它的核心能力主要是在 request queue 上。 Camera 提交 CaptureRequest 到 request queue 排队，V4L2Camera 异步地从队列里取出来执行，处理过程主要分三个阶段：

  • 接收 request 请求：收到 request 并放入等待队列。
  • enqueue：读取 request 配置并应用到 v4l2 设备，执行拍照，并传递 buffer 给 v4l2 驱动。
  • dequeue：从驱动获取到处理完成的 frame，buffer 内容 copy 到 request output 并传递给 Camera 做后续处理（验证结果，填入 CaptureResult 并返回给 Framework）

这项工作的大部分是 V4L2Wrapper 类完成的，它基于 HAL 的功能需求，包装了 v4l2 ioctls, 提供简单的输入输出调用功能。自动填入 ioctls 需要的常量参数，抽取 HAL 所需信息，同时把相关功能暴露给 Metadata 系统，获取、设置 meta 控制参数。

Metadata

Metadata 子系统主要目的是简化 (system/media/camera/docs/docs.html) 的相关操作。顶层是 Metadata 和 PartialMetadataInterface 类，Metadata 类提供高层次功能，包括初始化 static metadata，验证，获取、设定相关配置参数等等，它把这些需求下发给对应的 PartialMetadataInterfaces 模块，各个子模块负责处理自己相关的 metadata 和任务。

已经实现了几个具体类负责这项功能，主要有 3 类：

  • Properties：静态属性, static metadata 等
  • Controls：动态属性，或者标示允许值的静态属性
  • States：动态的只读的属性

针对不同的功能需求和不同的 metadata tags, 还有一些更具体的接口和子类型来区分处理。

Metadata Factory

为了满足 HAL 规范的要求, V4L2 Camera HAL 使用一个 metadata factory 工厂方法，初始化 100+ metadata 参数，大多数参数都是固定值，只有少部分对应到 v4l2 驱动相关的参数。

这套 HAL 实现最初是为了提供给 Raspberry Pi camera module v2.1 使用的，所以大多固定默认值的设置主要是适配它的相机模组。

V4L2 不足之处

  • 不支持多个 stream，如果 preview 与 capture 格式不一样，必须重新配置 stream; 因此不支持 Android Camera (v1) API，只能使用 Camera2 API
  • 有些 metadata 信息无法从 V4L2 获取到，比如一些物理属性
  • Android 系统实现要求 HAL 必须支持 YUV420， JPEG 以及 Graphics 子系统定义的（implementation defined），但实际上只有少数 camera 完整支持这几种格式（比如树莓派相机），因此 HAL 内部实现了格式转换以扩展其适用范围。
  • V4L2 并不能确保参数设置立即生效，所以也没有办法确认当前帧给定的设置是否已生效。因此 CaptureRequest 和 CaptureResult 所带的参数有可能生效，有可能没有。在使用到这些参数的时候，需要注意，它不一定是准确的。
  • 另外，V4L2 的很多功能，并没有包含在 HAL 实现里面(比如与camera功能无关的),所以功能上讲, HAL 只是完整 V4L2 的一个子集。

已知问题

  • 该库未实现的功能包括：high speed capture, flash torch mode, hotplugging/unplugging