Cómo usar varias transmisiones de cámara a la vez

Nota: Esta página hace referencia al paquete Camera2. A menos que tu app requiera funciones específicas de bajo nivel de Camera2, te recomendamos que uses 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 de forma simultánea. En algunos casos, las diferentes transmisiones incluso requieren una resolución de fotogramas o un formato de píxeles diferentes. Estos son algunos casos prácticos típicos:

• Grabación de video: una transmisión para la vista previa y otra que se codifica y se guarda en un archivo.
• Escaneo de códigos de barras: un flujo para la vista previa y otro para la detección de códigos de barras
• Fotografía computacional: un flujo para la vista previa y otro para la detección de rostros o escenas

Hay un costo de rendimiento no trivial cuando se procesan fotogramas, y el costo se multiplica cuando se realiza un procesamiento paralelo de transmisiones o canalizaciones.

Los recursos como CPU, GPU y DSP podrían aprovechar las capacidades de reprocesamiento del framework, pero los recursos como la memoria crecen de forma lineal.

Varios objetivos por solicitud

Se pueden combinar varias transmisiones de la cámara en un solo objeto 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:

Kotlin

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 basic 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)

Java

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 basic 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 correctamente, este código producirá solo los flujos que cumplan con los FPS mínimos determinados por StreamComfigurationMap.GetOutputMinFrameDuration(int, Size) y StreamComfigurationMap.GetOutputStallDuration(int, Size). El rendimiento real varía de un dispositivo a otro, aunque Android proporciona algunas garantías para admitir combinaciones específicas según tres variables: tipo de salida, tamaño de salida y nivel de hardware.

Es posible que el uso de una combinación de variables no admitida funcione con una velocidad de fotogramas baja. De lo contrario, se activará una de las devoluciones de llamada de error. La documentación de createCaptureSession describe lo que se garantiza que funcionará.

Tipo de salida

El tipo de salida se refiere al formato en el que se codifican los fotogramas. Los valores posibles son PRIV, YUV, JPEG y RAW. La documentación de createCaptureSession los describe.

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 las imágenes estáticas. Para las situaciones de vista previa y grabación, es probable que uses un SurfaceView, TextureView, MediaRecorder, MediaCodec o RenderScript.Allocation. En esos casos, no especifiques un formato de imagen. Para garantizar la compatibilidad, se contará como ImageFormat.PRIVATE, independientemente del formato real que se use de forma interna. Para consultar los formatos que admite un dispositivo según su CameraCharacteristics, usa el siguiente código:

Kotlin

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

Java

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

Tamaño de salida

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

Los tamaños de salida disponibles dependen del formato que elijas. Dados el CameraCharacteristics y un formato, puedes consultar los tamaños de salida disponibles de la siguiente manera:

Kotlin

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

Java

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 de destino para determinar los tamaños admitidos. El framework de la cámara se encargará del formato:

Kotlin

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

Java

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 devuelve el más grande:

Kotlin

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 }
}

Java

@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 es posible que debas aplicar un formato de pantalla ancha o recortar 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, teniendo en cuenta que la pantalla podría estar rotada.

En el siguiente código, se define una clase auxiliar, SmartSize, que facilitará las comparaciones de tamaño:

Kotlin

/** 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
}

Java

/** 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 capacidades disponibles en el tiempo de ejecución, verifica el nivel de hardware compatible con CameraCharacteristics.INFO_SUPPORTED_HARDWARE_LEVEL.

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

Kotlin

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)

Java

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);

Uniendo 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. En el siguiente gráfico, se muestra una instantánea de las configuraciones que admite un CameraDevice con un nivel de hardware LEGACY.

Objetivo 1		Objetivo 2		Objetivo 3		Casos de uso de muestra
Tipo	Tamaño máximo	Tipo	Tamaño máximo	Tipo	Tamaño máximo
PRIV	MAXIMUM					Vista previa simple, procesamiento de video con GPU o grabación de video sin vista previa.
JPEG	MAXIMUM					Captura de imágenes fijas sin visor
YUV	MAXIMUM					Procesamiento de imágenes y videos en la aplicación
PRIV	PREVIEW	JPEG	MAXIMUM			Imágenes fijas estándar.
YUV	PREVIEW	JPEG	MAXIMUM			Procesamiento en la app y captura de fotos.
PRIV	PREVIEW	PRIV	PREVIEW			Grabación estándar.
PRIV	PREVIEW	YUV	PREVIEW			Vista previa y procesamiento en la app.
PRIV	PREVIEW	YUV	PREVIEW	JPEG	MAXIMUM	Captura de imágenes estáticas y procesamiento en la app

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

Tu app también debe configurar los búferes de salida de destino. Por ejemplo, para orientar un dispositivo con un nivel de hardware LEGACY, puedes configurar dos plataformas de salida de destino, 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 antes en este documento, para obtener los tamaños de vista previa requeridos para un ID de cámara, se necesita el siguiente código:

Kotlin

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)

Java

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);

Se debe esperar hasta que SurfaceView esté listo con las devoluciones de llamada proporcionadas:

Kotlin

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
  }
  ...
})

Java

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 forzar que la SurfaceView coincida con el tamaño de salida de la cámara llamando a SurfaceHolder.setFixedSize() o puedes adoptar un enfoque similar a AutoFitSurfaceView del módulo común de las muestras de la cámara en GitHub, que establece un tamaño absoluto, teniendo en cuenta la relación de aspecto y el espacio disponible, mientras se ajusta automáticamente cuando se activan los cambios de actividad.

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

Kotlin

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)

Java

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:

Kotlin

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

Java

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

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