基于Android平臺的Camera系統(tǒng)核心架構(gòu)研究與設(shè)計(jì)

林麗速

摘 要：基于Android系統(tǒng)的智能手機(jī)已得到了廣泛的應(yīng)用，本文進(jìn)行對基于Android平臺的Camera系統(tǒng)核心架構(gòu)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。文中基于筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)分析了基于Android平臺的Camera系統(tǒng)功能，闡述了Camera系統(tǒng)的核心架構(gòu)，并給出了Android Camera實(shí)現(xiàn)具體功能的設(shè)計(jì)方案。該Camera不僅擁有的高清晰拍照功能，且控制鍵更健全，為開發(fā)和設(shè)計(jì)Camera系統(tǒng)提供了參考。

關(guān)鍵詞：Android；Camera；取景器；服務(wù)器

中圖分類號：TP391.41

Android系統(tǒng)是谷歌公司研究推廣的新一代移動互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，已經(jīng)在智能終端領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是智能手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，Android系統(tǒng)已經(jīng)在智能手機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的開發(fā)和設(shè)計(jì)[1]。人們在使用智能手機(jī)、ipad等移動智能設(shè)備過程中，可以使用Camera系統(tǒng)進(jìn)行拍照，將照片保存在智能終端硬盤中，也可以發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，以便與朋友分享。因此，基于Android平臺的Camera系統(tǒng)已經(jīng)成為了許多學(xué)者研究的熱點(diǎn)，得到了長足的進(jìn)步。

1 基于Android平臺的Camera功能分析

目前，基于Android平臺的Camera系統(tǒng)主要包括取景器（viewfinder）和拍攝照片兩種關(guān)鍵的功能，已經(jīng)發(fā)布的基于Android平臺的Camera程序?qū)崿F(xiàn)的功能雖然較為簡單，但是其程序架構(gòu)分別包括兩個(gè)關(guān)鍵組成部分，分別是客戶端（Client）和服務(wù)器（Server），是非常完整的，能夠有效確保通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。Camera系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的通信是依賴于Binder結(jié)構(gòu)的，具體描述如下：當(dāng)基于Android平臺的Camera系統(tǒng)工作運(yùn)行的時(shí)候，可以將工作程序分成兩個(gè)關(guān)鍵組成部分，分別是客戶端（Client）和服務(wù)器（Server），兩者之間的通信可以使用Binder機(jī)制實(shí)現(xiàn)，客戶端調(diào)用接口服務(wù)程序，具體的執(zhí)行功能則在服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)，具體的進(jìn)程之間的通信對于客戶端來講是不可見的[3]。

2 Camera系統(tǒng)核心架構(gòu)分析

目前，基于Android平臺的Camera系統(tǒng)核心架構(gòu)主要分為四個(gè)層次，分別是應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、庫層和內(nèi)核層。

2.1 應(yīng)用層

應(yīng)用層是指應(yīng)用程序直面客戶的層次，應(yīng)用程序可以采用Android系統(tǒng)提供的API進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，通常采用Java語言進(jìn)行編程，使用各種源文件，將Java源文件程序和資源文件集成在一起，通過編譯生成一個(gè)完整的APK包。Camera系統(tǒng)在應(yīng)用層上表現(xiàn)為一個(gè)APK包，APK包在拍照功能實(shí)現(xiàn)過程中調(diào)用了應(yīng)用框架層中的API函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)拍照等邏輯業(yè)務(wù)功能和UI顯示，該功能的實(shí)現(xiàn)文件命名為Camera.java，該文件關(guān)聯(lián)的類是android.hardware.Camera。

2.2 應(yīng)用框架層

應(yīng)用框架層能夠?yàn)閼?yīng)用軟件開發(fā)者提供許多的API，是一個(gè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的基本框架。在框架內(nèi)部，程序員可以獲取UI界面需要的各種控件，比如使用網(wǎng)格和列表等，都采用必要的接口，提供給外部用戶。Camera系統(tǒng)可以通過應(yīng)用框架層將應(yīng)用和底層硬件實(shí)現(xiàn)邏輯隔離開，基于Android定義實(shí)現(xiàn)一套上下通信的接口，能夠有效地加強(qiáng)應(yīng)用層、底層硬件的開發(fā)和移植。在應(yīng)用框架層，應(yīng)用層可以通過android.hardware.Camera種類調(diào)用軟件服務(wù)功能，同時(shí)可以使用CameraHardwareInterface.h頭文件中包含的硬件服務(wù)接口為下層提供調(diào)用服務(wù)的功能。

2.3 庫層

對于嵌入式軟件系統(tǒng)來講，庫層是一個(gè)非常重要的中間層，也是Android應(yīng)用層與實(shí)際硬件層進(jìn)行通信傳輸?shù)慕涌?，其可以將硬件的行為與功能封裝起來，通過接口提供給應(yīng)用框架層，以便能夠進(jìn)行通信。在Camera系統(tǒng)中，庫層實(shí)際上就是硬件抽象層，用戶空間的驅(qū)動程序代碼就在庫層實(shí)現(xiàn)。庫層的上級層次為應(yīng)用框架層，其為Camera硬件抽象層提供了包括虛函數(shù)的類，作為一個(gè)接口進(jìn)行調(diào)用服務(wù)。

2.4 內(nèi)核層

內(nèi)核層又被稱為操作系統(tǒng)層，內(nèi)核層與硬件直接關(guān)聯(lián)，主要能夠?yàn)閼?yīng)用程序、硬件設(shè)備提供邏輯驅(qū)動程序，以便能夠啟動硬件。為了更好地服務(wù)移動終端系統(tǒng)，在Linux內(nèi)核上進(jìn)行很大的改進(jìn)和優(yōu)化。在基于Android平臺的Camera系統(tǒng)中，其通常采用具體的驅(qū)動規(guī)范，可以將Camera基本物理功能提供給硬件抽象層，供其進(jìn)行調(diào)用。Camera系統(tǒng)的主要功能包含了圖像視頻數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換圖像的格式、縮放圖像和傳輸數(shù)據(jù)

3 具體功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

針對以上的分析來設(shè)計(jì)Android Camera的實(shí)現(xiàn)方案，圖1給出了preview和拍照時(shí)的數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)方案，圖2給出了視頻錄制時(shí)數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)方案。數(shù)據(jù)都是從java層送到Camera Service，并在HAL層準(zhǔn)備好組件，最后送到Driver層解析。Preview與拍照時(shí)的數(shù)據(jù)流類似，視頻錄制時(shí)則需要考慮緩存數(shù)據(jù)。圖中Preview data、Capture Image data、Recoding data指出了數(shù)據(jù)從上層到下層的流向。

由圖1和圖2給出的Android Camera的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出的Camera不僅擁有的高清晰拍照功能，且控制鍵更健全，為開發(fā)和設(shè)計(jì)Camera系統(tǒng)提供了參考。

4 結(jié)束語

本文分析了基于Android平臺的Camera系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)取景、拍照、保存和上傳等核心功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，同時(shí)總結(jié)了Camera系統(tǒng)通常采用的核心架構(gòu)，并給出了具體功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案，以便為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡江楠，劉高平.Android中Camera類庫分析及其典型應(yīng)用[J].浙江萬里學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（01）：11-12.

[2]胡偉.Android系統(tǒng)架構(gòu)及其驅(qū)動研究[J].廣州廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（04）：96-101.

[3]張仕成.基于Google Android平臺的應(yīng)用程序開發(fā)與研究[J].電腦知識與技術(shù)，2009（28）：24-25.

作者單位：福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，福州 350108