Android Camera HAL3 Preview 數據流深度解析

前言

基於 Surface BufferQueue 架構，分析 Camera2Client 與 Camera3Device 在 Preview 模式下如何管理視頻幀緩存。

核心流程

1. convertMetadataListToRequestListLocked

將 mPreviewRequest（含 OutputStream 索引）轉為 CaptureRequest，準備下發 HAL3。

2. configureStreamsLocked

對所有 Input/Output Stream 執行 startConfiguration/finishConfiguration。

• Camera3OutputStream::startConfiguration：查詢 Consumer (Surface) 的 GRALLOC_USAGE 位（如 HW_CAMERA_WRITE、HW_TEXTURE），決定 Buffer 分配屬性。
• HAL3 configure_streams：提交 camera3_stream_configuration（含每個 stream 的 camera3_stream_t：寬高、格式、最大 Buffer 數、用途）。高通平台每 stream 對應一個 Channel。
• Camera3Stream::finishConfiguration：
  • configureQueueLocked：連接 ANativeWindow API，設置用途、縮放模式、尺寸、格式、Transform、Buffer 數（mTotalBufferCount = consumerMinUndequeued + halMaxBuffers，通常 8 個）。
  • registerBuffersLocked：dequeueBuffer 取出所有 Buffer，填充 camera3_stream_buffer_set，調用 HAL3 register_stream_buffers 綁定，隨後 cancelBuffer 歸還標記為 ERROR 狀態，完成註冊。

3. Buffer Dequeue（Request 下發）

RequestThread::threadLoop 中為每個 OutputStream getBuffer 獲取一個 camera3_stream_buffer_t，打包進 camera3_capture_request.output_buffers 下發 HAL3。getBuffer 內部等待可用 Buffer（受 max_buffers 限制），調用 getBufferLocked 從 Consumer dequeueBuffer 取得，更新狀態為 OK。

4. Buffer Queue（結果返回）

HAL3 通過 camera3_callback_ops.process_capture_result 返回結果。Camera3Device::returnOutputBuffers 遍歷結果 Buffer，調用對應 Stream returnBuffer → returnBufferLocked。首次註冊時 Buffer 狀態為 ERROR 執行 cancelBuffer；正常幀狀態 OK 設置 timestamp 執行 queueBuffer 送顯示。

5. Consumer 消費

Preview 由 SurfaceFlinger 消費；CallbackProcessor 監聽 onFrameAvailable，喚醒線程 processNewCallback，最終 dataCallback(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, ...) 回調上層 APP。

總結

Preview 數據流本質是 Buffer 的 dequeue → HAL3 填充 → queue → Consumer 顯示 循環。configureStreams 階段完成 Buffer 屬性協商與註冊，RequestThread 驅動每幀 Buffer 流轉。HAL3 實現最複雜，Framework 層主要管理隊列與狀態機。