4. Stream类型与用途：INPUT、OUTPUT、BIDIRECTIONAL

在Camera HAL3架构中，Stream是数据流的抽象载体，它定义了图像数据在Camera子系统中的流向、用途和生命周期。正确理解Stream类型是配置Pipeline、选择图像格式、优化性能的前提。HAL3定义了三种Stream类型：INPUT、OUTPUT和BIDIRECTIONAL，它们分别对应数据流入、流出和双向复用场景。

4.1 三种Stream类型的核心区别

下表从数据流向、典型用途、Buffer所有权和HAL实现约束四个维度对比三种Stream类型：

4.2 典型应用场景详解

4.2.1 Preview（预览）—— OUTPUT Stream

Preview是Camera最基本的场景，用于在屏幕上显示实时取景画面。它使用OUTPUT Stream，HAL将Sensor数据经过ISP处理后输出到SurfaceFlinger或TextureView。

• 典型格式：IMPLEMENTATION_DEFINED（通常为NV12或NV21）
• 分辨率：通常匹配屏幕分辨率或更小（如1080p）
• 帧率：30fps或60fps
• Buffer数量：至少3个（双缓冲+1个备用）
• Stream配置标记：CAMERA3_STREAM_OUTPUT

4.2.2 Video（视频录制）—— OUTPUT Stream

Video场景与Preview类似，但输出目标为MediaCodec编码器。它同样使用OUTPUT Stream，但格式和分辨率要求不同。

4.2.3 Snapshot（拍照）—— OUTPUT Stream

Snapshot用于拍摄高分辨率静态图像。它使用OUTPUT Stream，但通常需要更高的分辨率和更丰富的格式支持。

• 典型格式：JPEG、YUV420_888、RAW10/RAW16
• 分辨率：Sensor最大分辨率或用户指定分辨率
• Buffer数量：通常1~2个（拍照完成后释放）
• Stream配置标记：CAMERA3_STREAM_OUTPUT
• 特殊要求：JPEG格式需要HAL内部完成编码，或输出YUV后由应用层编码

4.2.4 ZSL（零快门延迟）—— INPUT + OUTPUT Stream组合

ZSL是高级拍照特性，它允许用户在按下快门时获取按下瞬间之前的帧，从而消除快门延迟。ZSL需要INPUT Stream和OUTPUT Stream协同工作。

ZSL工作流程：

1. 环形Buffer：HAL内部维护一个环形Buffer，持续缓存最近N帧的YUV或RAW数据。
2. Preview OUTPUT Stream：正常输出预览帧到Surface。
3. ZSL INPUT Stream：当用户按下快门时，应用创建一个新的CaptureRequest，将INPUT Stream指向环形Buffer中的某一帧。
4. Reprocessing：HAL从INPUT Stream读取缓存的帧，进行重处理（如降噪、锐化、JPEG编码），输出到Snapshot OUTPUT Stream。

4.3 Stream类型与典型场景的对应关系

下表总结了四种典型场景与Stream类型的映射关系：

4.4 Stream类型与图像格式的关联

不同的Stream类型对图像格式有不同约束：

• OUTPUT Stream：支持所有标准格式（NV12、NV21、YUV420_888、JPEG、RAW等）。格式选择取决于消费者需求。
• INPUT Stream：通常只支持YUV420或RAW格式。JPEG格式不能作为INPUT Stream，因为JPEG是有损压缩，重处理会引入质量损失。
• BIDIRECTIONAL Stream：格式限制与INPUT类似，主要用于内部算法处理。

4.5 Stream类型配置的SVG架构图

下图展示了四种典型场景中Stream类型的配置关系：

4.6 Stream配置代码示例

以下代码展示了在HAL的configure_streams中配置不同Stream类型的典型实现：

// Camera HAL3 Stream配置示例
int configure_streams(const camera3_device_t *device,
                      camera3_stream_configuration_t *stream_list) {
    // 遍历所有Stream
    for (size_t i = 0; i < stream_list->num_streams; i++) {
        camera3_stream_t *stream = stream_list->streams[i];
        
        switch (stream->stream_type) {
            case CAMERA3_STREAM_OUTPUT:
                // OUTPUT Stream：预览、视频、拍照
                ALOGI("Configuring OUTPUT Stream #%zu", i);
                ALOGI("  Format: %d, Width: %d, Height: %d",
                      stream->format, stream->width, stream->height);
                
                // 根据格式分配不同的Buffer
                if (stream->format == HAL_PIXEL_FORMAT_IMPLEMENTATION_DEFINED) {
                    // Preview/Video场景
                    stream->max_buffers = 4;  // 至少4个Buffer
                    stream->usage = GRALLOC_USAGE_HW_TEXTURE | 
                                    GRALLOC_USAGE_HW_RENDER;
                } else if (stream->format == HAL_PIXEL_FORMAT_BLOB) {
                    // JPEG Snapshot场景
                    stream->max_buffers = 2;
                    stream->usage = GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN;
                } else if (stream->format == HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_888) {
                    // YUV Snapshot或Video场景
                    stream->max_buffers = 3;
                    stream->usage = GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_WRITE;
                }
                break;
                
            case CAMERA3_STREAM_INPUT:
                // INPUT Stream：ZSL重处理输入
                ALOGI("Configuring INPUT Stream #%zu (ZSL Reprocessing)", i);
                ALOGI("  Format: %d, Width: %d, Height: %d",
                      stream->format, stream->width, stream->height);
                
                // INPUT Stream只支持YUV或RAW
                if (stream->format != HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_888 &&
                    stream->format != HAL_PIXEL_FORMAT_RAW16) {
                    ALOGE("Unsupported INPUT format: %d", stream->format);
                    return -EINVAL;
                }
                stream->max_buffers = 1;  // 每次只处理一帧
                stream->usage = GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_READ;
                break;
                
            case CAMERA3_STREAM_BIDIRECTIONAL:
                // BIDIRECTIONAL Stream（已弃用，仅兼容旧代码）
                ALOGW("BIDIRECTIONAL Stream detected (deprecated)");
                stream->max_buffers = 2;
                stream->usage = GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_READ | 
                                GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_WRITE;
                break;
                
            default:
                ALOGE("Unknown stream type: %d", stream->stream_type);
                return -EINVAL;
        }
    }
    
    // 验证Stream组合的合法性
    if (!validate_stream_combination(stream_list)) {
        ALOGE("Invalid stream combination");
        return -EINVAL;
    }
    
    return 0;
}

4.7 本章小结

Stream类型是Camera HAL3 Pipeline的基石。理解INPUT、OUTPUT和BIDIRECTIONAL的区别，能够帮助开发者：

• 正确配置Pipeline：根据场景需求选择合适的Stream类型和格式。
• 优化内存使用：合理设置Buffer数量和usage标志，避免内存浪费或分配失败。
• 支持高级特性：ZSL、HDR+、多帧降噪等特性依赖INPUT Stream的正确实现。
• 避免兼容性问题：BIDIRECTIONAL Stream已弃用，新开发应使用INPUT+OUTPUT组合。