📚 课程目录第2章 Stream基础概念

2. Stream基础概念：Stream的定义、Stream类型（Input/Output）、Stream配置参数（分辨率/格式/Usage）

2.1 Stream的定义

在Camera HAL（硬件抽象层）中，Stream 是连接图像数据生产者（Camera Sensor / ISP）与消费者（应用层 / 编码器 / 显示）的逻辑数据通道。每个Stream代表一条独立的、具有特定配置的图像数据流路径。

从实现角度看，Stream是HAL层与Framework层之间协商并建立的缓冲区队列（BufferQueue）的抽象。Framework通过配置Stream的参数，决定Camera设备如何输出图像数据，以及输出数据的格式、尺寸和用途。

  核心要点：Stream ≠ 物理通道。一个物理Camera设备可以同时输出多个Stream（例如：预览流、拍照流、视频流），每个Stream独立配置、独立传输。

类比理解：Stream就像自来水管道系统中的独立水管。水源（Sensor）相同，但不同的水管可以通向不同的水龙头（预览、拍照、录像），每个水龙头可以调节出水量（分辨率）和水质（格式）。

2.2 Stream类型：Input / Output

根据数据流向，Camera HAL中的Stream分为两大类：Output Stream 和 Input Stream。绝大多数应用场景使用Output Stream，Input Stream用于特殊场景（如视频重处理、Camera2 API的ZSL等）。

Stream类型	方向	数据流向	典型用途	HAL接口
Output Stream	HAL → Framework	Camera设备输出图像数据给应用	预览、拍照、视频录制、图像分析	`processCaptureRequest()` 输出缓冲区
Input Stream	Framework → HAL	应用输入图像数据给Camera设备处理	视频重处理（Reprocessing）、ZSL、HDR合成	`processCaptureRequest()` 输入缓冲区

注意：Input Stream在Android Camera2 API中主要用于重处理请求（Reprocess Request）。设备必须声明支持 REQUEST_AVAILABLE_CAPABILITIES_REPROCESS 能力才能使用Input Stream。大多数中低端设备不支持此功能。

2.2.1 Output Stream详解

Output Stream是Camera设备向Framework输出图像数据的通道。一个Camera设备可以同时拥有多个Output Stream，每个Stream独立配置。常见的Output Stream组合：

预览Stream：通常配置为 YUV_420_888 或 NV21，分辨率匹配屏幕尺寸，用于实时显示。
拍照Stream：通常配置为 JPEG 或 RAW10，分辨率使用Sensor最大或接近最大尺寸。
视频Stream：通常配置为 YUV_420_888，分辨率匹配视频录制规格（如1080p、4K）。
分析Stream：通常配置为 YUV_420_888，分辨率较低（如640x480），用于人脸检测、二维码扫描等。

2.2.2 Input Stream详解

Input Stream允许应用将图像数据输入到Camera HAL进行二次处理。典型流程：

应用通过Output Stream获取一张高分辨率RAW或YUV图像。
应用将这张图像通过Input Stream重新提交给HAL。
HAL对图像进行重处理（如多帧降噪、HDR合成、数字变焦），输出最终结果。

  Input Stream的限制：Input Stream必须与某个Output Stream配对使用，且两者的分辨率、格式必须兼容。HAL在 configureStreams() 中会校验Input/Output Stream的配置一致性。

2.3 Stream配置参数：分辨率 / 格式 / Usage

每个Stream在创建时必须指定一组配置参数，这些参数决定了Stream的行为和性能。核心参数包括：分辨率（Width/Height）、图像格式（Format）和 Usage标志（用途）。

2.3.1 分辨率（Width / Height）

分辨率定义了Stream输出图像的像素尺寸。HAL必须支持Framework请求的分辨率，否则 configureStreams() 会返回错误。

约束：分辨率必须在Camera设备支持的 SCALER_AVAILABLE_STREAM_CONFIGURATIONS 列表中。
对齐：某些HAL实现要求宽高为16或32的倍数（特别是YUV格式）。
性能影响：分辨率越大，带宽和内存占用越高。预览Stream通常使用屏幕分辨率，拍照Stream使用Sensor最大分辨率。

2.3.2 图像格式（Format）

格式定义了Stream输出图像的像素编码方式。Android Camera HAL支持多种格式，常见的有：

格式常量	描述	位深	典型用途	备注
`HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_888`	灵活YUV 4:2:0	8-bit	预览、视频、分析	最通用格式，支持多平面
`HAL_PIXEL_FORMAT_NV21`	YUV 4:2:0 NV21	8-bit	预览、编码	传统格式，单平面交错
`HAL_PIXEL_FORMAT_IMPLEMENTATION_DEFINED`	实现定义格式	可变	显示、GPU处理	由Gralloc决定实际格式
`HAL_PIXEL_FORMAT_BLOB`	二进制大对象	可变	JPEG编码输出	包含JPEG头部和数据
`HAL_PIXEL_FORMAT_RAW10`	10-bit RAW Bayer	10-bit	专业拍照、DNG输出	需要Sensor RAW支持
`HAL_PIXEL_FORMAT_RAW16`	16-bit RAW Bayer	16-bit	专业拍照、DNG输出	精度更高，带宽更大

格式选择建议：对于预览和视频，优先使用 HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_888，它兼容性最好且支持灵活的内存布局。对于显示场景，使用 HAL_PIXEL_FORMAT_IMPLEMENTATION_DEFINED 可以让Gralloc选择最高效的格式（如RGBA_8888或NV12）。

2.3.3 Usage标志（用途）

Usage标志是Android Gralloc分配缓冲区时使用的消费者/生产者用途标记。它告诉HAL和Gralloc：这个Stream的缓冲区将被如何使用，从而影响内存分配策略（如CPU访问、GPU纹理、显示合成等）。

常见的Usage标志（定义在 gralloc.h 或 hardware/gralloc.h）：

Usage标志	值（示例）	含义	典型场景
`GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN`	0x00000003	CPU频繁读取	图像分析、人脸检测
`GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN`	0x00000005	CPU频繁写入	应用层图像处理
`GRALLOC_USAGE_HW_TEXTURE`	0x00000100	GPU纹理采样	OpenGL渲染、滤镜
`GRALLOC_USAGE_HW_RENDER`	0x00000200	GPU渲染目标	离屏渲染、特效
`GRALLOC_USAGE_HW_VIDEO_ENCODER`	0x00010000	视频编码器输入	视频录制
`GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_WRITE`	0x00020000	Camera HAL写入	所有Camera输出Stream
`GRALLOC_USAGE_HW_COMPOSER`	0x00000800	显示合成器使用	预览显示

Usage标志的坑：多个Usage标志可以通过 | 组合。但组合不当会导致内存分配失败或性能下降。例如：同时设置 SW_READ_OFTEN 和 HW_VIDEO_ENCODER 可能导致缓冲区无法被硬件高效访问。HAL开发者在配置Stream时，必须根据实际消费者合理设置Usage。

2.3.4 配置参数组合示例

以下是一个典型的Stream配置代码片段（HAL层伪代码）：

// 配置预览Stream
camera3_stream_t preview_stream;
preview_stream.stream_type = CAMERA3_STREAM_OUTPUT;   // Output类型
preview_stream.width  = 1920;                         // 分辨率宽
preview_stream.height = 1080;                         // 分辨率高
preview_stream.format = HAL_PIXEL_FORMAT_YCbCr_420_888; // YUV格式
preview_stream.usage  = GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_WRITE   // Camera写入
                      | GRALLOC_USAGE_HW_COMPOSER       // 显示合成
                      | GRALLOC_USAGE_HW_VIDEO_ENCODER; // 视频编码
preview_stream.max_buffers = 4;                        // 缓冲区数量

// 配置拍照Stream
camera3_stream_t jpeg_stream;
jpeg_stream.stream_type = CAMERA3_STREAM_OUTPUT;
jpeg_stream.width  = 4000;
jpeg_stream.height = 3000;
jpeg_stream.format = HAL_PIXEL_FORMAT_BLOB;           // JPEG格式
jpeg_stream.usage  = GRALLOC_USAGE_HW_CAMERA_WRITE
                   | GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN;     // CPU读取JPEG数据
jpeg_stream.max_buffers = 2;

2.4 Stream配置的约束与校验

在HAL的 configureStreams() 函数中，Framework会传入一个Stream配置列表。HAL必须校验这些配置的合法性：

分辨率校验：检查每个Stream的分辨率是否在 SCALER_AVAILABLE_STREAM_CONFIGURATIONS 中。
格式校验：检查格式是否被Sensor或ISP支持。
组合校验：检查多个Stream的组合是否可行（例如：同时输出4K视频和RAW拍照是否超过ISP带宽）。
Usage兼容性：检查Usage标志是否与格式、分辨率兼容（例如：BLOB格式通常不支持GPU纹理）。

  Stream复用优化基础：理解Stream的配置参数是后续学习Stream复用的前提。复用策略的核心就是：在满足应用需求的前提下，通过共享缓冲区、合并Stream配置、减少不必要的Stream数量，来降低内存和带宽消耗。

本章节介绍了Stream的基础概念，包括定义、Input/Output类型以及分辨率、格式、Usage三大配置参数。这些知识是理解Camera HAL数据流和后续Stream复用优化的基石。