Android项目总结复盘5

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1、项目需求

项目整体的需求是Android盒子支持上下左右控制云台摄像头,还要能相对和绝对控制摄像头的位置。相对控制,意思就是按着左方向键不放,摄像头一直往左边转,到最大值为止,反之亦然;绝对控制,意思是每次按一下方向键,就转一个角度就停下来。

2、需求实现

最终选择通过定制Android kernel层的uvc代码,编译kernel,打包固件,刷机,编写上层App,从上到下打通控制流程。

3、灵感来源

验证Android盒子是否支持控制云台摄像头,只需要将摄像头连接到ubuntu虚拟机,通过ubuntu上面的工具即可以控制摄像头旋转,也就可以通过改造Android的kernel支持对应的功能。

之前的文章里面有提到过,使用uvcdynctrl工具,输入对应的指令就行,这里看看他的源码是怎么实现的:

https://github.com/llmike/v4l2-tools/blob/master/libwebcam-src-0.2.4/libwebcam/libwebcam.c

struct v4l2_control v4l2_ctrl = {
    .id		= control->v4l2_control,
    .value	= value->value
};
if(ioctl(v4l2_dev, VIDIOC_S_CTRL, &v4l2_ctrl)) {
    ret = C_V4L2_ERROR;
    set_last_error(hDevice, errno);
}

struct v4l2_control v4l2_ctrl = { .id = control->v4l2_control };
if(ioctl(v4l2_dev, VIDIOC_G_CTRL, &v4l2_ctrl)) {
	ret = C_V4L2_ERROR;
	set_last_error(hDevice, errno);
	goto done;
}
value->value	= v4l2_ctrl.value;

VIDIOC_S_CTRLVIDIOC_G_CTRL的解释详见如下链接,一个用于设置参数,一个用于获取参数。

https://www.linuxtv.org/downloads/legacy/video4linux/API/V4L2_API/spec-single/v4l2.html#vidioc-g-ctrl

v4l2_control是两个操作中间的媒介,新的数据可以通过VIDIOC_S_CTRL传递这个结构体;当设置id之后,通过VIDIOC_G_CTRL,可以返回需要的数据。

这个id填什么参数呢?是struct uvc_control_mapping uvc_ctrl_mappings中对应的id,这个id就是具体摄像头支持的参数id,在设置之前先要查询摄像头支持的参数,只有它支持之后才能设置。

3.1 上层JNI代码编写

获取摄像头支持的控制参数:

jboolean queryControls(){
	jint canControl = 0;
	__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "设备号=%d" , fd);

	struct v4l2_queryctrl qctrl;
	qctrl.id = V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA | V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;
	int i = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCTRL, &qctrl);
	while (0 == i){
		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "开始查找");
		if (V4L2_CTRL_ID2CLASS(qctrl.id) != V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA)
			continue;

		if(strcmp(qctrl.name , CONTROL_FLAG_PAN) == 0 || strcmp(qctrl.name , CONTROL_FLAG_TILT) == 0
							|| strcmp(qctrl.name , CONTROL_FLAG_ZOOM) == 0){
			++canControl;
		}

		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "找到的控制函数是%s" , qctrl.name);
		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "继续查找");
		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "id = %d" , qctrl.id);
		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "Next_Ctrl = %x" , V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL);
		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "Camera_Class = %x" , V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA);

		qctrl.id |= V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;

		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR , TAG , "id+ = %x" , qctrl.id);

		i = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCTRL, &qctrl);
		if(i != 0){
			__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG,"uvcioc ctrl add error: errno=%d (reason=%s)\n", errno,strerror(errno));
		}
	}
	//如果存在ptz控制的话,应该会有Pan,Tilt,Zoom字符串,变量自加三次
	return canControl == 3;
}

获取某个id当前对应的值:

int getControlValue(int controlId){
	//an array of v4l2_ext_control
	struct v4l2_ext_control clist[1];
	struct v4l2_ext_controls ctrls;

	memset(&clist, 0, sizeof(clist));
	memset(&ctrls, 0, sizeof(ctrls));

	clist[0].id    = controlId;
	clist[0].value = 0;

	//v4l2_ext_controls with list of v4l2_ext_control
	ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA;
	ctrls.count = 1;
	ctrls.controls = clist;

	//read back the value
	if (-1 == xioctl (fd, VIDIOC_G_EXT_CTRLS, &ctrls))
	{
		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,TAG,"get current value failed fd = %d,reason=%s" , fd,strerror(errno));
		return -1;
	}
	__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR,TAG,"get before value success , %d" , clist[0].value);
	return clist[0].value;
}

设置某个参数的值,也就是开始控制摄像头左右上下转动了:

int startControl(int controlId , int value){
    //an array of v4l2_ext_control
    struct v4l2_ext_control clist[1];
    struct v4l2_ext_controls ctrls;
    CLEAR(clist);
    CLEAR(ctrls);
    
    clist[0].id    = controlId;
    clist[0].value = value;
    
    //v4l2_ext_controls with list of v4l2_ext_control
    ctrls.ctrl_class = V4L2_CTRL_CLASS_CAMERA;
    ctrls.count = 1;
    ctrls.controls = clist;
    
    int result = xioctl(fd, VIDIOC_S_EXT_CTRLS, &ctrls);
}

v4l2_ext_control对应的value值应该按照协议文档中对值的定义来传,比如左右绝对控制的值对应的是转动的角度;左右相对控制分为四位,每一个位表示不同的控制方式,需要按照不同的id传递不同的值。

v4l2_ext_controls可以在一个id下同时要控制多个参数,具体详见: https://www.linuxtv.org/downloads/legacy/video4linux/API/V4L2_API/spec-single/v4l2.html#v4l2-ext-control

4、底层定制

上边的代码写好了之后,可以先选取某个非控制左右上下转动的id试一下,看看能否正确控制,然后再去调试pan,tilt功能。

一般情况下要和摄像头厂商配合联调,因为摄像头厂商的固件也要适配UVC协议。其中UVC协议版本是个大问题,在Android kernel中查看UVC版本的地方在:

goldfish\drivers\media\usb\uvc\uvcvideo.h

#define DRIVER_VERSION		"1.1.1"

如果kernel中UVC版本与摄像头固件UVC版本不一致,会导致控制位不匹配,导致控制返回失败。

到这里可以知道摄像头的固件版本,支持的控制参数,从而可以知道盒子Android底层kernel的定制方向了。当前项目的定制方向是添加pan和tilt的相对控制能力。定制流程如下:

goldfish\include\uapi\linux\v4l2-controls.h

在这个文件中相对控制的速度:

#define V4L2_CID_PAN_SPEED (V4L2_CID_CAMERA_CLASS_BASE+32)
#define V4L2_CID_TILT_SPEED (V4L2_CID_CAMERA_CLASS_BASE+33)

goldfish\drivers\media\v4l2-core\v4l2-ctrls.c

文件中添加相对控制速度的描述:

const char *v4l2_ctrl_get_name(u32 id)
{
    case V4L2_CID_PAN_SPEED: return "Pan, Speed";
    case V4L2_CID_TILT_SPEED: return "Tilt, Speed";
}

goldfish\drivers\media\usb\uvc\uvc_ctrl.c

这个文件是核心的控制文件,里面包含了设置和获取的方法,最终都到这个文件中实现,在这里我们需要添加相对控制的方法:

#define UVC_CTRL_RELATIVE_PAN 10094852
#define UVC_CTRL_RELATIVE_TILT 10094853
#define UVC_CTRL_RELATIVE_ZOOM 10094863

static struct uvc_control_info uvc_ctrls[] = {
    static struct uvc_control_mapping uvc_ctrl_mappings[] = {
    {
		 .id = V4L2_CID_PAN_RELATIVE,
		 .name = "Pan (Relative)",
		 .entity = UVC_GUID_UVC_CAMERA,
		 .selector = UVC_CT_PANTILT_RELATIVE_CONTROL,
		 .size = 16,
		 .offset = 0,
		 .v4l2_type = V4L2_CTRL_TYPE_INTEGER,
		 .data_type = UVC_CTRL_DATA_TYPE_SIGNED,
		 .get = uvc_ctrl_get_rel_speed,
		 .set = uvc_ctrl_set_rel_speed,
	 },
	 {
 		.id = V4L2_CID_TILT_RELATIVE,
	 	.name = "Tilt (Relative)",
	 	.entity = UVC_GUID_UVC_CAMERA,
		.selector = UVC_CT_PANTILT_RELATIVE_CONTROL,
		.size = 16,
		.offset = 16,
		.v4l2_type = V4L2_CTRL_TYPE_INTEGER,
		.data_type = UVC_CTRL_DATA_TYPE_SIGNED,
		.get = uvc_ctrl_get_rel_speed,
		.set = uvc_ctrl_set_rel_speed,
	 },
    }
}

static __s32 uvc_ctrl_get_rel_speed(struct uvc_control_mapping *mapping,
 __u8 query, const __u8 *data)
{
    int first = mapping->offset / 8;
    __s8 rel = (__s8)data[first];

    switch (query) {
     case UVC_GET_CUR:
     return (rel == 0) ? 0 : (rel > 0 ? data[first+1]
     : -data[first+1]);
     case UVC_GET_MIN:
     return -data[first+1];
     case UVC_GET_MAX:
     case UVC_GET_RES:
     case UVC_GET_DEF:
     default:
     return data[first+1];
    }
}

static void uvc_ctrl_set_rel_speed(struct uvc_control_mapping *mapping,
 __s32 value, __u8 *data)
{
    int first = mapping->offset / 8;

    data[first] = value == 0 ? 0 : (value > 0) ? 1 : 0xff;
    data[first+1] = min_t(int, abs(value), 0xff);
}

在映射集合里面添加相对控制参数,还要添加控制和获取速度的方法。

到这里上层编写和底层定制基本完成。