Android平臺Camera實時濾鏡實現方法探討(一)--JNI操作Bitmap

衆所周知，通過setPreviewHolder可以將預覽數據顯示在一個SurfaceView上，即可實現相機拍照時的預覽功能，通過添加各個控件和接口即可實現簡單相機應用，但如果需要對預覽畫面進行處理，例如類似美圖秀秀等相機APP的實時濾鏡功能，此種方案無法達到目的，需要另外需找辦法，本系列旨在探討Android平臺相機開發，結合圖像處理，UI設計，實現類似於美圖秀秀，Instagram，aillias等優秀相機APP的效果。

目前Android平臺優質的預覽數據實時處理開源代碼不多，例如android-gpuimage，採用將YUV數據在NDK層轉化爲RGB數據，由OpenGL渲染到屏幕中，濾鏡算法由Shader實現

其他方面，經過研究，目前主要有以下思路實現

1.不轉換，直接由OpenGL繪製，採用Shader實現圖像處理（因處理算法和渲染圖片大部分採用RGB格式，此方案暫不考慮，僅提出可能性）；

2.通過C/C++實現YUV->RGB和圖像處理，合成Bitmap，由CPU繪製在Canvas上；

3.通過C/C++實現YUV->RGB和圖像處理，在NDK層直接繪製在SurfaceView上；

4.通過C/C++實現YUV->RGB，採用Shader實現圖像處理，採用OpenGL繪製（android-gpuimage）；

5.通過Shader實現YUV->RGB和圖像處理，採用OpenGL繪製。（最終採用方案）

由於方案1暫不考慮，首先從方案2探討，Android平臺的Camera控制很多博客說過了，直接跳過，在onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera)中，我們可以獲得相機預覽，格式爲YUV格式，通過C++方案轉換成RGB，通過BitmapFactory合成Bitmap，通過getHolder().lockCanvas()獲得canvas，再通過canvas.drawBitmap將bitmap繪製在屏幕當中。

通過BitmapFactory創建bitmap是一個很耗時的過程，如果每一幀都創建一個bitmap，將出現嚴重卡頓，所以我們只需要創建一個Bitmap，將該Bitmap傳遞給C++層，通過JNI操作Bitmap的像素數據，即通過AndroidBitmap_lockPixels獲得指針，將YUV數據轉換後填充到該指針中（具體轉換算法見android-gpuimage）來修改該Bitmap，避免了Bitmap的創建，經過華爲Mate7試驗，ARGB_8888格式1280X720大小的Bitmap每次繪製耗時6ms左右，每幀間隔50ms~60ms左右，若將圖像處理算法控制在40ms~50ms內（例如YUV轉換RGB算法），該方案基本可行。

另外，可以通過方案2的思路，放棄創建Bitmap，將SurfaceView格式設置爲RGB，通過JNI操作Surface，直接將數據顯示在SurfaceView中，該方案僅理論思考，由於上述6ms基本達到理論要求，因此方案2並未實踐驗證，若有錯誤或者驗證的同學，歡迎交流。

關鍵代碼示例：

            jbyte* yuv = (jbyte*) (*env)->GetPrimitiveArrayCritical(env, yuv420sp, 0);//獲取Java層傳遞的YUV
	    
	    int* rgbData = NULL;//Bitmap像素數據
	    if(AndroidBitmap_lockPixels(env,bitmap,(void**)&rgbData))
	    	return -1;
	    for(j = 0; j < h; j++) {//YUV轉RGB算法，在此添加自己的圖像處理
	             pixPtr = j * w;
	             jDiv2 = j >> 1;
	             for(i = 0; i < w; i++) {
	                     Y = yuv[pixPtr];
	                     if(Y < 0) Y += 255;
	                     if((i & 0x1) != 1) {
	                             cOff = sz + jDiv2 * w + (i >> 1) * 2;
	                             Cb = yuv[cOff];
	                             if(Cb < 0) Cb += 127; else Cb -= 128;
	                             Cr = yuv[cOff + 1];
	                             if(Cr < 0) Cr += 127; else Cr -= 128;
	                     }
	                     Y = Y + (Y >> 3) + (Y >> 5) + (Y >> 7);
	                     R = Y + (Cr << 1) + (Cr >> 6);
	                     if(R < 0) R = 0; else if(R > 255) R = 255;
	                     G = Y - Cb + (Cb >> 3) + (Cb >> 4) - (Cr >> 1) + (Cr >> 3);
	                     if(G < 0) G = 0; else if(G > 255) G = 255;
	                     B = Y + Cb + (Cb >> 1) + (Cb >> 4) + (Cb >> 5);
	                     if(B < 0) B = 0; else if(B > 255) B = 255;
	                     rgbData[pixPtr++] = 0xff000000 + (R << 16) + (G << 8) + B;//填充Bitmap
	             }
	    }
	    AndroidBitmap_unlockPixels(env,bitmap);//釋放鎖
	    (*env)->ReleasePrimitiveArrayCritical(env, yuv420sp, yuv, 0);