開源一個上架App Store的相機App
Osho 相機是我獨立開發上架的一個相機 App，App Store地址：https://itunes.apple.com/cn/app/osho/id1203312279?mt=8。它支持1:1，4:3，16:9多種分辨率拍攝，濾鏡可在取景框的實時預覽，拍攝過程可與濾鏡實時合成，支持分段拍攝，支持回刪等特性。下面先分享分享開發這個 App 的一些心得體會，文末會給出項目的下載地址，閱讀本文可能需要一點點 AVFoundation 開發的基礎。
1、GLKView和GPUImageVideoCamera
一開始取景框的預覽我是基于 GLKView 做的，GLKView 是蘋果對 OpenGL 的封裝，我們可以使用它的回調函數 -glkView:drawInRect: 進行對處理后的 samplebuffer 渲染的工作(samplebuffer 是在相機回調 didOutputSampleBuffer 產生的)，附上當初簡版代碼：
- - (CIImage *)renderImageInRect:(CGRect)rect {
- CMSampleBufferRef sampleBuffer = _sampleBufferHolder.sampleBuffer;
- if (sampleBuffer != nil) {
- UIImage *originImage = [self imageFromSamplePlanerPixelBuffer:sampleBuffer];
- if (originImage) {
- if (self.filterName && self.filterName.length > 0) {
- GPUImageOutput<GPUImageInput> *filter;
- if ([self.filterType isEqual: @"1"]) {
- Class class = NSClassFromString(self.filterName);
- filter = [[class alloc] init];
- } else {
- NSBundle *bundle = [NSBundle bundleForClass:self.class];
- NSURL *filterAmaro = [NSURL fileURLWithPath:[bundle pathForResource:self.filterName ofType:@"acv"]];
- filter = [[GPUImageToneCurveFilter alloc] initWithACVURL:filterAmaro];
- }
- [filter forceProcessingAtSize:originImage.size];
- GPUImagePicture *pic = [[GPUImagePicture alloc] initWithImage:originImage];
- [pic addTarget:filter];
- [filter useNextFrameForImageCapture];
- [filter addTarget:self.gpuImageView];
- [pic processImage];
- UIImage *filterImage = [filter imageFromCurrentFramebuffer];
- //UIImage *filterImage = [filter imageByFilteringImage:originImage];
- _CIImage = [[CIImage alloc] initWithCGImage:filterImage.CGImage options:nil];
- } else {
- _CIImage = [CIImage imageWithCVPixelBuffer:CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer)];
- }
- }
- CIImage *image = _CIImage;
- if (image != nil) {
- image = [image imageByApplyingTransform:self.preferredCIImageTransform];
- if (self.scaleAndResizeCIImageAutomatically) {
- image = [self scaleAndResizeCIImage:image forRect:rect];
- }
- }
- return image;
- }
- - (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect {
- @autoreleasepool {
- rect = CGRectMultiply(rect, self.contentScaleFactor);
- glClearColor(0, 0, 0, 0);
- glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
- CIImage *image = [self renderImageInRect:rect];
- if (image != nil) {
- [_context.CIContext drawImage:image inRect:rect fromRect:image.extent];
- }
- }
- }
這樣的實現在低端機器上取景框會有明顯的卡頓，而且 ViewController 上的列表幾乎無法滑動，雖然手勢倒是還可以支持。 因為要實現分段拍攝與回刪等功能，采用這種方式的初衷是期望更高度的自定義，而不去使用 GPUImageVideoCamera， 畢竟我得在 AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate， AVCaptureAudioDataOutputSampleBufferDelegate 這兩個回調做文章，為了滿足需求，所以得在不侵入 GPUImage 源代碼的前提下點功夫。
怎么樣才能在不破壞 GPUImageVideoCamera 的代碼呢?我想到兩個方法，第一個是創建一個類，然后把 GPUImageVideoCamera 里的代碼拷貝過來，這么做簡單粗暴，缺點是若以后 GPUImage 升級了，代碼維護起來是個小災難;再來說說第二個方法——繼承，繼承是個挺優雅的行為，可它的麻煩在于獲取不到私有變量，好在有強大的 runtime，解決了這個棘手的問題。下面是用 runtime 獲取私有變量：
- - (AVCaptureAudioDataOutput *)gpuAudioOutput {
- Ivar var = class_getInstanceVariable([super class], "audioOutput");
- id nameVar = object_getIvar(self, var);
- return nameVar;
- }
至此取景框實現了濾鏡的渲染并保證了列表的滑動幀率。
2、實時合成以及 GPUImage 的 outputImageOrientation
顧名思義，outputImageOrientation 屬性和圖像方向有關的。GPUImage 的這個屬性是對不同設備的在取景框的圖像方向做過優化的，但這個優化會與 videoOrientation 產生沖突，它會導致切換攝像頭導致圖像方向不對，也會造成拍攝完之后的視頻方向不對。 最后的解決辦法是確保攝像頭輸出的圖像方向正確，所以將其設置為 UIInterfaceOrientationPortrait，而不對 videoOrientation 進行設置，剩下的問題就是怎樣處理拍攝完成之后視頻的方向。
先來看看視頻的實時合成，因為這里包含了對用戶合成的 CVPixelBufferRef 資源處理。還是使用繼承的方式繼承 GPUImageView，其中使用了 runtime 調用私有方法：
- SEL s = NSSelectorFromString(@"textureCoordinatesForRotation:");
- IMP imp = [[GPUImageView class] methodForSelector:s];
- GLfloat *(*func)(id, SEL, GPUImageRotationMode) = (void *)imp;
- GLfloat *result = [GPUImageView class] ? func([GPUImageView class], s, inputRotation) : nil;
- ......
- glVertexAttribPointer(self.gpuDisplayTextureCoordinateAttribute, 2, GL_FLOAT, 0, 0, result);
直奔重點——CVPixelBufferRef 的處理，將 renderTarget 轉換為 CGImageRef 對象，再使用 UIGraphics 獲得經 CGAffineTransform 處理過方向的 UIImage，此時 UIImage 的方向并不是正常的方向，而是旋轉過90度的圖片，這么做的目的是為 videoInput 的 transform 屬性埋下伏筆。下面是 CVPixelBufferRef 的處理代碼：
- int width = self.gpuInputFramebufferForDisplay.size.width;
- int height = self.gpuInputFramebufferForDisplay.size.height;
- renderTarget = self.gpuInputFramebufferForDisplay.gpuBufferRef;
- NSUInteger paddedWidthOfImage = CVPixelBufferGetBytesPerRow(renderTarget) / 4.0;
- NSUInteger paddedBytesForImage = paddedWidthOfImage * (int)height * 4;
- glFinish();
- CVPixelBufferLockBaseAddress(renderTarget, 0);
- GLubyte *data = (GLubyte *)CVPixelBufferGetBaseAddress(renderTarget);
- CGDataProviderRef ref = CGDataProviderCreateWithData(NULL, data, paddedBytesForImage, NULL);
- CGColorSpaceRef colorspace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
- CGImageRef iref = CGImageCreate((int)width, (int)height, 8, 32, CVPixelBufferGetBytesPerRow(renderTarget), colorspace, kCGBitmapByteOrder32Little | kCGImageAlphaPremultipliedFirst, ref, NULL, NO, kCGRenderingIntentDefault);
- UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(height, width));
- CGContextRef cgcontext = UIGraphicsGetCurrentContext();
- CGAffineTransform transform = CGAffineTransformIdentity;
- transform = CGAffineTransformMakeTranslation(height / 2.0, width / 2.0);
- transform = CGAffineTransformRotate(transform, M_PI_2);
- transform = CGAffineTransformScale(transform, 1.0, -1.0);
- CGContextConcatCTM(cgcontext, transform);
- CGContextSetBlendMode(cgcontext, kCGBlendModeCopy);
- CGContextDrawImage(cgcontext, CGRectMake(0.0, 0.0, width, height), iref);
- UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
- UIGraphicsEndImageContext();
- self.img = image;
- CFRelease(ref);
- CFRelease(colorspace);
- CGImageRelease(iref);
- CVPixelBufferUnlockBaseAddress(renderTarget, 0);
而 videoInput 的 transform 屬性設置如下：
- _videoInput.transform = CGAffineTransformRotate(_videoConfiguration.affineTransform, -M_PI_2);
經過這兩次方向的處理，合成的小視頻終于方向正常了。此處為簡版的合成視頻代碼：
- CIImage *image = [[CIImage alloc] initWithCGImage:img.CGImage options:nil];
- CVPixelBufferLockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
- [self.context.CIContext render:image toCVPixelBuffer:pixelBuffer];
- ...
- [_videoPixelBufferAdaptor appendPixelBuffer:pixelBuffer withPresentationTime:bufferTimestamp]
可以看到關鍵點還是在于上面繼承自 GPUImageView 這個類獲取到的 renderTarget 屬性，它應該即是取景框實時預覽的結果，我在最初的合成中是使用 sampleBuffer 轉 UIImage，再通過 GPUImage 添加濾鏡，最后將 UIImage 再轉 CIImage，這么做導致拍攝時會卡。當時我幾乎想放棄了，甚至想采用拍好后再加濾鏡的方式繞過去，最后這些不純粹的方法都被我 ban 掉了。
既然濾鏡可以在取景框實時渲染，我想到了 GPUImageView 可能有料。在閱讀過 GPUImage 的諸多源碼后，終于在 GPUImageFramebuffer.m 找到了一個叫 renderTarget 的屬性。至此，合成的功能也告一段落。
3、關于濾鏡
這里主要分享個有意思的過程。App 里有三種類型的濾鏡。基于 glsl 的、直接使用 acv 的以及直接使用 lookuptable 的。lookuptable 其實也是 photoshop 可導出的一種圖片，但一般的軟件都會對其加密，下面簡單提下我是如何反編譯“借用”某軟件的部分濾鏡吧。使用 Hopper Disassembler 軟件進行反編譯，然后通過某些關鍵字的搜索，幸運地找到了下圖的一個方法名。
reverse 只能說這么多了….在開源代碼里我已將這一類敏感的濾鏡剔除了。
小結
開發相機 App 是個挺有意思的過程，在其中邂逅不少優秀開源代碼，向開源代碼學習，才能避免自己總是寫出一成不變的代碼。最后附上項目的開源地址 https://github.com/hawk0620/ZPCamera，希望能夠幫到有需要的朋友，也歡迎 star 和 pull request。
