6、USB Video Class Specification

关于USB Class

将设备归为既定的类别，并对相应类别的设备的在USB协议的应用级协议和接口作出规范，这样只要按照类设备的标准实现驱动程序和设备，则一套驱动可以驱动这一类的所有设备，而这一类设备可以在已经包含这一类设备驱动程序的操作系统中实现“免驱”。比较常见的类设备是移动存储设备Massstorageclass，常见的移动硬盘和U盘都是这类设备，应用层协议种类有CBI(应用层使用UFI)和更加常见Bulk-Only（使用SCSIProtocl Specification - 2）等，而Webcam等视频设备也正是这样一类设备归为Video Class。

更多Device Class参见：

http://www.usb.org/developers/devclass_docs#approved

备注：

1.Video Class描述符众多，各描述之间的层次复杂，AVEO Webcam其GetConfiguration返回359字节的数据- -!。

2.术语不译作中文，是为了避免阅读驱动代码（位于内核树drivers/media/video/uvc）时中英文概念对照理解错误。

3.不同设备其传输的视频数据类型不同，Specification中下设几个文档。笔记以此 AVEO Webcam（市面售价50元）为例：

Webcam参数（描述符中得到）：

? 不具有视频压缩功能，图像格式为YUV422

? 支持640x480 320x240 160x120三档分辨率

? 帧率只支持30 fps一档

? 1个Interrupt IN端点，1个Isochronous IN端点，其中Isochronous端点具有524 7801020 2040 3060 5档可调。2040 3060为High-Bandwidth Isochronous传输方式Multi分别为2和3。

? Still Image -> 支持从视频流中抓取图像方式拍照，无独立Bulk端点传输拍照图像。

? Payload类型为 based

USB Video Class Specification

 

概述

VideoClass设备描述位于USB协议的Interface级，每个设备的Interface分为两类VideoControlInterface（仅仅只用一个）和VideoStreamingInterface(可以具有多个)，而与设备的一个相关的所有的USB Interface被称作为一个VideoInterface Collection使用IAD（Interface Association Deor）描述符来描述。

USB协议级解释：为设备的一种功能比如一个USB设备又是优盘又是蓝牙发射器，这就是一个设备的两个。

Video Class位于USB协议的Interface级，Interface 描述符中Class code为0xE，其下面分为4个Subclass：

Undefined：0x0

VC Interface Subclass：0x1（VC的USB Interface Deor中Subclass标记为此值）。

VS Interface Subclass：0x2（VS的USB Interface Deor中Subclass标记为此值）。

Video Interface Collection Subclass：0x3(IAD的USB Interface Deor中Subclass标记此值)。

复合设备拥有多个->Video Interface Collenction，也会拥有多个IAD。

的拓扑结构（基本概念，对象化理解）

被划分为一系列可寻址的Entity，而Entity被分为两类：Unit和Terminal。每个Entity都有其输入和输出，从1开始计数。

Unit：（使用Unit Deor描述）

的基本组成模块划分。每个Unit Entity可以有多个输入，但只能有一个输出。一个输出可以与多个其他Unit的输入相连，而一个输入只能与一个输出相连。

Terminal：（使用 Terminal Deor描述）

分为Input Terminal和Output Terminal，InputTerminal为数据流的起点，数据流的提供者（比如说一个CCD，一个视频输入端子，一个USB的OUT端点），而OutputTerminal为数据流的终点，数据流的消费者（比如USB的IN端点，设备上的LCD显示屏等）。每个TerminalEntity只有一个输入或输出。

基本上目前的都是由下面的Entity组成：

? Input Terminal
? Output Terminal
? Selector Unit
? Processing Unit
? Extension Unit

另外还有另外两种Terminal，他们扩展了Specification中Terminal Deor的域：

? Media Transport Terminal

? Camera Terminal

随着设备功能的丰富，会出现更多的类型的Unit和Terminal。

Video Control：

Entity的每个特性（可以理解为可控参数）的描述被称为一个Control（比如Webcam的Processing Unit中的亮度），而每个特性（Control）又有一系列的属性（Attribute）：

? Current setting
? Minimum setting
? Maximum setting
? Resolution
? Size
? Default

类似写VB程序，首先看看程序（）需要哪些控件/积木（Entity），然后把控件拖过来，确定一下控件之间的关系（Input/Output），然后配配控件的属性（Control），而每个控件有不同的属性，每个属性又有不同的限制，比如最大值最小值，能输入多少个字(Attribute)。

由此可见Video Class Specification的概念设计是完全面向对象的，这种协议设计/设备设计方式为整个软硬件系统的构建和扩充提供了极大的方便和灵活，当然同时也因此使得描述变得复杂。

Selector Unit：

拥有多个输入和输出，可以通过Control选择将多个输入中的一个与其输出连接。

Processing Unit：

拥有一个输入和输出，提供下面一系列Control控制流过本Unit的视频流图像的属性：

User Control（供用户设置）
? Brightness
? Contrast
? Hue
? Saturation
? Sharpness
? Gamma

? Digital Multiplier (Zoom)

Auto Controls（提供用户开关选项->比如是否启用自动白平衡）
? White Balance Temperature
? White Balance Component

? Backlight Compensation

与Auto模式的相关的Control在Auto模式被打开时，配置无效，在Auto模式关闭后所有Control为用户原先设置的值。

Other
? Gain
? Power Line Frequency
? Analog Video Standard

? Analog Video Lock Status

Extension Unit

拥有多个输入和一个输出。用于设备厂商自行扩展。

操作模型（USB协议级视角）

 

Video Interface Collection

在USB协议级表现为IAD，作为GetDeor（Configuration）请求的返回的一部分。IAD必须位于VCInterface和VS Interface描述符之前（通常是ConfigurationDeor后面紧接着就是IAD），所有相关联的Interface号必须连续。

VideoControl Interface

一个Control Endpoint用来控制Uniti和Terminal的设置和收取状态信息，默认使用Endpoint 0。

一个Interrupt Endpoint用来返回状态，可选。在设备具有下面的特性时使用：

? 设备支持硬件触发Still Image（比如这个AVEO摄像头，具有拍照按键，按下一次按键，在协议分析仪上可以看到一个Interrupt IN Transaction）。

? 设备实现AutoUpdate Control（这个摄像头没有，应该是其Control被设备更新了以后，通过Interrupt端点通知Host）。

? 设备实现异步Control（有些Control的配置到生效的时间>10ms，则使用异步方式，在生效以后设备通过Interrupt端点通知Host，则Host再过来查询参数）。

Still Image Capture（抓取静止图像，Linux中的uvc似乎尚未支持，属于VideoStream Interface，但是放在这里介绍了）

模式1 - 收到硬件按键中断以后，Host端软件直接从视频流中保存一帧，设备不必停止和改变视频流。但是抓取图像的各项参数总是和视频流中的相同。

模式2 - 如果设备支持高质量静止图像抓取，设备会在视频流的Payload Header中标记有StillImage正在Pending，Host端软件应当挂起视频流，选择合适的带宽和Inferface的AltSetting，发送VS_STILL_IMAGE_TRIGGER_CONTROL请求并且标记Transmit Still Image，则设备开始传输StillImage，传输完毕，Host端软件恢复先前的设置并继续视频流。此模式缺点是会打断视频流。

模式3 - 设备支持高质量静止图像抓取，通过一个独立的Bulk端点来传输静止图像。分为Host端主动发起和设备端按键发起两种方式。

VideoStream Interface

用来在Host和端交互数据，使用一个Isochronous或是Bulk端点传输视频流。