USB Video Class Specification 筆記

關(guān)于USB Class 將設(shè)備歸為既定的類別，并對(duì)相應(yīng)類別的設(shè)備的在USB協(xié)議的應(yīng)用級(jí)協(xié)議和接口作出規(guī)范，這樣只要按照類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備，則一套驅(qū)動(dòng)可以驅(qū)動(dòng)這一類的所有設(shè)備，而這一類設(shè)備可以在已經(jīng)包含這一類設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)“免驅(qū)”。比較常見(jiàn)的類設(shè)備是移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備Massstorageclass，常見(jiàn)的移動(dòng)硬盤和U盤都是這類設(shè)備，應(yīng)用層協(xié)議種類有CBI(應(yīng)用層使用UFI)和更加常見(jiàn)Bulk-Only（使用SCSIProtocl Specification - 2）等，而Webcam等視頻設(shè)備也正是這樣一類設(shè)備歸為Video Class。 更多Device Class參見(jiàn)： http://www.usb.org/developers/devclass_docs#approved
備注： 1.Video Class描述符眾多，各描述之間的層次復(fù)雜，AVEO Webcam其GetConfiguration返回359字節(jié)的數(shù)據(jù)- -!。 2.術(shù)語(yǔ)不譯作中文，是為了避免閱讀驅(qū)動(dòng)代碼（位于內(nèi)核樹(shù)drivers/media/video/uvc）時(shí)中英文概念對(duì)照理解錯(cuò)誤。 3.不同設(shè)備其傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)類型不同，Specification中下設(shè)幾個(gè)文檔。筆記以此 AVEO Webcam（市面售價(jià)50元）為例：
Webcam參數(shù)（描述符中得到）： ? 不具有視頻壓縮功能，圖像格式為YUV422 ? 支持640x480 320x240 160x120三檔分辨率 ? 幀率只支持30 fps一檔 ? 1個(gè)Interrupt IN端點(diǎn)，1個(gè)Isochronous IN端點(diǎn)，其中Isochronous端點(diǎn)具有524 7801020 2040 3060 5檔可調(diào)。2040 3060為High-Bandwidth Isochronous傳輸方式Multi分別為2和3。 ? Still Image -> 支持從視頻流中抓取圖像方式拍照，無(wú)獨(dú)立Bulk端點(diǎn)傳輸拍照?qǐng)D像。 ? Payload類型為 based
USB Video Class Specification ? 概述 VideoClass設(shè)備描述位于USB協(xié)議的Interface級(jí)，每個(gè)設(shè)備的Interface分為兩類VideoControlInterface（僅僅只用一個(gè)）和VideoStreamingInterface(可以具有多個(gè))，而與設(shè)備的一個(gè)相關(guān)的所有的USB Interface被稱作為一個(gè)VideoInterface Collection使用IAD（Interface Association Deor）描述符來(lái)描述。
USB協(xié)議級(jí)解釋：為設(shè)備的一種功能比如一個(gè)USB設(shè)備又是優(yōu)盤又是藍(lán)牙發(fā)射器，這就是一個(gè)設(shè)備的兩個(gè)。 Video Class位于USB協(xié)議的Interface級(jí)，Interface 描述符中Class code為0xE，其下面分為4個(gè)Subclass： Undefined：0x0 VC Interface Subclass：0x1（VC的USB Interface Deor中Subclass標(biāo)記為此值）。 VS Interface Subclass：0x2（VS的USB Interface Deor中Subclass標(biāo)記為此值）。 Video Interface Collection Subclass：0x3(IAD的USB Interface Deor中Subclass標(biāo)記此值)。 復(fù)合設(shè)備擁有多個(gè)->Video Interface Collenction，也會(huì)擁有多個(gè)IAD。
的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（基本概念，對(duì)象化理解） 被劃分為一系列可尋址的Entity，而Entity被分為兩類：Unit和Terminal。每個(gè)Entity都有其輸入和輸出，從1開(kāi)始計(jì)數(shù)。
Unit：（使用Unit Deor描述） 的基本組成模塊劃分。每個(gè)Unit Entity可以有多個(gè)輸入，但只能有一個(gè)輸出。一個(gè)輸出可以與多個(gè)其他Unit的輸入相連，而一個(gè)輸入只能與一個(gè)輸出相連。
Terminal：（使用 Terminal Deor描述） 分為Input Terminal和Output Terminal，InputTerminal為數(shù)據(jù)流的起點(diǎn)，數(shù)據(jù)流的提供者（比如說(shuō)一個(gè)CCD，一個(gè)視頻輸入端子，一個(gè)USB的OUT端點(diǎn)），而OutputTerminal為數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)，數(shù)據(jù)流的消費(fèi)者（比如USB的IN端點(diǎn)，設(shè)備上的LCD顯示屏等）。每個(gè)TerminalEntity只有一個(gè)輸入或輸出。
基本上目前的都是由下面的Entity組成： ? Input Terminal
? Output Terminal
? Selector Unit
? Processing Unit
? Extension Unit 另外還有另外兩種Terminal，他們擴(kuò)展了Specification中Terminal Deor的域： ? Media Transport Terminal ? Camera Terminal
隨著設(shè)備功能的豐富，會(huì)出現(xiàn)更多的類型的Unit和Terminal。
Video Control： Entity的每個(gè)特性（可以理解為可控參數(shù)）的描述被稱為一個(gè)Control（比如Webcam的Processing Unit中的亮度），而每個(gè)特性（Control）又有一系列的屬性（Attribute）： ? Current setting
? Minimum setting
? Maximum setting
? Resolution
? Size
? Default
類似寫VB程序，首先看看程序（）需要哪些控件/積木（Entity），然后把控件拖過(guò)來(lái)，確定一下控件之間的關(guān)系（Input/Output），然后配配控件的屬性（Control），而每個(gè)控件有不同的屬性，每個(gè)屬性又有不同的限制，比如最大值最小值，能輸入多少個(gè)字(Attribute)。
由此可見(jiàn)Video Class Specification的概念設(shè)計(jì)是完全面向?qū)ο蟮模@種協(xié)議設(shè)計(jì)/設(shè)備設(shè)計(jì)方式為整個(gè)軟硬件系統(tǒng)的構(gòu)建和擴(kuò)充提供了極大的方便和靈活，當(dāng)然同時(shí)也因此使得描述變得復(fù)雜。
Selector Unit： 擁有多個(gè)輸入和輸出，可以通過(guò)Control選擇將多個(gè)輸入中的一個(gè)與其輸出連接。
Processing Unit： 擁有一個(gè)輸入和輸出，提供下面一系列Control控制流過(guò)本Unit的視頻流圖像的屬性：
User Control（供用戶設(shè)置）
? Brightness
? Contrast
? Hue
? Saturation
? Sharpness
? Gamma ? Digital Multiplier (Zoom)
Auto Controls（提供用戶開(kāi)關(guān)選項(xiàng)->比如是否啟用自動(dòng)白平衡）
? White Balance Temperature
? White Balance Component ? Backlight Compensation 與Auto模式的相關(guān)的Control在Auto模式被打開(kāi)時(shí)，配置無(wú)效，在Auto模式關(guān)閉后所有Control為用戶原先設(shè)置的值。
Other
? Gain
? Power Line Frequency
? Analog Video Standard ? Analog Video Lock Status
Extension Unit 擁有多個(gè)輸入和一個(gè)輸出。用于設(shè)備廠商自行擴(kuò)展。

操作模型（USB協(xié)議級(jí)視角） ? Video Interface Collection 在USB協(xié)議級(jí)表現(xiàn)為IAD，作為GetDeor（Configuration）請(qǐng)求的返回的一部分。IAD必須位于VCInterface和VS Interface描述符之前（通常是ConfigurationDeor后面緊接著就是IAD），所有相關(guān)聯(lián)的Interface號(hào)必須連續(xù)。
VideoControl Interface 一個(gè)Control Endpoint用來(lái)控制Uniti和Terminal的設(shè)置和收取狀態(tài)信息，默認(rèn)使用Endpoint 0。 一個(gè)Interrupt Endpoint用來(lái)返回狀態(tài)，可選。在設(shè)備具有下面的特性時(shí)使用： ? 設(shè)備支持硬件觸發(fā)Still Image（比如這個(gè)AVEO攝像頭，具有拍照按鍵，按下一次按鍵，在協(xié)議分析儀上可以看到一個(gè)Interrupt IN Transaction）。 ? 設(shè)備實(shí)現(xiàn)AutoUpdate Control（這個(gè)攝像頭沒(méi)有，應(yīng)該是其Control被設(shè)備更新了以后，通過(guò)Interrupt端點(diǎn)通知Host）。 ? 設(shè)備實(shí)現(xiàn)異步Control（有些Control的配置到生效的時(shí)間>10ms，則使用異步方式，在生效以后設(shè)備通過(guò)Interrupt端點(diǎn)通知Host，則Host再過(guò)來(lái)查詢參數(shù)）。
Still Image Capture（抓取靜止圖像，Linux中的uvc似乎尚未支持，屬于VideoStream Interface，但是放在這里介紹了） 模式1 - 收到硬件按鍵中斷以后，Host端軟件直接從視頻流中保存一幀，設(shè)備不必停止和改變視頻流。但是抓取圖像的各項(xiàng)參數(shù)總是和視頻流中的相同。 模式2 - 如果設(shè)備支持高質(zhì)量靜止圖像抓取，設(shè)備會(huì)在視頻流的Payload Header中標(biāo)記有StillImage正在Pending，Host端軟件應(yīng)當(dāng)掛起視頻流，選擇合適的帶寬和Inferface的AltSetting，發(fā)送VS_STILL_IMAGE_TRIGGER_CONTROL請(qǐng)求并且標(biāo)記Transmit Still Image，則設(shè)備開(kāi)始傳輸StillImage，傳輸完畢，Host端軟件恢復(fù)先前的設(shè)置并繼續(xù)視頻流。此模式缺點(diǎn)是會(huì)打斷視頻流。 模式3 - 設(shè)備支持高質(zhì)量靜止圖像抓取，通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的Bulk端點(diǎn)來(lái)傳輸靜止圖像。分為Host端主動(dòng)發(fā)起和設(shè)備端按鍵發(fā)起兩種方式。
VideoStream Interface 用來(lái)在Host和端交互數(shù)據(jù)，使用一個(gè)Isochronous或是Bulk端點(diǎn)傳輸視頻流。