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UVC 基础学习（5）：VideoStream Interface 描述符介绍

2023-05-07 1338
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简介： 今天我们继续学习UVC的接口描述符：VideoStream 。 VideoStream 接口描述符是整个UVC设备最重要的组成之一，和VideoControl一样，其也包含标准接口和特殊类接口。

1. 标准VS接口

标准 VS 接口描述符和标准接口描述符的定义是一样的，只是用来表示接口本身。


  • bLength：描述符长度，固定为9


  • bDescriptorType：描述符类型。这里为接口描述符，设为0x4


  • bInterfaceNumber：接口索引，0表示VideoControl,1表示VideoStream


  • bAlternateSetting：可替换设置索引


  • bNumEndpoints：端点0以外的端点数


  • bInterfaceClass：接口类，0xE表示Video_Class


  • bInterfaceSubClass：接口子类，这里是0x1表示VideoControl,0x2表示VideoStream


  • bInterfaceProtocol：协议代码,uvc1.5的协议所以须设为1.


  • iInterface：接口字符串描述符的索引值


image.png


static struct usb_interface_descriptor uvc_streaming_intf_alt0 = {
 .bLength  = USB_DT_INTERFACE_SIZE,
 .bDescriptorType = USB_DT_INTERFACE,
 .bInterfaceNumber = UVC_INTF_VIDEO_STREAMING,
 .bAlternateSetting = 0,
 .bNumEndpoints  = 0,
 .bInterfaceClass = USB_CLASS_VIDEO,
 .bInterfaceSubClass = UVC_SC_VIDEOSTREAMING,
 .bInterfaceProtocol = 0x00, /*uvc1.5 设置为1 */
 .iInterface  = 0,
};
static struct usb_interface_descriptor uvc_streaming_intf_alt1 = {
 .bLength  = USB_DT_INTERFACE_SIZE,
 .bDescriptorType = USB_DT_INTERFACE,
 .bInterfaceNumber = UVC_INTF_VIDEO_STREAMING,
 .bAlternateSetting = 1,
 .bNumEndpoints  = 1,
 .bInterfaceClass = USB_CLASS_VIDEO,
 .bInterfaceSubClass = UVC_SC_VIDEOSTREAMING,
 .bInterfaceProtocol = 0x00,
 .iInterface  = 0,
};


2. 特殊类描述符

类特殊描述符包含Inputer Header 、Output Header, Format 和 Frame 描述符。即包含：


  • 输入头；


  • 输出头；


  • 视频格式；


  • 帧信息；


每个VS 接口都有一个输入或者输出头描述符，一个支持的视频格式描述符，以及一个或多个帧描述符。也会是说每种视频格式都需要一个VS接口。每个VS 接口对应处理一种视频数据。


2.1 Input 接口


输入头描述符，包含输入端点，用来处理video stream 数据，同时提供了不同格式的描述符信息。


image.png


  • bLength：描述符长度。


  • bDescriptorType：描述符类型


  • bDescriptorSubtype：描述符子类，输入头


  • bNumFormats：支持的视频格式


  • wTotalLength：整个 VS 接口描述符返回的总长度，包含头


  • bEndpointAddress：端点地址


  • bmInfo：默认设为0，支持视频格式动态修改


  • bTerminalLink：OT 的Terminal ID


  • bStillCaptueMethod：支持image capture


  • bTriggerSupport：特殊的硬件触发


  • bTriggerUsage：默认为0


  • bControlSize：bmaControls number


DECLARE_UVC_INPUT_HEADER_DESCRIPTOR(1, 2);
static const struct UVC_INPUT_HEADER_DESCRIPTOR(1, 2) uvc_input_header = {
 .bLength  = UVC_DT_INPUT_HEADER_SIZE(1, 2),
 .bDescriptorType = USB_DT_CS_INTERFACE,
 .bDescriptorSubType = UVC_VS_INPUT_HEADER,
 .bNumFormats  = 2,
 .wTotalLength  = 0, /* dynamic */
 .bEndpointAddress = 0, /* dynamic */
 .bmInfo   = 0,
 .bTerminalLink  = 3,
 .bStillCaptureMethod = 0,
 .bTriggerSupport = 0,
 .bTriggerUsage  = 0,
 .bControlSize  = 1,
 .bmaControls[0][0] = 0,
 .bmaControls[1][0] = 4,
};


2.2 Output Header


输出头描述符，包含一个输出端点，用来处理video stream数据，同时提供不同的格式描述


image.png


  • bLength：描述符长度。


  • bDescriptorType：描述符类型


  • bDescriptorSubtype：描述符子类，输出头


  • bNumFormats：支持的视频格式


  • wTotalLength：整个 VS 接口描述符返回的总长度，包含头


  • bEndpointAddress：端点地址


  • bTerminalLink：IT 的Terminal ID


  • bStillCaptueMethod：支持image capture


  • bControlSize：bmaControls number


2.3 格式和帧描述


Payload Format Descriptors


视频格式描述符定义了，特定的格式信息，相关介绍记录在以下文档中：


image.png


MJPEG


  • bLength：描述符长度。


  • bDescriptorType：描述符类型


  • bDescriptorSubtype：描述符子类，MJPEG格式


  • bFormatIndex：格式描述符索引


  • bNumFrameDescriptors：帧描述符个数


  • bmFlags：指定特征格式


  • bDefaultFrameIndex：初始化帧索引，用来选择默认分辨率


  • bAspectRatioX：x 方向图片尺寸比例


  • bAspectRatioY：x 方向图片尺寸比例


  • bmInterfaceFlags：bm 接口控制，默认未用


  • bCopyProtect：复制保护，可限制重复。



static const struct uvc_format_mjpeg uvc_format_mjpg = {
 .bLength  = UVC_DT_FORMAT_MJPEG_SIZE,
 .bDescriptorType = USB_DT_CS_INTERFACE,
 .bDescriptorSubType = UVC_VS_FORMAT_MJPEG,
 .bFormatIndex  = 2,  
 .bNumFrameDescriptors = 2, /* /* 表示支持 两种分辨率格式 */*/
 .bmFlags  = 0,
 .bDefaultFrameIndex = 1,
 .bAspectRatioX  = 0,
 .bAspectRatioY  = 0,
 .bmInterfaceFlags = 0,
 .bCopyProtect  = 0,
};


YUV


UVC协议未压缩的格式目前支持以下几种：



比MJPEG相比多了guidFormat这项


  • bLength：描述符长度。


  • bDescriptorType：描述符类型


  • bDescriptorSubtype：描述符子类，未压缩格式


  • bFormatIndex：格式描述符索引


  • bNumFrameDescriptors：帧描述符个数


  • guidFormat：指定格式


  • bBitsPerPixel：每个像素占字节


  • bDefaultFrameIndex：初始化帧索引，用来选择默认分辨率


  • bAspectRatioX：x 方向图片尺寸比例


  • bAspectRatioY：x 方向图片尺寸比例


  • bmInterfaceFlags：bm 接口控制，默认未用


  • bCopyProtect：复制保护，可限制重复。



image.png


static const struct uvc_format_uncompressed uvc_format_yuv = {
 .bLength  = UVC_DT_FORMAT_UNCOMPRESSED_SIZE,
 .bDescriptorType = USB_DT_CS_INTERFACE,
 .bDescriptorSubType = UVC_VS_FORMAT_UNCOMPRESSED,
 .bFormatIndex  = 1,
 .bNumFrameDescriptors = 2,
 .guidFormat  =
  { 'Y',  'U',  'Y',  '2', 0x00, 0x00, 0x10, 0x00,
   0x80, 0x00, 0x00, 0xaa, 0x00, 0x38, 0x9b, 0x71},
 .bBitsPerPixel  = 16,
 .bDefaultFrameIndex = 1,
 .bAspectRatioX  = 0,
 .bAspectRatioY  = 0,
 .bmInterfaceFlags = 0,
 .bCopyProtect  = 0,
};


帧描述符


主要描述视频帧信息，包括分辨率大小，帧间隔等


MJPEG


  • bLength：描述符长度


  • bDescriptorType：描述符类型,


  • bDescriptorSubType：描述符子类


  • bFrameIndex：帧索引。


  • bmCapabilities：是否支持still  image


  • wWidth：帧款,


  • wHeight：帧高,


  • dwMinBitRate：最小速率


  • dwMaxBitRate：最大速率,


  • dwMaxVideoFrameBufferSize：最大buffer


  • dwDefaultFrameInterval：初始化帧间隔，支持的帧率。


  • bFrameIntervalType：帧间隔类型。0，Continuous Frame Interval;1~255 discrete Frame Interval support(n)


  • dwFrameInterval[n]：帧间隔设置，默认设置一个即可。


image.png

image.png


static const struct UVC_FRAME_MJPEG(1) uvc_frame_mjpg_360p = {
 .bLength  = UVC_DT_FRAME_MJPEG_SIZE(3),
 .bDescriptorType = USB_DT_CS_INTERFACE,
 .bDescriptorSubType = UVC_VS_FRAME_MJPEG,
 .bFrameIndex  = 1,
 .bmCapabilities  = 0,
 .wWidth   = cpu_to_le16(640), /* 分辨率 */
 .wHeight  = cpu_to_le16(360),
 .dwMinBitRate  = cpu_to_le32(18432000),
 .dwMaxBitRate  = cpu_to_le32(55296000),
 .dwMaxVideoFrameBufferSize = cpu_to_le32(460800),
 .dwDefaultFrameInterval = cpu_to_le32(666666),
 .bFrameIntervalType = 1,
 .dwFrameInterval[0] = cpu_to_le32(666666),
};


YUVYUV


帧描述符信息同MJPEG


  • bLength：描述符长度


  • bDescriptorType：描述符类型,


  • bDescriptorSubType：描述符子类


  • bFrameIndex：帧索引。


  • bmCapabilities：是否支持still  image


  • wWidth：帧款,


  • wHeight：帧高,


  • dwMinBitRate：最小速率


  • dwMaxBitRate：最大速率,


  • dwMaxVideoFrameBufferSize：最大buffer


  • dwDefaultFrameInterval：初始化帧间隔，支持的帧率。


  • bFrameIntervalType：帧间隔类型。0，Continuous Frame Interval;1~255 discrete Frame Interval support(n)


  • dwFrameInterval[n]：帧间隔设置，默认设置一个即可。


image.png

image.png


static const struct UVC_FRAME_UNCOMPRESSED(1) uvc_frame_yuv_360p = {
 .bLength  = UVC_DT_FRAME_UNCOMPRESSED_SIZE(1),
 .bDescriptorType = USB_DT_CS_INTERFACE,
 .bDescriptorSubType = UVC_VS_FRAME_UNCOMPRESSED,
 .bFrameIndex  = 1,
 .bmCapabilities  = 0,
 .wWidth   = cpu_to_le16(640),
 .wHeight  = cpu_to_le16(360),
 .dwMinBitRate  = cpu_to_le32(18432000),
 .dwMaxBitRate  = cpu_to_le32(55296000),
 .dwMaxVideoFrameBufferSize = cpu_to_le32(460800),
 .dwDefaultFrameInterval = cpu_to_le32(666666),
 .bFrameIntervalType = 1,
 .dwFrameInterval[0] = cpu_to_le32(666666),
};


3. 总结

一个标准的uvc设备的VS 接口描述符如下，包括alt setting 0 和 alt setting1.


image.png


  • alt setting0 用来配置视频格式和帧信息


  • alt setting1 用来开启传输，通过In Endpoint 将video stream 传到pc.

继续拆分，VS 接口描述符如下：


image.png


  • VS Interface


  • VS MJPEG Format


  • VS Uncompressed Foramt(YUY2/NV12等)


  • ...


  • VS MJPEG Frame


  • VS MJPEG Frame


  • VS Uncompressed Frame


  • VS Uncompressed Frame


  • Video Class-specific VS Input Header


  • VS Interaface


  • In Endpoint


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