UVC（USB Video Class，USB 視頻類）協議并非專門僅用于相機，但其核心應用場景集中在視頻采集設備，相機是最典型的代表。

其適用設備除了常見的 USB 相機（包括 webcam、工業相機、監控攝像頭等），還包括其他具備視頻采集或處理功能的 USB 設備，例如：

• 視頻采集卡：部分 USB 接口的視頻采集卡支持 UVC 協議，可將外部視頻信號（如 HDMI、SDI 信號）轉換為符合 UVC 標準的視頻流傳輸給主機。

• 帶視頻功能的設備：一些集成了攝像頭的設備，如智能手機通過 USB 連接作為視頻源時（部分機型支持）、某些掃描儀的視頻預覽功能模塊等，也可能采用 UVC 協議進行視頻數據傳輸。

USB 接口的線路

USB 接口的線路數量根據版本和接口類型有所不同，核心是通過幾根線實現數據傳輸、供電等功能。以下是具體分類：

一、基礎線路構成（以常見的 USB 2.0 及以上為例）

無論接口類型（Type-A、Type-B、Type-C 等），USB 的核心線路包括 4 根基礎線（USB 2.0 及兼容版本必備）：

1. VCC（電源正極）：紅色線，提供 + 5V 電壓（部分場景下可通過 PD 協議調整電壓）。

2. GND（接地）：黑色線，作為電路回路的負極。

3. D+（數據正線）：綠色線，用于高速數據傳輸（USB 2.0 及以上的高速模式）。

4. D-（數據負線）：白色線，與 D + 配合傳輸差分信號，確保數據抗干擾能力。

這 4 根線是 USB 實現供電和基礎數據傳輸（USB 1.1/2.0 速率）的核心，早期的低速、全速設備僅依賴這 4 根線即可工作。

二、高速版本的額外線路（USB 3.0 及以上）

為了支持更高的傳輸速率（如 USB 3.0 的 5Gbps、USB 3.1 的 10Gbps 等），USB 3.0 及以上版本在基礎 4 根線之外，增加了4 根高速差分信號線，總線路數量達到 8 根：

• SSTX+ / SSTX-：發送差分對（SuperSpeed Transmit），用于主機向設備發送高速數據。

• SSRX+ / SSRX-：接收差分對（SuperSpeed Receive），用于設備向主機返回高速數據。

這些額外的線路專門負責超高速數據傳輸，與原有的 D+/D - 線路（兼容 USB 2.0）獨立工作，實現 “高速與兼容并存”。

三、Type-C 接口的線路特殊性

Type-C 接口為了支持可逆插拔和多功能（如視頻輸出、PD 供電），線路設計更復雜，但核心仍基于上述線路擴展：

• 保留VCC、GND、D+、D-?4 根基礎線。

• 保留SSTX+/-、SSRX+/-?4 根高速線（USB 3.0 及以上）。

• 增加了CC1、CC2（Configuration Channel，配置通道）：用于識別設備類型、協商供電方向和功率（PD 協議依賴）、判斷插入方向等。

• 部分 Type-C 線纜還包含邊帶使用線（SBU1、SBU2）：支持音頻、視頻信號傳輸（如 DisplayPort Alt Mode）。

因此，Type-C 線纜的總線路數量通常為12 根左右（含屏蔽線等輔助線路），但核心功能仍依賴上述基礎和高速數據 / 電源線。

總結

• USB 2.0 及以下：4 根線（VCC、GND、D+、D-）。

• USB 3.0 及以上（非 Type-C）：8 根線（4 根基礎線 + 4 根高速差分線）。

• USB Type-C（含 USB 3.0 及以上）：約 12 根線（含基礎線、高速線、配置通道線等）。

端點

在 USB 協議中，端點（Endpoint）?是設備與主機進行通信的邏輯通道，是數據傳輸的最小單位。理解端點的概念對掌握 USB 通信機制至關重要，以下是詳細解析：

一、端點的基本概念

1. 邏輯通道：端點是設備內部的虛擬 “管道”，每個端點有唯一編號（如 Endpoint 0、Endpoint 1 等）。

2. 單向性：每個端點只支持一個方向的數據傳輸：

   • IN 端點：數據從設備流向主機（如攝像頭向電腦發送視頻幀）。

   • OUT 端點：數據從主機流向設備（如電腦向打印機發送打印任務）。

3. 端點 0 的特殊性：所有 USB 設備必須實現 Endpoint 0，它是雙向的，用于設備枚舉和基本控制（如獲取設備描述符、配置設備）。

二、端點的關鍵屬性

每個端點通過端點描述符（Endpoint Descriptor）?向主機報告其能力，主要屬性包括：

1. 端點號（Endpoint Number）：0-15，其中 Endpoint 0 固定為控制端點。

2. 方向（Direction）：IN 或 OUT。

3. 類型（Type）：

   • 控制（Control）：用于設備配置和命令傳輸（如 UVC 協議的參數設置）。

   • 批量（Bulk）：用于大量數據可靠傳輸（如文件傳輸）。

   • 中斷（Interrupt）：用于實時小數據（如鍵盤、鼠標輸入）。

   • 同步（Isochronous）：用于實時流數據（如視頻、音頻）。

4. 最大包大小（Max Packet Size）：一次傳輸的最大數據量（如 64 字節、512 字節等）。

5. 輪詢間隔（Polling Interval）：主機查詢端點的頻率（僅對中斷和同步端點重要）。

三、端點的工作機制

1. 設備枚舉階段：

   • 主機通過 Endpoint 0 發送標準請求（如GET_DESCRIPTOR）。

   • 設備返回自身信息（如廠商 ID、產品 ID、支持的配置）。

2. 數據傳輸階段：

   • 主機根據設備描述符選擇合適的配置和端點。

   • 通過指定端點號和方向進行數據收發。

四、不同類型端點的應用場景

五、端點與接口、配置的關系

• 配置（Configuration）：設備的一種工作模式（如低功耗模式、高性能模式），一個設備可支持多個配置。

• 接口（Interface）：配置中的功能單元（如攝像頭的視頻流接口、麥克風的音頻接口）。

• 端點（Endpoint）：接口的具體數據通道。

示例：一個 UVC 攝像頭可能包含：

• 1 個配置（默認配置）。

• 2 個接口（視頻流接口、麥克風音頻接口）。

• 視頻接口包含：

  • 控制端點 0（雙向）。

  • 同步 IN 端點（傳輸視頻幀）。

• 音頻接口包含：

  • 同步 IN 端點（傳輸音頻數據）。

六、端點的數量限制

• 每個 USB 設備最多可支持32 個端點（16 個 IN + 16 個 OUT）。

• 實際應用中，大多數設備僅使用少數端點（如 UVC 攝像頭通常使用 2-3 個端點）。

USB 標準請求字段

USB 標準請求是用在控制傳輸中的數據包，由 8 個字節構成，包含 5 個字段，分別是 bmRequestType、bRequest、wValue、wIndex 和 wLength。具體如下：

• bmRequestType：占 1 個字節，是一個位圖，用于表示數據傳輸方向、請求類型和接收者。
  • D7 位：表示數據方向，0 為主機到設備，1 為設備到主機。
  • D6 - D5 位：表示請求類型，00 為標準請求命令，01 為類請求命令，10 為用戶定義的命令，11 為保留值。
  • D4 - D0 位：表示接收者，00000 為設備，00001 為接口，00010 為端點，其他值保留。
• bRequest：占 1 個字節，為請求命令代碼。在標準的 USB 命令中，每一個命令都有對應的編號，該字段的值就是相應的編號。例如，獲取狀態（Get Status）命令的代碼為 00H，清除特性（Clear Feature）命令的代碼為 01H 等。
• wValue：占 2 個字節，根據不同的命令，其含義也不同。例如在設置地址（Set Address）請求中，wValue 包含要設置的設備地址。
• wIndex：占 2 個字節，主要用于傳送索引或偏移值。例如，當請求涉及特定端點時，bit3 - 0 表示端點號，bit7 表示方向（0 為 OUT，1 為 IN）；當涉及接口時，bit7 - 0 表示接口號。
• wLength：占 2 個字節，用于指定數據階段要傳輸的字節數。對于主機到設備的傳輸，該字段指定主機將傳輸的數據量；對于設備到主機的傳輸，該字段指定設備可以傳輸的最大數據量。如果沒有數據階段，該字段為 0。

Processing Unit（PU，處理單元）和 Camera Terminal（CT，攝像頭端點）

在 UVC（USB Video Class，USB 視頻類）設備中，Processing Unit（PU，處理單元）和 Camera Terminal（CT，攝像頭端點）是兩個重要的功能模塊，UVC 協議嚴格定義了這些功能單元的格式和描述符結構。具體如下：

• Processing Unit（處理單元）：是 UVC 設備中的一個功能單元，用于對輸入的數據進行處理。它可以接收來自 Selector Unit（選擇單元）的數據，經過一系列處理后，將結果輸出到 Output Terminal（輸出端點）。例如，對視頻數據進行編碼、解碼、降噪、色彩空間轉換等操作，以滿足不同的應用需求。
• Camera Terminal（攝像頭端點）：代表硬件上的數據采集源，通常對應攝像頭的傳感器。它主要用于控制視頻流傳輸中的設備特性，規定支持控制掃描模式（逐行掃描或隔行掃描）、自動曝光模式、自動聚焦、可變光圈、移動鏡頭、滾動、數字窗口等特性。

在 UVC 設備中，數據從 Sensor 和其他復合視頻設備流入，由輸入端點（Input Terminal）和 Camera Terminal 輸入，經過 Selector Unit 選擇后送到 Processing Unit 處理，再由 Output Terminal 綁定到指定的 USB 端點，最后與主機交互數據發送到 Host。

UVC 協議在規范文檔中明確定義了以下核心單元及其描述符格式：

1. Camera Terminal (CT)

   • 功能：作為視頻輸入源（如攝像頭傳感器），負責捕獲原始圖像數據。
   • 描述符：
     • VC_IN_TERMINAL：定義攝像頭端點的特性（如支持的分辨率、幀率范圍）。
     • 包含字段：

bTerminalType      // 終端類型（如0x0201表示Camera Terminal）
wObjectiveFocalLengthMin  // 最小焦距
wObjectiveFocalLengthMax  // 最大焦距
wOcularFocalLength        // 目鏡焦距
bControlSize              // 控制參數的大小
bmControls                // 支持的控制位（如曝光、增益控制）

1. Processing Unit (PU)

   • 功能：處理原始視頻數據（如亮度、對比度調整，色彩空間轉換）。
   • 描述符：
     • VC_PROCESSING_UNIT：定義處理單元的能力和控制接口。
     • 包含字段：

bUnitID               // 單元ID
bSourceID             // 源單元ID（連接的上游單元）
bmControls            // 支持的控制位（如亮度、對比度、飽和度）
wDefault             // 默認值
wMinimum             // 最小值
wMaximum             // 最大值
wStep                // 步進值