UVC（USB Video Class，USB 视频类）协议并非专门仅用于相机，但其核心应用场景集中在视频采集设备，相机是最典型的代表。

其适用设备除了常见的 USB 相机（包括 webcam、工业相机、监控摄像头等），还包括其他具备视频采集或处理功能的 USB 设备，例如：

• 视频采集卡：部分 USB 接口的视频采集卡支持 UVC 协议，可将外部视频信号（如 HDMI、SDI 信号）转换为符合 UVC 标准的视频流传输给主机。

• 带视频功能的设备：一些集成了摄像头的设备，如智能手机通过 USB 连接作为视频源时（部分机型支持）、某些扫描仪的视频预览功能模块等，也可能采用 UVC 协议进行视频数据传输。

USB 接口的线路

USB 接口的线路数量根据版本和接口类型有所不同，核心是通过几根线实现数据传输、供电等功能。以下是具体分类：

一、基础线路构成（以常见的 USB 2.0 及以上为例）

无论接口类型（Type-A、Type-B、Type-C 等），USB 的核心线路包括 4 根基础线（USB 2.0 及兼容版本必备）：

1. VCC（电源正极）：红色线，提供 + 5V 电压（部分场景下可通过 PD 协议调整电压）。

2. GND（接地）：黑色线，作为电路回路的负极。

3. D+（数据正线）：绿色线，用于高速数据传输（USB 2.0 及以上的高速模式）。

4. D-（数据负线）：白色线，与 D + 配合传输差分信号，确保数据抗干扰能力。

这 4 根线是 USB 实现供电和基础数据传输（USB 1.1/2.0 速率）的核心，早期的低速、全速设备仅依赖这 4 根线即可工作。

二、高速版本的额外线路（USB 3.0 及以上）

为了支持更高的传输速率（如 USB 3.0 的 5Gbps、USB 3.1 的 10Gbps 等），USB 3.0 及以上版本在基础 4 根线之外，增加了4 根高速差分信号线，总线路数量达到 8 根：

• SSTX+ / SSTX-：发送差分对（SuperSpeed Transmit），用于主机向设备发送高速数据。

• SSRX+ / SSRX-：接收差分对（SuperSpeed Receive），用于设备向主机返回高速数据。

这些额外的线路专门负责超高速数据传输，与原有的 D+/D - 线路（兼容 USB 2.0）独立工作，实现 “高速与兼容并存”。

三、Type-C 接口的线路特殊性

Type-C 接口为了支持可逆插拔和多功能（如视频输出、PD 供电），线路设计更复杂，但核心仍基于上述线路扩展：

• 保留VCC、GND、D+、D- 4 根基础线。

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

• 增加了CC1、CC2（Configuration Channel，配置通道）：用于识别设备类型、协商供电方向和功率（PD 协议依赖）、判断插入方向等。

• 部分 Type-C 线缆还包含边带使用线（SBU1、SBU2）：支持音频、视频信号传输（如 DisplayPort Alt Mode）。

因此，Type-C 线缆的总线路数量通常为12 根左右（含屏蔽线等辅助线路），但核心功能仍依赖上述基础和高速数据 / 电源线。

总结

• USB 2.0 及以下：4 根线（VCC、GND、D+、D-）。

• USB 3.0 及以上（非 Type-C）：8 根线（4 根基础线 + 4 根高速差分线）。

• USB Type-C（含 USB 3.0 及以上）：约 12 根线（含基础线、高速线、配置通道线等）。

端点

在 USB 协议中，端点（Endpoint） 是设备与主机进行通信的逻辑通道，是数据传输的最小单位。理解端点的概念对掌握 USB 通信机制至关重要，以下是详细解析：

一、端点的基本概念

1. 逻辑通道：端点是设备内部的虚拟 “管道”，每个端点有唯一编号（如 Endpoint 0、Endpoint 1 等）。

2. 单向性：每个端点只支持一个方向的数据传输：

   • IN 端点：数据从设备流向主机（如摄像头向电脑发送视频帧）。

   • OUT 端点：数据从主机流向设备（如电脑向打印机发送打印任务）。

3. 端点 0 的特殊性：所有 USB 设备必须实现 Endpoint 0，它是双向的，用于设备枚举和基本控制（如获取设备描述符、配置设备）。

二、端点的关键属性

每个端点通过端点描述符（Endpoint Descriptor） 向主机报告其能力，主要属性包括：

1. 端点号（Endpoint Number）：0-15，其中 Endpoint 0 固定为控制端点。

2. 方向（Direction）：IN 或 OUT。

3. 类型（Type）：

   • 控制（Control）：用于设备配置和命令传输（如 UVC 协议的参数设置）。

   • 批量（Bulk）：用于大量数据可靠传输（如文件传输）。

   • 中断（Interrupt）：用于实时小数据（如键盘、鼠标输入）。

   • 同步（Isochronous）：用于实时流数据（如视频、音频）。

4. 最大包大小（Max Packet Size）：一次传输的最大数据量（如 64 字节、512 字节等）。

5. 轮询间隔（Polling Interval）：主机查询端点的频率（仅对中断和同步端点重要）。

三、端点的工作机制

1. 设备枚举阶段：

   • 主机通过 Endpoint 0 发送标准请求（如GET_DESCRIPTOR）。

   • 设备返回自身信息（如厂商 ID、产品 ID、支持的配置）。

2. 数据传输阶段：

   • 主机根据设备描述符选择合适的配置和端点。

   • 通过指定端点号和方向进行数据收发。

四、不同类型端点的应用场景

五、端点与接口、配置的关系

• 配置（Configuration）：设备的一种工作模式（如低功耗模式、高性能模式），一个设备可支持多个配置。

• 接口（Interface）：配置中的功能单元（如摄像头的视频流接口、麦克风的音频接口）。

• 端点（Endpoint）：接口的具体数据通道。

示例：一个 UVC 摄像头可能包含：

• 1 个配置（默认配置）。

• 2 个接口（视频流接口、麦克风音频接口）。

• 视频接口包含：

  • 控制端点 0（双向）。

  • 同步 IN 端点（传输视频帧）。

• 音频接口包含：

  • 同步 IN 端点（传输音频数据）。

六、端点的数量限制

• 每个 USB 设备最多可支持32 个端点（16 个 IN + 16 个 OUT）。

• 实际应用中，大多数设备仅使用少数端点（如 UVC 摄像头通常使用 2-3 个端点）。

USB 标准请求字段

USB 标准请求是用在控制传输中的数据包，由 8 个字节构成，包含 5 个字段，分别是 bmRequestType、bRequest、wValue、wIndex 和 wLength。具体如下：

• bmRequestType：占 1 个字节，是一个位图，用于表示数据传输方向、请求类型和接收者。
  • D7 位：表示数据方向，0 为主机到设备，1 为设备到主机。
  • D6 - D5 位：表示请求类型，00 为标准请求命令，01 为类请求命令，10 为用户定义的命令，11 为保留值。
  • D4 - D0 位：表示接收者，00000 为设备，00001 为接口，00010 为端点，其他值保留。
• bRequest：占 1 个字节，为请求命令代码。在标准的 USB 命令中，每一个命令都有对应的编号，该字段的值就是相应的编号。例如，获取状态（Get Status）命令的代码为 00H，清除特性（Clear Feature）命令的代码为 01H 等。
• wValue：占 2 个字节，根据不同的命令，其含义也不同。例如在设置地址（Set Address）请求中，wValue 包含要设置的设备地址。
• wIndex：占 2 个字节，主要用于传送索引或偏移值。例如，当请求涉及特定端点时，bit3 - 0 表示端点号，bit7 表示方向（0 为 OUT，1 为 IN）；当涉及接口时，bit7 - 0 表示接口号。
• wLength：占 2 个字节，用于指定数据阶段要传输的字节数。对于主机到设备的传输，该字段指定主机将传输的数据量；对于设备到主机的传输，该字段指定设备可以传输的最大数据量。如果没有数据阶段，该字段为 0。

Processing Unit（PU，处理单元）和 Camera Terminal（CT，摄像头端点）

在 UVC（USB Video Class，USB 视频类）设备中，Processing Unit（PU，处理单元）和 Camera Terminal（CT，摄像头端点）是两个重要的功能模块，UVC 协议严格定义了这些功能单元的格式和描述符结构。具体如下：

• Processing Unit（处理单元）：是 UVC 设备中的一个功能单元，用于对输入的数据进行处理。它可以接收来自 Selector Unit（选择单元）的数据，经过一系列处理后，将结果输出到 Output Terminal（输出端点）。例如，对视频数据进行编码、解码、降噪、色彩空间转换等操作，以满足不同的应用需求。
• Camera Terminal（摄像头端点）：代表硬件上的数据采集源，通常对应摄像头的传感器。它主要用于控制视频流传输中的设备特性，规定支持控制扫描模式（逐行扫描或隔行扫描）、自动曝光模式、自动聚焦、可变光圈、移动镜头、滚动、数字窗口等特性。

在 UVC 设备中，数据从 Sensor 和其他复合视频设备流入，由输入端点（Input Terminal）和 Camera Terminal 输入，经过 Selector Unit 选择后送到 Processing Unit 处理，再由 Output Terminal 绑定到指定的 USB 端点，最后与主机交互数据发送到 Host。

UVC 协议在规范文档中明确定义了以下核心单元及其描述符格式：

1. Camera Terminal (CT)

   • 功能：作为视频输入源（如摄像头传感器），负责捕获原始图像数据。
   • 描述符：
     • VC_IN_TERMINAL：定义摄像头端点的特性（如支持的分辨率、帧率范围）。
     • 包含字段：

bTerminalType      // 终端类型（如0x0201表示Camera Terminal）
wObjectiveFocalLengthMin  // 最小焦距
wObjectiveFocalLengthMax  // 最大焦距
wOcularFocalLength        // 目镜焦距
bControlSize              // 控制参数的大小
bmControls                // 支持的控制位（如曝光、增益控制）

1. Processing Unit (PU)

   • 功能：处理原始视频数据（如亮度、对比度调整，色彩空间转换）。
   • 描述符：
     • VC_PROCESSING_UNIT：定义处理单元的能力和控制接口。
     • 包含字段：

bUnitID               // 单元ID
bSourceID             // 源单元ID（连接的上游单元）
bmControls            // 支持的控制位（如亮度、对比度、饱和度）
wDefault             // 默认值
wMinimum             // 最小值
wMaximum             // 最大值
wStep                // 步进值