UVC（USB Video Class，USB 视频类）协议

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）：
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）。
GND（接地）：黑色线，作为电路回路的负极。
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）。
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

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）。
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）。
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：
端点号（Endpoint Number）：0-15，其中 Endpoint 0 固定为控制端点。
方向（Direction）：IN 或 OUT。
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）。
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）。
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

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）。
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

端点类型	特点	典型应用
控制端点	可靠、双向、用于命令和配置	设备初始化、参数设置（如 UVC 亮度调整）
批量端点	高吞吐量、保证数据完整	打印机、存储设备（如 U 盘）
中断端点	低延迟、有响应时间保证	键盘、鼠标、游戏手柄
同步端点	定时传输、允许少量丢包	摄像头视频流、麦克风音频流

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：
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）
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