Розуміння USB -класу відео класу (UVC) Протокол для модулів USB -камери
USB -відео клас (UVC) Протокол-це стандартизована рамка, яка забезпечує функціональність підключення та гри для пристроїв, пов'язаних з USB, наприклад, веб -камери, сканери документів, та промислові камери. Дотримуючись специфікацій УВК, Виробники усувають потребу у власних водіїв, Забезпечення сумісності в операційних системах та спрощення розгортання. Ця стаття заглиблюється в технічну структуру, Механізми комунікації, і практичні наслідки UVC в модулях USB -камери.
Основна архітектура протоколу UVC
UVC працює в рамках класу USB -пристроїв, Визначення того, як передаються та контролюються відеозйомки між хостом (Напр., комп'ютер) і периферійний (Напр., камера). Протокол побудований на трьох первинних шарах:
Інтерфейс управління: Цей шар керує конфігурацією пристрою, включаючи резолюцію, частота кадрів, та налаштування живлення. Він використовує стандартні передачі управління USB для спілкування з прошивкою камери. Наприклад, Хост може попросити камеру перейти з 720p до роздільної здатності 1080p, надіславши певну команду управління.
Потоковий інтерфейс: Потокове інтерфейс обробляє передачу відео даних у режимі реального часу. Він підтримує кілька форматів, наприклад, нестиснена ЮВ або стиснута MJPEG/H.264, залежно від можливостей камери. Дані передаються за допомогою ізохронних або об'ємних переказів, Ізохронний перевагу для додатків з низькою затримкою, такими як відеоконференції.
Переривання інтерфейсу: Використовується для асинхронних сповіщень, Цей шар попереджає хоста на такі події, як натискання кнопки (Напр., Кнопка знімка камери) або зміни стану пристрою. Він працює через переривання переказів, які надають пріоритет своєчасну доставку над великими обсягами даних.
Запити та дескриптори управління UVC
UVC визначає набір стандартизованих запитів управління, які хости використовують для взаємодії з камерами. Ці запити інкапсульовані в пакети налаштування USB і включають:
Vc_request_set_cur та vc_request_get_cur: Ці команди встановлюють або отримують поточне значення параметра управління, наприклад, яскравість або контраст. Наприклад, Налаштування налаштувань експозиції передбачає надсилання запиту на set_cur з потрібним часом експозиції.
Vc_request_get_min/max/res: Вони отримують мінімум, максимум, і роздільна здатність (розмір кроку) управління, що дозволяє хосту перевіряти входи користувачів. Камера може повідомити про діапазон експозиції від 1/30 до 1/10 000, дозволяючи програмному забезпеченню відповідно до повзунок.
Відеоконтроль (ВК) та відеоролики (Проти) Дескриптори: Дескриптори - це структури метаданих, які інформують хоста про можливості камери. Дескриптор VC окреслює підтримку управління (Напр., масштаб, білий баланс), в той час як формати деталей Descriptor, частота кадрів, та резолюції. Наприклад, Дескриптор VS може перелічити 1920×1080@30 кадрів в секунду як один із декількох доступних режимів.
Формати даних та стандарти стиснення
UVC підтримує різноманітні формати відео для збалансування якості та ефективності пропускної здатності:
Несчеплені формати: Похід (Напр., YUY2, NV12) і RGB зазвичай використовуються для додатків до високої точки зору. Формати YUV відокремлюють яскравість (У) від хромінанції (U/v), зменшення розміру даних без значних втрат якості. Ці формати ідеально підходять для професійного редагування відео або завдань машинного зору, що вимагають необроблених даних пікселів.
Стислі формати: MJPEG та H.264/H.265 популярні для сценаріїв, що обмежуються пропускною здатністю. MJPEG стискає кожен кадр самостійно, спрощення реалізації, але створення великих файлів, ніж міжмісні кодекси, такі як H.264. Сучасні камери УВК часто підтримують H.264 для потокової передачі, оскільки він досягає високих коефіцієнтів стиснення з мінімальною затримкою.
Формат переговорів: Під час ініціалізації, Ведучий та камера домовляються про оптимальний формат через серію дескрипторів. Камера рекламує свої можливості, а хост вибирає сумісний режим на основі наявної пропускної здатності та вимог до додатків.
Розширення та специфічні для постачальника розширення
В той час як UVC надає надійний фундамент, Постачальники можуть поширювати функціональність за допомогою власних контрольних або форматів. Ці розширення повинні співіснувати зі стандартними командами UVC для підтримки сумісності.
Контрольні елементи: Виробники можуть визначити спеціальні елементи управління (Напр., Розширене зменшення шуму або виявлення сцени на основі AI) Використання UVC_VS_Processing_Unit Descriptor. До цих елементів управління можна отримати за допомогою тих самих механізмів set_cur/get_cur, але використовують ідентифікатори, призначені для постачальника.
Розширення одиниць (Xu): XUS дозволяє постачальникам додавати блоки обробки (Напр., на чіп-hdr тонепатування) Поза стандартними рамками UVC. Кожен Сю ідентифікується унікальним GUID і включає власний набір елементів управління. Програмне забезпечення для хоста повинно явно підтримувати ці розширення для використання їх функцій.
Відповідність та сумісність: Для забезпечення широкої сумісності, Продавці часто подають свої пристрої для сертифікації USB-IF. Сертифіковані пристрої дотримуються специфікацій UVC, Зниження ризику конфліктів водія або несподіваної поведінки на таких платформах, як Windows, макос, і Linux.
Практичні наслідки для розробників та користувачів
Для розробників, UVC спрощує інтеграцію, надаючи єдиний API для управління камерами. Бібліотеки, як Libuvc (Лінійка) або DirectShow (Вікна) Анотація USB-спілкування низького рівня, Увімкнення швидкого розвитку відео додатків.
Перехресна підтримка: Камери, сумісні з UVC. Це особливо вигідно для розгортання підприємств, де управління драйверами на тисячах пристроїв може бути дорогим.
Майбутнє захист: У міру розвитку стандартів USB (Напр., USB4), Модульна конструкція UVC дозволяє йому адаптуватися до більш високої пропускної здатності та нових функцій, таких як доставка живлення. Камери, що підтримують UVC 1.5 або пізніше може скористатися розширеними можливостями, наприклад, багатопоточкове або динамічне перемикання роздільної здатності.
Висновок (Виключається відповідно до вимог)
Стандартизований підхід протоколу UVC до комунікації відео пристрою забезпечує надійність, сумісність, і простота використання. Розумінням її архітектури, Механізми управління, та варіанти розширення, Розробники та користувачі можуть оптимізувати модулі USB -камери для різноманітних програм, від побутової електроніки до промислової автоматизації.