基于DWC2的USB驅動開發-UVC的相機終端詳解
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基于DWC2的USB驅動開發-UVC的相機終端詳解 (qq.com)
一.前言
本篇來詳細分析下UVC的相機終端相關的內容，同樣的我們理論結合實踐來進行。
二.相機單元簡介
攝像機終端（CT）控制傳輸視頻流的設備組件的機械（或等效數字）功能。因此，它僅適用于具有可控鏡頭或傳感器特性的視頻捕獲設備。相機端子始終表示為具有單個輸出引腳的輸入端子。簡單理解就是相機終端是是一個輸入終端，他的前面沒有其他單元和終端了，它只有一個輸出引腳，后面一般接到處理單元。
它提供了對以下功能的支持:
- Scanning Mode (Progressive or Interlaced)掃描模式（逐行掃描或交錯掃描）
- Auto-Exposure Mode 自動曝光模式
- Auto-Exposure Priority自動曝光優先級
- Exposure Time曝光時間
- Focus對焦
- Auto-Focus自動對焦
- Simple Focus簡單對焦
- Iris光圈
- Zoom縮放
- Pan水平左右移動鏡頭 X軸旋轉 橫搖
- Roll滾角
- Tilt垂直上下移動鏡頭 Y軸旋轉 豎搖
- Digital Windowing數字窗口
- Region of Interest 感興趣區域
對上述功能的支持都是可選的。對焦控制等有些是支持自動控制開關的,如果支持自動控制的屬性其為打開狀態，則設備將自動調整，并且讀取請求將反映自動調整的值。此時手動方式設置對應屬性將導致STALL，即設備要返回STALL，錯誤代碼為bRequestErrorCode=“錯誤狀態”。
當退出自動模式時，相應屬性保持在轉換前的有效值。
相機終端是特殊的輸入終端,符號和輸入終端一致，注意其左邊沒有引腳，即他就是輸入前面不再有輸入了，右邊輸出只接一個引腳。
三.拓撲結構
以下從描述符來看處理單元的拓撲結構，如下圖是一個實際的UVC產品的描述符，只截取了和UVC相關的IAD下的描述符。
可以看到處理單元的ID是 bTerminalID=1 ，它沒有bSourceID了，他就是輸入最源頭了。其后面是bUnitID=2的處理單元，該單元的bSourceID=1表示其源頭是本相機終端。
相機終端采集到數據，到后面進行處理，所以相機終端后面接處理單元，這也是好理解的。
其拓撲如下
順便提一下:
這里為什么有些叫終端Terminal ，有些叫單元Unit呢，從名字就可以看出，終端就是首末，要么就是前面沒有前導，要么就是后面沒有后繼所以叫終端，而單元是位于中間的前后都有。
四.相機終端描述符
處理終端的描述符應該位于UVC的控制接口描述符VideoControl Interface Descriptors的Class-specific VC Interface Header Descriptor的后面
如下所示紅色線所指示
本實例終端描述符對應的具體內容如下
相機單元的描述詳細內容見規格書P66
3.7.2.3 Camera Terminal Descriptor
| 偏移 | 區域 | 大小 | 值 | 說明 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | bLength | 1 | 數字值,18 | 本描述符的字節數 |
| 1 | bDescriptorType | 1 | 常數CS_INTERFACE=0x24 | 描述符類型 |
| 2 | bDescriptorSubtype | 1 | 常數VC_INPUT_TERMINAL=0x02 | 描述符子類 |
| 3 | bTerminalID | 1 | 數字 | 終端ID |
| 4 | wTerminalType | 2 | 常數ITT_CAMERA | 終端類型 |
| 6 | bAssocTerminal | 1 | 常數 | 與此輸入終端關聯的輸出終端ID |
| 7 | iTerminal | 1 | Index | 描述本終端的字符串描述索引,填0則沒有字符串描述符。 |
| 8 | wObjectiveFocalLengthMin | 2 | 數字 | 如果不支持光學變焦，則Lmin的值；該字段應設置為0 |
| 10 | wObjectiveFocalLengthMax | 2 | 數字 | 不支持光學變焦時的Lmax值；該字段應設置為0。 |
| 12 | wOcularFocalLength | 2 | 數字 | 如果不支持“光學縮放”Locular該字段應設置為0。 |
| 14 | bControlSize | 1 | 數字 3 | bmControls域的字節數 |
| 15 | bmControls | 3 | Bitmap |
l其中bDescriptorType的定義參考規格書的P171 A.5. Video Class-Specific VC Interface Descriptor Subtypes
l其中bDescriptorSubtype的定義參考規格書的P172 A.4. Video Class-Specific Descriptor Types
l其中bTerminalID
攝像頭終端由bTerminalID字段中的值唯一標識。 非零常數 ，同一功能接口內的任何其他單元或終端都不能具有相同的ID。
這里為什么要是非零常數呢？為什么從0開始編號呢，因為在請求中wIndex的高8位為0用于區分是接口請求，其他非0值為對應終端和單元ID，所以不能從0開始編號了。
在本功能對應的接口內該值和其他單元和終端的ID不能重復。
lwTerminalType字段用于說明是什么類型的終端。對于攝像機終端，該字段應設置為ITT_Camera，見規格書P177 Table B- 2 Input Terminal Types
lbAssociateTerminal字段用于將輸出端子與該輸入端子相關聯，從而有效地實現雙向端子對。
為0則是單向端子。
l其中bmControls，表示支持的處理類型
某一位置位則對應的處理支持,小端模式
D0: Scanning Mode
D1: Auto-Exposure Mode
D2: Auto-Exposure Priority
D3: Exposure Time (Absolute)
D4: Exposure Time (Relative)
D5: Focus (Absolute)
D6 : Focus (Relative)
D7: Iris (Absolute)
D8 : Iris (Relative)
D9: Zoom (Absolute)
D10: Zoom (Relative)
D11: PanTilt (Absolute)
D12: PanTilt (Relative)
D13: Roll (Absolute)
D14: Roll (Relative)
D15: Reserved
D16: Reserved
D17: Focus, Auto
D18: Privacy
D19: Focus, Simple
D20: Window
D21: Region of Interest
D22 – D23: Reserved, set to zero
以下是對應一個實例，
-------- Video Control Input Terminal Descriptor ------
bLength : 0x12 (18 bytes)
bDescriptorType : 0x24 (Video Control Interface)
bDescriptorSubtype : 0x02 (Input Terminal)
bTerminalID : 0x01 (1)
wTerminalType : 0x0201 (ITT_CAMERA)
bAssocTerminal : 0x00 (Not associated with an Output Terminal)
iTerminal : 0x00 (No String Descriptor)
Camera Input Terminal Data:
wObjectiveFocalLengthMin : 0x0000
wObjectiveFocalLengthMax : 0x0000
wOcularFocalLength : 0x0000
bControlSize : 0x03 (3 bytes)
bmControls : 0xFF, 0xFF, 0x1F
D0 : 1 yes - Scanning Mode
D1 : 1 yes - Auto-Exposure Mode
D2 : 1 yes - Auto-Exposure Priority
D3 : 1 yes - Exposure Time (Absolute)
D4 : 1 yes - Exposure Time (Relative)
D5 : 1 yes - Focus (Absolute)
D6 : 1 yes - Focus (Relative)
D7 : 1 yes - Iris (Absolute)
D8 : 1 yes - Iris (Relative)
D9 : 1 yes - Zoom (Absolute)
D10 : 1 yes - Zoom (Relative)
D11 : 1 yes - Pan (Absolute)
D12 : 1 yes - Pan (Relative)
D13 : 1 yes - Roll (Absolute)
D14 : 1 yes - Roll (Relative)
D15 : 1 yes - Tilt (Absolute)
D16 : 1 yes - Tilt (Relative)
D17 : 1 yes - Focus Auto
D18 : 1 yes - Reserved
D19 : 1 yes - Reserved
D20 : 1 yes - Reserved
D21 : 0 no - Reserved
D22 : 0 no - Reserved
D23 : 0 no - Reserved
Data (HexDump) : 12 24 02 01 01 02 00 00 00 00 00 00 00 00 03 FF .$..............
FF 1F ..
五. 相機終端相關的請求
參考規格書P97 4.2.2.1 Camera Terminal Control Requests
相機終端控制請求用于讀或者設置相關屬性，所以包括SET_xx 和GET_xx。
一共支持如下20種屬性的請求
對應的CS編碼見P174 A.9.4. Camera Terminal Control Selectors
以下做了一個總結
除非另有規定，否則所有值都被解釋為絕對值（固定原點），而不是相對值。除非另有規定，否則它們也被認為是無符號的。
| 類型 | CS | 大小B | 支持的操作[]表示可選 | 最少支持操作 | 說明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 掃描模式 | CT_SCANNING_MODE_CONTROL | 1 | SET_CURGET_CURGET_INFO | 0:交錯掃描1:非交錯模式 | |
| 自動曝光模式 | CT_AE_MODE_CONTROL | 1 | SET_CURGET_CURGET_RESGET_INFOGET_DEF | GET_DEF | D0: 手動改模式D1: 自動模式D2: 快門優先模式-手動曝光時間，自動光圈D3: 光圈優先模式-自動曝光時間，手動光圈D4..D7: 保留設置為0.使能自動模式時再配置相關屬性將導致STALL和bRequestErrorCode=“錯誤狀態”的錯誤代碼。向該控件發出的GET_RES請求將返回該控件支持的模式的bitmap。對該控件的有效請求將僅設置一個位（選擇單個模式）。 |
| 自動曝光優先級控制 | CT_AE_PRIORITY_CONTROL | 1 | SET_CURGET_CURGET_INFO | 0表示幀率固定，默認值1表示幀率可動態變化用于快門優先模式和自動模式時約束曝光時間控制。 | |
| 曝光絕對時間控制 | CT_EXPOSURE_TIME_ABSOLUTE_CONTROL | 4 | GET_CUR GET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF[SET_CUR] | GET_DEF | 指定曝光時間,單位為100μs,值設置為0未定義。手動曝光控制受到幀間隔的進一步限制，幀間隔總是具有更高的優先級，如果幀間隔更改為低于“曝光控制”當前值的值，“曝光控制值”將自動更改，默認的“曝光控制”值將是當前幀間隔，直到選擇了明確的曝光值為止。當處于自動模式或光圈優先模式時，設置該值導致STALL和bRequestErrorCode=“錯誤狀態”的錯誤代碼。 |
| 曝光相對時間控制 | CT_EXPOSURE_TIME_RELATIVE_CONTROL | 1 | SET_CURGET_CURGET_INFO | 有符號數帶包步進數0表示設置曝光時間為默認值，當處于自動模式或光圈優先模式時，設置該值導致STALL和bRequestErrorCode=“錯誤狀態”的錯誤代碼。如果同時支持相對控制和絕對控制，則具有0x00以外值的相對控制的SET_CUR應導致絕對控制的控制更改中斷 | |
| 對焦絕對值控制 | CT_FOCUS_ABSOLUTE_CONTROL | 2 | GET_CUR GET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF[SET_CUR] | GET_DEF | 單位毫米,啟用自動對焦模式時，設置此值將導致STALL和bRequestErrorCode=“錯誤狀態”的錯誤代碼。 |
| 對焦相對值控制 | CT_FOCUS_RELATIVE_CONTROL | 2 | SET_CURGET_CURGET_INFOGET_DEFGET_MINGET_MAXGET_RES | GET_DEF | 第一個字節bFocusRelative1表示聚焦透鏡組向近方向移動為0表示聚焦透鏡組停止0xFF表示透鏡組向無窮遠方向移動。GET_MIN、GET_MAX、GET_RES和GET_DEF請求時此字段段返回零。第二個字節bSpeed表示移動速度，不支持則設置為1，如果同時支持相對控制和絕對控制，則具有0x00以外值的相對控制的SET_CUR將導致絕對控制在移動結束時的控制更改中斷啟用自動對焦時，設置此值導致STALL和bRequestErrorCode=“錯誤狀態”的錯誤代碼。 |
| 對焦簡單范圍 | CT_FOCUS_SIMPLE_CONTROL | 1 | SET_CURGET_CURGET_INFO GET_DEF | GET_DEF | 只能在相機處于手動或自動對焦模式時使用。啟用自動對焦時，設置此值導致STALL和bRequestErrorCode=“錯誤狀態”的錯誤代碼。0x00 – full range0x01 – macro. Less than 0.3meters.0x02 – people. 0.3m to 3m0x03 – scene. 3m to infinity0x04 to 0xFF - reserved |
| 自動對焦控制 | CT_FOCUS_AUTO_CONTROL | 1 | SET_CUR GET_CUR GET_INFGET_DEF | GET_DEF | 1使能自動對焦 |
| 光圈絕對控制 | PU_SHARPNESS_CONTROL | 2 | GET_CURGET_MIN GET_MAXGET_RES GET_INFOGET_DEF[SET_CUR] | GET_DEF | 單位為fstop * 100 當“自動曝光模式”控件處于“自動”模式或“快門優先級”模式時，不接受SET請求，設備返回STALL。 |
| 光圈相對控制 | CT_IRIS_RELATIVE_CONTROL | 1 | SET_CUR GET_CURGET_INFO | 有符號數當“自動曝光模式”控件處于“自動”模式或“快門優先級”模式時，不接受SET請求，設備返回STALL。0: Default1: Iris is opened by 1 step.0xFF: Iris is closed by 1 step | |
| 縮放絕對控制 | CT_ZOOM_ABSOLUTE_CONTROL | 2 | GET_CURGET_MIN GET_MAXGET_RESGET_INFOGET_DEF[SET_CUR] | GET_DEF | RES必須為1Zcur的值用于指定或確定物鏡焦距。與相機終端描述符中的wObjectiveFocalLengthMin和wObjectiveForcalLengthMax字段結合使用，以描述和控制設備的物鏡焦距。 |
| 縮放相對控制 | CT_ZOOM_RELATIVE_CONTROL | 3 | SET_CUR GET_CUR GET_INFOGET_DEFGET_MINGET_MAXGET_RES | 第一個字節bZoom字段1表示變焦鏡頭向遠攝方向移動。0表示變焦鏡頭停止，0xFF表示變焦鏡頭向廣角方向移動。GET_MIN、GET_MAX、GET_RES和GET_DEF請求將為此字段返回零第二個字節bDigitalZoom指定是啟用還是禁用數字縮放。如果設備僅支持數字變焦，則此字段將被忽略。GET_DEF請求將返回此字段的默認值。GET_MIN、GET_MAX和GET_RES請求將為此字段返回零。第三個字節bSpeedGET_MIN、GET_MAX和GET_RES請求用于檢索此字段的范圍和分辨率。GET_DEF請求用于檢索此字段的默認值。如果控件不支持速度控制，它將針對所有這些請求在該字段中返回值1如果同時支持相對控制和絕對控制，則具有0x00以外值的相對控制的SET_CUR應在移動結束時導致絕對控制的控制更改中斷，如果移動結束是由于物理設備限制（如移動范圍限制），則應為該相對控制生成控制更改中斷。 | |
| 全景傾斜（絕對）控制 | CT_PANTILT_ABSOLUTE_CONTROL | 8 | GET_CUR GET_MIN GET_MAXGET_RES GET_INFOGET_DEF[SET_CUR] | GET_DEF | 低4字節，有符號 32位小端Pan絕對值高4字節，有符號 32位小端Tilt絕對值單位arc 弧秒范圍–1803600 arc second ~+1803600 arc second 默認值為0 |
| 全景傾斜（相對）控制 | CT_PANTILT_RELATIVE_CONTROL | 4 | SET_CURGET_CURGET_INFOGET_DEF GET_MINGET_MAXGET_RES | GET_DEF | 第一個字節bPanRelative有符號 Pan控制0: Stop1: moving to clockwise direction0xFF: moving to counter clockwise Direction第二個字節 bPanSpeed Pan移動速度第三個字節bTiltRelative 有符號0: Stop1: point the imaging plane up0xFF: point the imaging plane down第四個字節 bTiltSpeed Tilt速度 |
| 滾轉（絕對）控制 | CT_ROLL_ABSOLUTE_CONTROL | 2 | GET_CURGET_MIN GET_MAX GET_RESGET_INFOGET_DEF[SET_CUR] | 有符號16位小端范圍–180~+180 | |
| 滾轉（相對）控制 | CT_ROLL_RELATIVE_CONTROL | 2 | SET_CURGET_CURGET_MINGET_MAX GET_RESGET_INFOGET_DEF | 第一個字節0: Stop1: moving clockwise rotation0xFF: moving counter clockwise rotation第二個字節速度 | |
| 隱私控制 | CT_PRIVACY_CONTROL | 1 | GET_CUR GET_INFO[SET_CUR] | 隱私控制設置用于防止攝像機傳感器獲取視頻。值0表示攝像機傳感器能夠捕獲視頻圖像，值1表示攝像機傳感器被阻止捕獲視頻圖像。該控件應報告為自動更新控件。0: Open1: Close | |
| 數字窗口控制 | CT_DIGITAL_WINDOW_CONTROL | 12 | SET_CURGET_CURGET_MIN GET_MAXGET_DEF | 坐標從0開始wWindow_Top:2 字節 上坐標wWindow_Left:2字節 左坐標wWindow_Bottom：2 字節 下坐標wWindow_Right:2 字節 右坐標wNumSteps:2字節 從本窗口移動到指定矩形的步數bmNumStepsUnits:2字節 上述步數的單位D0: video framesD1: millisecondsD2-D15: Reserved | |
| 數字感興趣區域（ROI）控制 | CT_REGION_OF_INTEREST_CONTROL | 10 | SET_CUR GET_CURGET_MIN, GET_MAXGET_DEF | ROI必須在CT_Window控件指定的當前數字窗口內。wROI_Top 2字節 上坐標wROI_Left 2字節 左坐標wROI_Bottom2字節 下坐標wROI_Right2字節 右坐標bmAutoControls2字節D0: Auto ExposureD1: Auto IrisD2: Auto White BalanceD3: Auto FocusD4: Auto Face DetectD5: Auto Detect and TrackD6: Image StabilizationD7: Higher QualityD8 – D15: Reserved, set to zero |
六. 相機終端請求驅動代碼
和其他終端和單元請求處理一樣
參考https://mp.weixin.qq.com/s/4CTR1yjUmBsHqZPLEC7BhA
七. 總結
以上詳細介紹了相機終端，包括描述符和其拓撲結構，請求等。
審核編輯：湯梓紅
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