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UVC摄像头

news 2026/7/30 1:19:50

1 版本历史
1.1 UVC uvc_version
UVC 1.0: Sep-4-2003
UVC 1.1: Jun-1-2005
UVC 1.5: August-9-2012, H.264 video codec. Linux 4.5 introduces UVC 1.5, but does not support H264.

1.2 V4L版本历史
Video4Linux取名的灵感来自1992 Video for Windows（V4W），但两者在技术上并没有任何关系。
Linux 2.5.46：2002年11月发布，natively支持V4L2
Linux 2.6.26：2008年发布，natively支持UVC；GSPCA使用的是V4L规范

2 UVC数据包格式
2.1 UVC帧格式
Figure 2-1 UVC Video Data Header Format

Figure 2-2 UVC帧格式

每16KB的一次Bulk burst中包含一个12字节的Video Header；并且每一次的Bulk burst对应一个URB。

2.2 主流UVC摄像头支持的格式
V4L2_PIX_FMT_MJPG
V4L2_PIX_FMT_YUYV
V4L2_PIX_FMT_H264
V4L2_PIX_FMT_JPEG

USB摄像头的成像效果一般不稳定，对着日光灯拍照，会有flicker现象。原因是日光灯照射时，光照比较充足，只需要很短的时间，譬如1/120秒或者1/100秒，sensor像素就可以获得足够的电流，然后sensor中的ADC就启动转换。

2.3 Linux数据包解码
1）ISO：一个URB对应一帧，等于number_of_packets * BPI（wBytesPerInterval），其中BPI = packet的大小 x burst的个数。只有高速和全速端点支持同步传输，高速同步端点的最大包长度为1024（400h），全速同步端点的最大包长度为1023（3FFh）。
2）Bulk：一个URB对应dwMaxPayloadTransferSize，dwMaxPayloadTransferSize = packet的大小 x burst的个数。
3）解码函数分别如下所示。
drivers/media/usb/uvc/uvc_video.c
uvc_video_decode_start()
uvc_video_decode_data()
uvc_video_decode_end()

2.4 UVC H264 - 180P or 360P
UVC头只有两个有效位置标记，帧起始（FID）和帧结束（EOF），主机能得到的位置信息只有，只是新一帧的开始（FID翻转）和帧到此结束（EOF = 1）。也就是说，同一帧内所有USB包的FID是同样的值，要么是1要么是0，同一帧内除了最后一个USB包的EOF是1，其它USB包的EOF都是0。

检测到EOF为1时，表示一个NALU或者分段结束，忽略头部4字节0x00000001，然后检查这一帧是不是SPS帧，如果是，就解析出width和height。

3 Still Image Capture
Figure 3-1 Still Image Capture

其中Method 1和Method 3属于ZSL。
方法一是从preview中截图。
方法三是专用的端点（类似于手机ISP专用的snapshot AXI port）拍照。
方法二是preview和拍照二选一，属于传统模式，拍照时停止预览，拍完时恢复预览。

4 协议
bInterfaceClass/bInterfaceSubClass/bInterfaceProtocol：0x0E/0x01/0x00和0x0E/0x02/0x00

5 libuvc
libuvc based on libusb
https://github.com/libuvc/libuvc
https://ken.tossell.net/libuvc/

6 主控芯片
6.1 EZ-USB CX3
1）4-lane CSI-2接口
2）芯片内部没有ISP和JPEG编码器，所以只支持V4L2_PIX_FMT_YUYV，可以在CIS和CX3之间外挂ISP解决Camera的效果处理问题
3）使用ThreadX

6.2 SanJet DVR

7 Tools
7.1 UVC播放器
AMCap: ActiveMovie Capture
VLC: [Tools][Preferences][All][Input / Codecs][Demuxers][H264]
gstreamer

7.2 Wireshark分析RTP中的H264码流
1）用Wireshark打开.pcap文件
2）右键点击H264的UDP包，选择“Decode as…”，选择 RTP，点击OK之后UDP就解析成RTP包了
3）查看RTP包的payload type，通常H264 SDP文件中指定了类型是96
4）WireShark工具栏中选择Edit – preferences – protocols – H264，把“H264 dynamic payload types”设成96，点击OK。以后payload就可以自动解析了

8 URLs
https://github.com/joeshang/joycar/blob/master/module/v4l2_camera/decoder_mjpeg.c

Linux UVC driver and tools
http://www.ideasonboard.org/uvc/

9 Abbreviations
ADAS：Advanced Driver Assistance System，先进驾驶辅助系统，Bosch提供整个方案模块
AFE：USB PHY Analog Front-end
ARC：Argonant RISC Core
AT91SAM9260：SAM means Smart ARM-based Microcontroller
ATMEL SAMBA：ATMEL Smart ARM-based Microcontroller Boot Assistant
BYOD：bring-your-own-device，CarPlay和Android Auto就属于BYOD
C2B：ADI Car Camera Bus
DMS：Driver Monitoring System，疲劳驾驶监控，使用GHS INTEGRITY RTOS系统，通过车载以太网通信（PHY工作在Master模式，连接时，会主动和Slave PHY进行链路训练），法国Valeo提供方案
DWC2：Design Ware Controller 2，Apple的嵌入式设备，包括iPad和iPhone都是使用的DWC2
EVS：Exterior View System，Android车载系统Camera架构HAL层（不同于手机Camera架构）
FourCC：Four-Character Codes
GSPCA：Generic Software Package for Camera Adapters，开始是为了支持Sunplus（凌阳单片机）camera模组spca50x（SunPlus CAmera），后来基于这个驱动进行扩展变成了通用的驱动gspca，所以缩写里面仍然包含了spca关键字，已经不再维护，现在使用uvc。
HSSQ：USB PHY High-speed Squelch
ISP1161：Philips' Integrated host Solution Pairs 1161，“Firms introduce USB host controllers”，https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1290054
Leica：Leitz Camera
SL811HS：Cypress/ScanLogic 811 Host/Slave，性能上与ISP1161（Integrated host Solution Pairs 1161）相当
SPS：Sequence Parameter Set，序列参数集
suspendM：UTMI suspend Macrocell
TDI：TransDimension Inc.，该公司首先发明了将TT集成到EHCI RootHub中的方法，这样对于嵌入式系统来说，就省去了OHCI/UHCI的硬件，同时降低了成本，作为对该公司的纪念，Linux内核定义了宏ehci_is_TDI(ehci)；产品UHC124表示USB Host Controller；收购了ARC USB技术；现已被chipidea收购，chipidea又被mips收购
TT：Transaction Translator（事务转换器，将USB2.0的包转换成USB1.1的包）