UVC摄像头技术笔记
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USB摄像头UVC视频流描述符中的bFormatIndex和bFrameIndex

2023-02-23 663 0

bFormatIndex

USB摄像头一般支持多种视频格式,比如MJPG,H264,YUY2,NV12,RGB等,这些不同的视频格式代表着传输的视频图像的数据组织方式。这些视频格式通过UVC视频流各视频流相关的类型描述符来进行描述符。

在Windows系统下,我们可以通过PotPlayer来查看摄像头支持的格式:
PotPlayer

当然,这些不同的视频格式的数据结构描述可以通过UsbTreeViewer来查看其数据结构
如MJPG的如下:

   ----- Video Streaming MJPEG Format Type Descriptor ----
bLength                  : 0x0B (11 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x06 (Format MJPEG)
bFormatIndex             : 0x01 (1)
bNumFrameDescriptors     : 0x05 (5)
bmFlags                  : 0x00 (Sample size is not fixed)
bDefaultFrameIndex       : 0x01 (1)
bAspectRatioX            : 0x00
bAspectRatioY            : 0x00
bmInterlaceFlags         : 0x00
 D0 IL stream or variable: 0 (no)
 D1 Fields per frame     : 0 (2 fields)
 D2 Field 1 first        : 0 (no)
 D3 Reserved             : 0
 D4..5 Field pattern     : 0 (Field 1 only)
 D6..7 Display Mode      : 0 (Bob only)
bCopyProtect             : 0x00 (No restrictions)
*!*ERROR:  no Color Matching Descriptor for this format
Data (HexDump)           : 0B 24 06 01 05 00 01 00 00 00 00                  .$.........

YUY2的如下:

  ------- VS Uncompressed Format Type Descriptor --------
bLength                  : 0x1B (27 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x04 (Uncompressed Format Type)
bFormatIndex             : 0x02 (2)
bNumFrameDescriptors     : 0x07 (7 Frame Descriptors)
guidFormat               : {32595559-0000-0010-8000-00AA00389B71} (YUY2)
bBitsPerPixel            : 0x10 (16 bits per pixel)
bDefaultFrameIndex       : 0x01 (Index 1)
bAspectRatioX            : 0x00
bAspectRatioY            : 0x00
bmInterlaceFlags         : 0x00
 D0 IL stream or variable: 0 (no)
 D1 Fields per frame     : 0 (2 fields)
 D2 Field 1 first        : 0 (no)
 D3 Reserved             : 0
 D4..5 Field pattern     : 0 (Field 1 only)
 D6..7 Display Mode      : 0 (Bob only)
bCopyProtect             : 0x00 (No restrictions)
Data (HexDump)           : 1B 24 04 02 07 59 55 59 32 00 00 10 00 80 00 00   .$...YUY2.......
                           AA 00 38 9B 71 10 01 00 00 00 00                  ..8.q......

UVC规范中,不同的视频格式采用不同的视频流格式类型描述符来描述符,这些描述符的数据结构是通过UVC规范定义的。可参见:https://www.usbzh.com/article/detail-6.html
不过由于市面上的视频格式多种多样,不可能一个摄像头支持所有格式,故在一个摄像头内部,可通过其bFormatIndex来代表这个摄像头支持的一种视频格式,故在同一个摄像头的配置描述符下,如果bFormatIndex不同,代表着不同的视频格式。有几种bFormatIndex,代表该摄像头支持几种视频格式。

另外,在UVC的视频流输入头描述符中bNumFormats也描述符系统支持的视频格式数量。

        ---- VC-Specific VS Video Input Header Descriptor -----
bLength                  : 0x0F (15 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x01 (Input Header)
bNumFormats              : 0x02
wTotalLength             : 0x01A3 (419 bytes)
           后续省略....

bFormatIndex一般从1开始,对于当前比较新的windows操作系统,该值可以不从1开始,但对于老的操作系统,如不从1开始,在设备管理器中会显示设备启动失败。
另外,对于支持多种视频格式的摄像头,bFormatIndex的连续性本人并未做深入研究,不过为了兼容性,还是建议从1开始,连续的自然数即可。

bFrameIndex & bDefaultFrameIndex

不同的视频格式下得根据需求的不同,支持不同的分辨率,如常见的1080x1920,720x1280等。在同一个bForamtIndex下,通过其Frame描述符来这定义支持的不同的分辨率。bFrameIndex一般从1开始,但也可以不从1开始并且可以不连续。
同一格式下支持的分辨率的个数由bFormatIndex所在的视频格式描述符中的bNumFrameDescriptors指定。

另外视频格式描述符中的bDefaultFrameIndex指定了当前格式下的默认分辨率。


        ----- Video Streaming MJPEG Frame Type Descriptor -----
bLength                  : 0x1E (30 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x07 (MJPEG Frame Type)
bFrameIndex              : 0x02
bmCapabilities           : 0x00
wWidth                   : 0x03C0 (960)
wHeight                  : 0x021C (540)
dwMinBitRate             : 0x0ED4E000 (248832000 bps -> 31.104 MB/s)
dwMaxBitRate             : 0x0ED4E000 (248832000 bps -> 31.104 MB/s)
dwMaxVideoFrameBufferSize: 0x000FD44D (1037389 bytes)
dwDefaultFrameInterval   : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
bFrameIntervalType       : 0x01 (1 discrete frame interval supported)
adwFrameInterval[1]      : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
Data (HexDump)           : 1E 24 07 02 00 C0 03 1C 02 00 E0 D4 0E 00 E0 D4   .$..............
                           0E 4D D4 0F 00 15 16 05 00 01 15 16 05 00         .M............

        ----- Video Streaming MJPEG Frame Type Descriptor -----
bLength                  : 0x1E (30 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x07 (MJPEG Frame Type)
bFrameIndex              : 0x03
bmCapabilities           : 0x00
wWidth                   : 0x0350 (848)
wHeight                  : 0x01E0 (480)
dwMinBitRate             : 0x0BA54000 (195379200 bps -> 24.422 MB/s)
dwMaxBitRate             : 0x0BA54000 (195379200 bps -> 24.422 MB/s)
dwMaxVideoFrameBufferSize: 0x000C6E4D (814669 bytes)
dwDefaultFrameInterval   : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
bFrameIntervalType       : 0x01 (1 discrete frame interval supported)
adwFrameInterval[1]      : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
Data (HexDump)           : 1E 24 07 03 00 50 03 E0 01 00 40 A5 0B 00 40 A5   .$...P....@...@.
                           0B 4D 6E 0C 00 15 16 05 00 01 15 16 05 00         .Mn...........

        ----- Video Streaming MJPEG Frame Type Descriptor -----
bLength                  : 0x1E (30 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x07 (MJPEG Frame Type)
bFrameIndex              : 0x04
bmCapabilities           : 0x00
wWidth                   : 0x0280 (640)
wHeight                  : 0x01E0 (480)
dwMinBitRate             : 0x08CA0000 (147456000 bps -> 18.432 MB/s)
dwMaxBitRate             : 0x08CA0000 (147456000 bps -> 18.432 MB/s)
dwMaxVideoFrameBufferSize: 0x0009624D (614989 bytes)
dwDefaultFrameInterval   : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
bFrameIntervalType       : 0x01 (1 discrete frame interval supported)
adwFrameInterval[1]      : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
Data (HexDump)           : 1E 24 07 04 00 80 02 E0 01 00 00 CA 08 00 00 CA   .$..............
                           08 4D 62 09 00 15 16 05 00 01 15 16 05 00         .Mb...........

        ----- Video Streaming MJPEG Frame Type Descriptor -----
bLength                  : 0x1E (30 bytes)
bDescriptorType          : 0x24 (Video Streaming Interface)
bDescriptorSubtype       : 0x07 (MJPEG Frame Type)
bFrameIndex              : 0x05
bmCapabilities           : 0x00
wWidth                   : 0x0280 (640)
wHeight                  : 0x0168 (360)
dwMinBitRate             : 0x06978000 (110592000 bps -> 13.824 MB/s)
dwMaxBitRate             : 0x06978000 (110592000 bps -> 13.824 MB/s)
dwMaxVideoFrameBufferSize: 0x00070A4D (461389 bytes)
dwDefaultFrameInterval   : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
bFrameIntervalType       : 0x01 (1 discrete frame interval supported)
adwFrameInterval[1]      : 0x00051615 (33.3333 ms -> 30.000 fps)
Data (HexDump)           : 1E 24 07 05 00 80 02 68 01 00 80 97 06 00 80 97   .$.....h........
                           06 4D 0A 07 00 15 16 05 00 01 15 16 05 00         .M............

当然,dwDefaultFrameInterval同时也指定了在同一分辨率下支持的帧率,如常见的20帧,25帧,30帧,60帧,这代表着在1秒钟时间内摄像头传输视频图片的张数。不过都有一个默认的帧率,由dwDefaultFrameInterval来指定。

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