USB Audio Class（UAC）协议数据格式

原创于 2025-03-23 20:32:30 发布

· 1.5k 阅读

11 ·

版权

文章标签：

#android #USB #UAC

USB Audio Class（UAC）协议定义了通过USB接口传输音频数据的标准格式和控制机制。其数据格式涉及描述符配置、音频流传输格式及控制请求结构。以下为UAC协议数据格式的详细解析：

— 在这里插入图片描述

1. UAC协议版本与核心结构

USB Audio Class分为 UAC1.0、UAC2.0 和 UAC3.0，不同版本支持的功能不同：

UAC1.0：支持基本音频功能（如PCM音频流、音量控制）。
UAC2.0：增加高带宽支持（如32位/384kHz音频、更多声道）。
UAC3.0：优化功耗管理，支持上下文感知控制（如设备唤醒）。

所有版本均通过 描述符（Descriptors） 定义设备能力，并通过 等时传输（Isochronous Transfers） 传输音频数据。

2. USB描述符结构

UAC设备需配置以下关键描述符：

(1) 标准USB描述符

设备描述符（Device Descriptor）：标识设备类型为音频类（bDeviceClass = 0x00, bDeviceSubClass = 0x00，在接口中声明类）。
配置描述符（Configuration Descriptor）：定义设备的功能集合。

(2) 音频类特定描述符

接口关联描述符（IAD, Interface Association Descriptor）（仅UAC2+）：关联音频控制接口和音频流接口。
音频控制接口（AC Interface）：管理音量、静音等控制功能。
- 类特定AC接口描述符（CS_AC_Interface Descriptor）：定义支持的控件类型。
音频流接口（AS Interface）：传输音频数据。
- 类特定AS接口描述符（CS_AS_Interface Descriptor）：定义音频格式、声道数、采样率等。
端点描述符（Endpoint Descriptor）：配置数据传输方向与模式（如等时传输端点）。

3. 音频流数据格式

音频数据通过 等时端点（Isochronous Endpoint） 传输，格式由AS接口描述符定义：

(1) 音频格式类型

Type I格式：用于PCM音频，支持以下参数：
- bFormatType = 0x01（UAC1.0）或 0x02（UAC2.0）。
- 位深度（bBitResolution）：16/24/32位。
- 声道数（bNrChannels）：1~255（UAC2.0支持更多声道）。
- 采样率（通过Sample Frequency描述符定义，如44.1kHz、48kHz、96kHz等）。
Type II/III格式：用于压缩音频（如MPEG、Dolby Digital）。

(2) 数据包结构

每帧数据：包含多个音频样本，按声道交错排列。
- 示例（24位/立体声PCM）：
  每个声道样本占3字节，单帧数据为 [Left_LSB, Left_MSB][Right_LSB, Right_MSB]，共6字节。
同步机制：通过bmAttributes字段定义同步类型：
- 异步模式（Asynchronous）：设备或主机提供独立时钟。
- 同步模式（Synchronous）：基于USB帧时钟（1ms周期）。
- 自适应模式（Adaptive）：动态调整时钟以匹配数据速率。

4. 控制请求与数据格式

音频控制通过 控制传输（Control Transfer） 实现，常用请求如下：

(1) 标准控制请求

设置/获取音量（SET_CUR/GET_CUR）：
数据格式为 uint16_t，范围 0x0000~0xFFFF（对应最小~最大音量）。
静音控制（SET_MUTE/GET_MUTE）：
数据格式为 uint8_t（0=取消静音，1=静音）。

(2) 类特定控制请求

设置采样率（SET_SAMPLING_FREQ）：
数据格式为 uint32_t，单位Hz（如 48000）。
选择音频通道（SET_CHANNEL）：
数据格式为位掩码（如 0x03 表示启用左/右声道）。

5. UAC2.0与UAC3.0扩展

(1) UAC2.0新增特性

高带宽支持：支持32位/384kHz音频。
时钟源选择：通过bClockSource字段指定内部/外部时钟。
扩展通道布局：支持7.1声道、3D音频。

(2) UAC3.0改进

低功耗模式：支持设备休眠与快速唤醒。
上下文感知控制：根据使用场景动态调整参数（如耳机插入检测）。

6. 示例描述符解析（UAC1.0 PCM音频设备）

// 设备描述符
struct usb_device_descriptor dev_desc = {
    .bLength = 18,
    .bDescriptorType = USB_DT_DEVICE,
    .bcdUSB = 0x0200,
    .bDeviceClass = 0x00,       // 类在接口中定义
    .bDeviceSubClass = 0x00,
    .bDeviceProtocol = 0x00,
    .idVendor = 0x1234,
    .idProduct = 0x5678,
    // ...其他字段省略
};

// 类特定AS接口描述符（PCM格式）
struct uac1_as_header_descriptor as_header = {
    .bLength = 7,
    .bDescriptorType = USB_DT_CS_INTERFACE,
    .bDescriptorSubtype = UAC_AS_GENERAL,
    .bTerminalLink = 0x01,      // 关联输入终端
    .bDelay = 0x01,
    .wFormatTag = 0x0001,       // PCM格式
};

// 端点描述符（等时传输）
struct usb_endpoint_descriptor ep_desc = {
    .bLength = 7,
    .bDescriptorType = USB_DT_ENDPOINT,
    .bEndpointAddress = 0x01,   // OUT端点
    .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_ISOC | USB_ENDPOINT_SYNC_ADAPTIVE,
    .wMaxPacketSize = 1024,     // 每帧最大字节数
    .bInterval = 0x01,
};

7. 调试与兼容性

工具推荐：
- USB协议分析仪（如Wireshark + USB捕获硬件）。
- USB-IF官方测试工具（USB Command Verifier）。
兼容性注意：
- Windows/macOS/Linux对UAC的支持差异（如UAC2.0需特定驱动）。
- 确保描述符严格符合规范，避免枚举失败。

通过以上数据格式的配置与解析，开发者可实现符合UAC标准的USB音频设备，确保与主机系统的兼容性和高性能音频传输。详细规范可参考USB-IF发布的 《USB Audio Class Specification》。