USB Audio Class （UAC）音频解读规范

前言

USB 音频非常流行，原因之一是USB Audio 是USB 标准的一部分，因此原生模式驱动程序可用于所有流程的操作系统(Win Linux Mac)。USB 音频是一种灵活的解决方案，因为任何PC都提供USB接口。

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提示：以下是本篇文章正文内容

一、USB Audio Class ？

USB Audio Class，USB音频类，一个像USB这样的通用数据接口，可以有很多种实现数字音频数据传输的方式。不同的开发者可以根据自己的喜好和需求，定义任意的控制方式，传输模式，音频格式等等参数。

USB非常适合作为以PC为平台的音频（包括语音和音乐等）传输协议，而基于PC的电话系统从一开始就是USB接口发展的重要考量和推动力。从另一方面来说，USB接口拥有远远高于音频需求的带宽，可以传输极高品质（高采样率，高编码率，多声道）的音频数据。因此，例如电话，音乐回放，录音等音频功能都可以很容易在USB接口实现。

----- 摘录于百度百科

UAC是USB Audio Class的缩写，应用场景一般有会议宝、耳机、麦克风等设备。UAC分为UAC1.0和UAC2.0，由于UAC2.0，在windows上兼容性不好，在产品中，会带来各种坑，所以一般选择UAC1.0

二、USB Device Class Definition for Audio Devices

理论上，一个像USB这样的通用数据接口，可以有很多种实现数字音频数据传输的方式。不同的开发者可以根据自己的喜好和需求，定义任意的控制方式，传输模式，音频格式等等参数。但是，从市场和工业开发考虑，定义一个被不同开发者认可，高质量的，并且被标准化的音频传输机制是非常必要的。只有这样，才有可能使可能在USB上连接的不同音频设备保持最大的兼容性。标准化的传输机制，同样可以使软件驱动尽可能保持通用和简洁。而USB音频类（Audio Device Class）就是为了满足以上要求而定义。USB音频类包括了所有和USB接口兼容的音频流和音频控制功能，甚至包括使用模拟音源，利用USB接口作为控制接口的设备也被归入USB音频类设备。

----- 摘录于百度百科

因此UAC规范就应运而生了。协议的介绍可以参考 UAC规范（USB音频），协议这个东西理论上得多看几遍。才能够理解相关的一些细节。 看协议的过程中一般要经历过

1. "这个是什么意思?" 代表目前的知识储备还不够多，很多概念不能够结合上下文理解，这就需要补充一些相关基础和理论知识点了。
2. "哇，原来是这样啊" 有种恍然大悟的感觉，代表相关知识点初步掌握来
3. "靠，这问题怎么还存在呢” 明明已经理解了这个知识点，理论上应该没问题的。代表实践过程中忽略了某些细节，还需要看一些协议的细节来完善之前的理解，才能够做到融会贯通。
4. "问题重于解决了” 武功融会贯通，打通自身经脉，可以入门深造了。

1. UAC 速率

• 目前 UAC1.0 spec 规定每隔1ms 可以发送一笔数据， High speed 下单笔数据是1024Byte, 因此最大为 （1024 x 8 x 1000 ）bit/s
  理论上UAC1.0 支持 2 ch * 32 bit * 96000 Hz rate = 6144000 = 6144000 bit/s 或者 768 Byte /ms 这也符合 1024 字节的限制。

• UAC2.0 spec 是可以每隔125us 发送一笔数据， High speed 下标准为单笔数据是1024Byte, 因此最大为 （1024 x 8 x 1000 x 8 ）bit/s
  最大情况： 单次可以发送 3 笔数据， 所以为（1024 x 8 x 1000 x 8 x 3）bit/s

2. 描述符

对于需要从事USB开发的程序员来说，熟悉USB描述符是第一步也是很重要的一步。通过这篇文章可以针对描述符有个清楚的认识。USB定义的各种描述符有那些功能

• 每一个USB设备只有一个设备描述符，主要向主机说明设备类型、端点0最大包长、设备版本、配置数量等等。协议中是怎么描述设备描述符的呢 ?

//通过 UsbTreeView 工具查看一款带有UAC功能的音箱中的描述符 
  ---------------------- Device Descriptor ----------------------
bLength                  : 0x12 (18 bytes)
bDescriptorType          : 0x01 (Device Descriptor)
bcdUSB                   : 0x200 (USB Version 2.00)
bDeviceClass             : 0x00 (defined by the interface descriptors)
bDeviceSubClass          : 0x00
bDeviceProtocol          : 0x00
bMaxPacketSize0          : 0x40 (64 bytes)
idVendor                 : 0x12D1 (Huawei Technologies Co., Ltd.)
idProduct                : 0x0206
bcdDevice                : 0x0100
iManufacturer            : 0x01 (String Descriptor 1)
 Language 0x0409         : "bestechnic"
iProduct                 : 0x02 (String Descriptor 2)
 Language 0x0409         : "HUAWEI Sound Joy"
iSerialNumber            : 0x03 (String Descriptor 3)
 Language 0x0409         : "20160406.1"
bNumConfigurations       : 0x01 (1 Configuration)
Data (HexDump)           : 12 01 00 02 00 00 00 40 D1 12 06 02 00 01 01 02   .......@........
                           03 01                                             ..

• 每一个USB设备至少有一个或者多个配置描述符，但是主机同一时间只能选择某一种配置，标准配置描述符主要向主机描述当前配置下的设备属性、所需电流、支持的接口数、配置描述符集合长度等等。

    ------------------ Configuration Descriptor -------------------
bLength                  : 0x09 (9 bytes)
bDescriptorType          : 0x02 (Configuration Descriptor)
wTotalLength             : 0x00E5 (229 bytes)
bNumInterfaces           : 0x04 (4 Interfaces)
bConfigurationValue      : 0x01 (Configuration 1)
iConfiguration           : 0x00 (No String Descriptor)
bmAttributes             : 0xA0
 D7: Reserved, set 1     : 0x01
 D6: Self Powered        : 0x00 (no)
 D5: Remote Wakeup       : 0x01 (yes)
 D4..0: Reserved, set 0  : 0x00
MaxPower                 : 0x32 (100 mA)
Data (HexDump)           : 09 02 E5 00 04 01 00 A0 32 09 04 00 00 00 01 01   ........2.......
                           00 00 0A 24 01 00 01 52 00 02 01 02 0C 24 02 01   ...$...R.....$..
                           01 02 00 04 0F 00 00 00 11 24 06 02 01 02 03 00   .........$......
                           00 00 00 00 00 00 00 00 00 09 24 03 03 01 01 00   ..........$.....
                           02 00 0C 24 02 04 01 01 00 02 03 00 00 00 0D 24   ...$...........$
                           06 05 04 02 03 00 00 00 00 00 00 09 24 03 06 01   ............$...
                           03 00 05 00 09 04 01 00 00 01 02 00 00 09 04 01   ................
                           01 01 01 02 00 00 07 24 01 03 00 01 00 0B 24 02   .......$......$.
                           01 04 02 10 01 80 3E 00 09 05 83 0D 80 00 01 00   ......>.........
                           00 07 25 01 00 00 00 00 09 04 02 00 00 01 02 00   ..%.............
                           00 09 04 02 01 01 01 02 00 00 07 24 01 04 00 01   ...........$....
                           00 0B 24 02 01 02 02 10 01 80 BB 00 09 05 03 0D   ..$.............
                           C0 00 01 00 00 07 25 01 00 00 00 00 09 04 03 00   ......%.........
                           01 03 00 00 00 09 21 11 01 00 01 22 4B 00 07 05   ......!...."K...
                           84 03 03 00 04                                    .....

• 每一个USB配置下至少有一个或者多个接口描述符，接口描述符主要说明设备类型、此接口下使用的端点数（不包括0号号端点），一个接口就是实现一种功能，实现这种功能可能需要端点0就够了，可能还需要其它的端点配合

        ---------------- Interface Descriptor -----------------
bLength                  : 0x09 (9 bytes)
bDescriptorType          : 0x04 (Interface Descriptor)
bInterfaceNumber         : 0x00
bAlternateSetting        : 0x00
bNumEndpoints            : 0x00 (Default Control Pipe only)
bInterfaceClass          : 0x01 (Audio)
bInterfaceSubClass       : 0x01 (Audio Control)
bInterfaceProtocol       : 0x00
iInterface               : 0x00 (No String Descriptor)
Data (HexDump)           : 09 04 00 00 00 01 01 00 00                        .........

//TODO