git.sesse.net Git - nageru/blob - decklink_capture.cpp

   1 #include "decklink_capture.h"
   2
   3 #include <DeckLinkAPI.h>
   4 #include <DeckLinkAPIConfiguration.h>
   5 #include <DeckLinkAPIDiscovery.h>
   6 #include <DeckLinkAPIModes.h>
   7 #include <assert.h>
   8 #ifdef __SSE2__
   9 #include <immintrin.h>
  10 #endif
  11 #include <stdint.h>
  12 #include <stdio.h>
  13 #include <stdlib.h>
  14 #include <string.h>
  15 #include <cstdint>
  16 #include <utility>
  17 #include <vector>
  18
  19 #include "bmusb/bmusb.h"
  20
  21 #define FRAME_SIZE (8 << 20)  // 8 MB.
  22
  23 using namespace std;
  24 using namespace std::placeholders;
  25 using namespace bmusb;
  26
  27 namespace {
  28
  29 // TODO: Support stride.
  30 void memcpy_interleaved(uint8_t *dest1, uint8_t *dest2, const uint8_t *src, size_t n)
  31 {
  32         assert(n % 2 == 0);
  33         uint8_t *dptr1 = dest1;
  34         uint8_t *dptr2 = dest2;
  35
  36         for (size_t i = 0; i < n; i += 2) {
  37                 *dptr1++ = *src++;
  38                 *dptr2++ = *src++;
  39         }
  40 }
  41
  42 #ifdef __SSE2__
  43
  44 // Returns the number of bytes consumed.
  45 size_t memcpy_interleaved_fastpath(uint8_t *dest1, uint8_t *dest2, const uint8_t *src, size_t n)
  46 {
  47         const uint8_t *limit = src + n;
  48         size_t consumed = 0;
  49
  50         // Align end to 32 bytes.
  51         limit = (const uint8_t *)(intptr_t(limit) & ~31);
  52
  53         if (src >= limit) {
  54                 return 0;
  55         }
  56
  57         // Process [0,31] bytes, such that start gets aligned to 32 bytes.
  58         const uint8_t *aligned_src = (const uint8_t *)(intptr_t(src + 31) & ~31);
  59         if (aligned_src != src) {
  60                 size_t n2 = aligned_src - src;
  61                 memcpy_interleaved(dest1, dest2, src, n2);
  62                 dest1 += n2 / 2;
  63                 dest2 += n2 / 2;
  64                 if (n2 % 2) {
  65                         swap(dest1, dest2);
  66                 }
  67                 src = aligned_src;
  68                 consumed += n2;
  69         }
  70
  71         // Make the length a multiple of 64.
  72         if (((limit - src) % 64) != 0) {
  73                 limit -= 32;
  74         }
  75         assert(((limit - src) % 64) == 0);
  76
  77 #if __AVX2__
  78         const __m256i * __restrict in = (const __m256i *)src;
  79         __m256i * __restrict out1 = (__m256i *)dest1;
  80         __m256i * __restrict out2 = (__m256i *)dest2;
  81
  82         __m256i shuffle_cw = _mm256_set_epi8(
  83                 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2, 0,
  84                 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2, 0);
  85         while (in < (const __m256i *)limit) {
  86                 // Note: For brevity, comments show lanes as if they were 2x64-bit (they're actually 2x128).
  87                 __m256i data1 = _mm256_stream_load_si256(in);         // AaBbCcDd EeFfGgHh
  88                 __m256i data2 = _mm256_stream_load_si256(in + 1);     // IiJjKkLl MmNnOoPp
  89
  90                 data1 = _mm256_shuffle_epi8(data1, shuffle_cw);       // ABCDabcd EFGHefgh
  91                 data2 = _mm256_shuffle_epi8(data2, shuffle_cw);       // IJKLijkl MNOPmnop
  92
  93                 data1 = _mm256_permute4x64_epi64(data1, 0b11011000);  // ABCDEFGH abcdefgh
  94                 data2 = _mm256_permute4x64_epi64(data2, 0b11011000);  // IJKLMNOP ijklmnop
  95
  96                 __m256i lo = _mm256_permute2x128_si256(data1, data2, 0b00100000);
  97                 __m256i hi = _mm256_permute2x128_si256(data1, data2, 0b00110001);
  98
  99                 _mm256_storeu_si256(out1, lo);
 100                 _mm256_storeu_si256(out2, hi);
 101
 102                 in += 2;
 103                 ++out1;
 104                 ++out2;
 105                 consumed += 64;
 106         }
 107 #else
 108         const __m128i * __restrict in = (const __m128i *)src;
 109         __m128i * __restrict out1 = (__m128i *)dest1;
 110         __m128i * __restrict out2 = (__m128i *)dest2;
 111
 112         __m128i mask_lower_byte = _mm_set1_epi16(0x00ff);
 113         while (in < (const __m128i *)limit) {
 114                 __m128i data1 = _mm_load_si128(in);
 115                 __m128i data2 = _mm_load_si128(in + 1);
 116                 __m128i data1_lo = _mm_and_si128(data1, mask_lower_byte);
 117                 __m128i data2_lo = _mm_and_si128(data2, mask_lower_byte);
 118                 __m128i data1_hi = _mm_srli_epi16(data1, 8);
 119                 __m128i data2_hi = _mm_srli_epi16(data2, 8);
 120                 __m128i lo = _mm_packus_epi16(data1_lo, data2_lo);
 121                 _mm_storeu_si128(out1, lo);
 122                 __m128i hi = _mm_packus_epi16(data1_hi, data2_hi);
 123                 _mm_storeu_si128(out2, hi);
 124
 125                 in += 2;
 126                 ++out1;
 127                 ++out2;
 128                 consumed += 32;
 129         }
 130 #endif
 131
 132         return consumed;
 133 }
 134
 135 #endif  // __SSE2__
 136
 137 }  // namespace
 138
 139 DeckLinkCapture::DeckLinkCapture(IDeckLink *card, int card_index)
 140         : card_index(card_index), card(card)
 141 {
 142         {
 143                 const char *model_name;
 144                 char buf[256];
 145                 if (card->GetModelName(&model_name) == S_OK) {
 146                         snprintf(buf, sizeof(buf), "PCI card %d: %s", card_index, model_name);
 147                 } else {
 148                         snprintf(buf, sizeof(buf), "PCI card %d: Unknown DeckLink card", card_index);
 149                 }
 150                 description = buf;
 151         }
 152
 153         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkInput, (void**)&input) != S_OK) {
 154                 fprintf(stderr, "Card %d has no inputs\n", card_index);
 155                 exit(1);
 156         }
 157
 158         IDeckLinkAttributes *attr;
 159         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkAttributes, (void**)&attr) != S_OK) {
 160                 fprintf(stderr, "Card %d has no attributes\n", card_index);
 161                 exit(1);
 162         }
 163
 164         // Get the list of available video inputs.
 165         int64_t video_input_mask;
 166         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkVideoInputConnections, &video_input_mask) != S_OK) {
 167                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate video inputs for card %d\n", card_index);
 168                 exit(1);
 169         }
 170         const vector<pair<BMDVideoConnection, string>> video_input_types = {
 171                 { bmdVideoConnectionSDI, "SDI" },
 172                 { bmdVideoConnectionHDMI, "HDMI" },
 173                 { bmdVideoConnectionOpticalSDI, "Optical SDI" },
 174                 { bmdVideoConnectionComponent, "Component" },
 175                 { bmdVideoConnectionComposite, "Composite" },
 176                 { bmdVideoConnectionSVideo, "S-Video" }
 177         };
 178         for (const auto &video_input : video_input_types) {
 179                 if (video_input_mask & video_input.first) {
 180                         video_inputs.emplace(video_input.first, video_input.second);
 181                 }
 182         }
 183
 184         // And then the available audio inputs.
 185         int64_t audio_input_mask;
 186         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkAudioInputConnections, &audio_input_mask) != S_OK) {
 187                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate audio inputs for card %d\n", card_index);
 188                 exit(1);
 189         }
 190         const vector<pair<BMDAudioConnection, string>> audio_input_types = {
 191                 { bmdAudioConnectionEmbedded, "Embedded" },
 192                 { bmdAudioConnectionAESEBU, "AES/EBU" },
 193                 { bmdAudioConnectionAnalog, "Analog" },
 194                 { bmdAudioConnectionAnalogXLR, "Analog XLR" },
 195                 { bmdAudioConnectionAnalogRCA, "Analog RCA" },
 196                 { bmdAudioConnectionMicrophone, "Microphone" },
 197                 { bmdAudioConnectionHeadphones, "Headphones" }
 198         };
 199         for (const auto &audio_input : audio_input_types) {
 200                 if (audio_input_mask & audio_input.first) {
 201                         audio_inputs.emplace(audio_input.first, audio_input.second);
 202                 }
 203         }
 204
 205         attr->Release();
 206
 207         /* Set up the video and audio sources. */
 208         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkConfiguration, (void**)&config) != S_OK) {
 209                 fprintf(stderr, "Failed to get configuration interface for card %d\n", card_index);
 210                 exit(1);
 211         }
 212
 213         set_video_input(bmdVideoConnectionHDMI);
 214         set_audio_input(bmdAudioConnectionEmbedded);
 215
 216         IDeckLinkDisplayModeIterator *mode_it;
 217         if (input->GetDisplayModeIterator(&mode_it) != S_OK) {
 218                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate display modes for card %d\n", card_index);
 219                 exit(1);
 220         }
 221
 222         for (IDeckLinkDisplayMode *mode_ptr; mode_it->Next(&mode_ptr) == S_OK; mode_ptr->Release()) {
 223                 VideoMode mode;
 224
 225                 const char *mode_name;
 226                 if (mode_ptr->GetName(&mode_name) != S_OK) {
 227                         mode.name = "Unknown mode";
 228                 } else {
 229                         mode.name = mode_name;
 230                 }
 231
 232                 mode.autodetect = false;
 233
 234                 mode.width = mode_ptr->GetWidth();
 235                 mode.height = mode_ptr->GetHeight();
 236
 237                 BMDTimeScale frame_rate_num;
 238                 BMDTimeValue frame_rate_den;
 239                 if (mode_ptr->GetFrameRate(&frame_rate_den, &frame_rate_num) != S_OK) {
 240                         fprintf(stderr, "Could not get frame rate for mode '%s' on card %d\n", mode.name.c_str(), card_index);
 241                         exit(1);
 242                 }
 243                 mode.frame_rate_num = frame_rate_num;
 244                 mode.frame_rate_den = frame_rate_den;
 245
 246                 // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 247                 mode.interlaced = (mode_ptr->GetFieldDominance() == bmdLowerFieldFirst || mode_ptr->GetFieldDominance() == bmdUpperFieldFirst);
 248
 249                 uint32_t id = mode_ptr->GetDisplayMode();
 250                 video_modes.insert(make_pair(id, mode));
 251         }
 252
 253         set_video_mode_no_restart(bmdModeHD720p5994);
 254
 255         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 256                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 257                 exit(1);
 258         }
 259
 260         input->SetCallback(this);
 261 }
 262
 263 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 264 {
 265         if (has_dequeue_callbacks) {
 266                 dequeue_cleanup_callback();
 267         }
 268         input->Release();
 269         config->Release();
 270         card->Release();
 271 }
 272
 273 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 274 {
 275         return E_NOINTERFACE;
 276 }
 277
 278 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 279 {
 280         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 281 }
 282
 283 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 284 {
 285         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 286         if (new_ref == 0)
 287                 delete this;
 288         return new_ref;
 289 }
 290
 291 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 292         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 293         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 294         BMDDetectedVideoInputFormatFlags)
 295 {
 296         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 297                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 298                 exit(1);
 299         }
 300         return S_OK;
 301 }
 302
 303 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 304         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 305         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 306 {
 307         if (!done_init) {
 308                 if (has_dequeue_callbacks) {
 309                         dequeue_init_callback();
 310                 }
 311                 done_init = true;
 312         }
 313
 314         FrameAllocator::Frame current_video_frame, current_audio_frame;
 315         VideoFormat video_format;
 316         AudioFormat audio_format;
 317
 318         video_format.frame_rate_nom = time_scale;
 319         video_format.frame_rate_den = frame_duration;
 320
 321         if (video_frame) {
 322                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 323
 324                 int width = video_frame->GetWidth();
 325                 int height = video_frame->GetHeight();
 326                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 327                 assert(stride == width * 2);
 328
 329                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 330                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 331                         const uint8_t *frame_bytes;
 332                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 333
 334                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 335                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 336                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 337 #ifdef __SSE2__
 338                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 339                         frame_bytes += consumed;
 340                         data += consumed / 2;
 341                         data2 += consumed / 2;
 342                         if (num_bytes % 2) {
 343                                 swap(data, data2);
 344                         }
 345                         current_video_frame.len += consumed;
 346                         num_bytes -= consumed;
 347 #endif
 348
 349                         if (num_bytes > 0) {
 350                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 351                         }
 352                         current_video_frame.len += num_bytes;
 353
 354                         video_format.width = width;
 355                         video_format.height = height;
 356                 }
 357         }
 358
 359         if (audio_frame) {
 360                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 361
 362                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 363                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 364                         const uint8_t *frame_bytes;
 365                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 366                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 367
 368                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 369
 370                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 371                         audio_format.num_channels = 2;
 372                 }
 373         }
 374
 375         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 376                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 377                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 378                 frame_callback(timecode,
 379                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 380                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 381         }
 382
 383         timecode++;
 384         return S_OK;
 385 }
 386
 387 void DeckLinkCapture::configure_card()
 388 {
 389         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 390                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 391                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 392         }
 393         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 394                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 395                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 396         }
 397 }
 398
 399 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 400 {
 401         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 402                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 403                 exit(1);
 404         }
 405 }
 406
 407 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 408 {
 409         if (input->StopStreams() != S_OK) {
 410                 fprintf(stderr, "StopStreams failed\n");
 411                 exit(1);
 412         }
 413 }
 414
 415 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 416 {
 417         if (input->StopStreams() != S_OK) {
 418                 fprintf(stderr, "StopStreams failed\n");
 419                 exit(1);
 420         }
 421
 422         set_video_mode_no_restart(video_mode_id);
 423
 424         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 425                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 426                 exit(1);
 427         }
 428 }
 429
 430 void DeckLinkCapture::set_video_mode_no_restart(uint32_t video_mode_id)
 431 {
 432         BMDDisplayModeSupport support;
 433         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 434         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 435                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 436                 exit(1);
 437         }
 438
 439         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 440                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 441                 exit(1);
 442         }
 443
 444         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 445                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 446                 exit(1);
 447         }
 448
 449         if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 450                 fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", video_mode_id, card_index);
 451                 exit(1);
 452         }
 453
 454         current_video_mode = video_mode_id;
 455 }
 456
 457 void DeckLinkCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 458 {
 459         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, video_input_id) != S_OK) {
 460                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 461                 exit(1);
 462         }
 463
 464         current_video_input = video_input_id;
 465 }
 466
 467 void DeckLinkCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 468 {
 469         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, audio_input_id) != S_OK) {
 470                 fprintf(stderr, "Failed to set audio input connection for card %d\n", card_index);
 471                 exit(1);
 472         }
 473
 474         current_audio_input = audio_input_id;
 475 }