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

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