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