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 <chrono>
  16 #include <cstdint>
  17 #include <utility>
  18 #include <vector>
  19
  20 #include "bmusb/bmusb.h"
  21 #include "decklink_util.h"
  22
  23 #define FRAME_SIZE (8 << 20)  // 8 MB.
  24
  25 using namespace std;
  26 using namespace std::chrono;
  27 using namespace std::placeholders;
  28 using namespace bmusb;
  29
  30 namespace {
  31
  32 // TODO: Support stride.
  33 void memcpy_interleaved(uint8_t *dest1, uint8_t *dest2, const uint8_t *src, size_t n)
  34 {
  35         assert(n % 2 == 0);
  36         uint8_t *dptr1 = dest1;
  37         uint8_t *dptr2 = dest2;
  38
  39         for (size_t i = 0; i < n; i += 2) {
  40                 *dptr1++ = *src++;
  41                 *dptr2++ = *src++;
  42         }
  43 }
  44
  45 #ifdef __SSE2__
  46
  47 // Returns the number of bytes consumed.
  48 size_t memcpy_interleaved_fastpath(uint8_t *dest1, uint8_t *dest2, const uint8_t *src, size_t n)
  49 {
  50         const uint8_t *limit = src + n;
  51         size_t consumed = 0;
  52
  53         // Align end to 32 bytes.
  54         limit = (const uint8_t *)(intptr_t(limit) & ~31);
  55
  56         if (src >= limit) {
  57                 return 0;
  58         }
  59
  60         // Process [0,31] bytes, such that start gets aligned to 32 bytes.
  61         const uint8_t *aligned_src = (const uint8_t *)(intptr_t(src + 31) & ~31);
  62         if (aligned_src != src) {
  63                 size_t n2 = aligned_src - src;
  64                 memcpy_interleaved(dest1, dest2, src, n2);
  65                 dest1 += n2 / 2;
  66                 dest2 += n2 / 2;
  67                 if (n2 % 2) {
  68                         swap(dest1, dest2);
  69                 }
  70                 src = aligned_src;
  71                 consumed += n2;
  72         }
  73
  74         // Make the length a multiple of 64.
  75         if (((limit - src) % 64) != 0) {
  76                 limit -= 32;
  77         }
  78         assert(((limit - src) % 64) == 0);
  79
  80 #if __AVX2__
  81         const __m256i * __restrict in = (const __m256i *)src;
  82         __m256i * __restrict out1 = (__m256i *)dest1;
  83         __m256i * __restrict out2 = (__m256i *)dest2;
  84
  85         __m256i shuffle_cw = _mm256_set_epi8(
  86                 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2, 0,
  87                 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2, 0);
  88         while (in < (const __m256i *)limit) {
  89                 // Note: For brevity, comments show lanes as if they were 2x64-bit (they're actually 2x128).
  90                 __m256i data1 = _mm256_stream_load_si256(in);         // AaBbCcDd EeFfGgHh
  91                 __m256i data2 = _mm256_stream_load_si256(in + 1);     // IiJjKkLl MmNnOoPp
  92
  93                 data1 = _mm256_shuffle_epi8(data1, shuffle_cw);       // ABCDabcd EFGHefgh
  94                 data2 = _mm256_shuffle_epi8(data2, shuffle_cw);       // IJKLijkl MNOPmnop
  95
  96                 data1 = _mm256_permute4x64_epi64(data1, 0b11011000);  // ABCDEFGH abcdefgh
  97                 data2 = _mm256_permute4x64_epi64(data2, 0b11011000);  // IJKLMNOP ijklmnop
  98
  99                 __m256i lo = _mm256_permute2x128_si256(data1, data2, 0b00100000);
 100                 __m256i hi = _mm256_permute2x128_si256(data1, data2, 0b00110001);
 101
 102                 _mm256_storeu_si256(out1, lo);
 103                 _mm256_storeu_si256(out2, hi);
 104
 105                 in += 2;
 106                 ++out1;
 107                 ++out2;
 108                 consumed += 64;
 109         }
 110 #else
 111         const __m128i * __restrict in = (const __m128i *)src;
 112         __m128i * __restrict out1 = (__m128i *)dest1;
 113         __m128i * __restrict out2 = (__m128i *)dest2;
 114
 115         __m128i mask_lower_byte = _mm_set1_epi16(0x00ff);
 116         while (in < (const __m128i *)limit) {
 117                 __m128i data1 = _mm_load_si128(in);
 118                 __m128i data2 = _mm_load_si128(in + 1);
 119                 __m128i data1_lo = _mm_and_si128(data1, mask_lower_byte);
 120                 __m128i data2_lo = _mm_and_si128(data2, mask_lower_byte);
 121                 __m128i data1_hi = _mm_srli_epi16(data1, 8);
 122                 __m128i data2_hi = _mm_srli_epi16(data2, 8);
 123                 __m128i lo = _mm_packus_epi16(data1_lo, data2_lo);
 124                 _mm_storeu_si128(out1, lo);
 125                 __m128i hi = _mm_packus_epi16(data1_hi, data2_hi);
 126                 _mm_storeu_si128(out2, hi);
 127
 128                 in += 2;
 129                 ++out1;
 130                 ++out2;
 131                 consumed += 32;
 132         }
 133 #endif
 134
 135         return consumed;
 136 }
 137
 138 #endif  // __SSE2__
 139
 140 }  // namespace
 141
 142 DeckLinkCapture::DeckLinkCapture(IDeckLink *card, int card_index)
 143         : card_index(card_index), card(card)
 144 {
 145         {
 146                 const char *model_name;
 147                 char buf[256];
 148                 if (card->GetModelName(&model_name) == S_OK) {
 149                         snprintf(buf, sizeof(buf), "PCI card %d: %s", card_index, model_name);
 150                 } else {
 151                         snprintf(buf, sizeof(buf), "PCI card %d: Unknown DeckLink card", card_index);
 152                 }
 153                 description = buf;
 154         }
 155
 156         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkInput, (void**)&input) != S_OK) {
 157                 fprintf(stderr, "Card %d has no inputs\n", card_index);
 158                 exit(1);
 159         }
 160
 161         IDeckLinkAttributes *attr;
 162         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkAttributes, (void**)&attr) != S_OK) {
 163                 fprintf(stderr, "Card %d has no attributes\n", card_index);
 164                 exit(1);
 165         }
 166
 167         // Get the list of available video inputs.
 168         int64_t video_input_mask;
 169         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkVideoInputConnections, &video_input_mask) != S_OK) {
 170                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate video inputs for card %d\n", card_index);
 171                 exit(1);
 172         }
 173         const vector<pair<BMDVideoConnection, string>> video_input_types = {
 174                 { bmdVideoConnectionSDI, "SDI" },
 175                 { bmdVideoConnectionHDMI, "HDMI" },
 176                 { bmdVideoConnectionOpticalSDI, "Optical SDI" },
 177                 { bmdVideoConnectionComponent, "Component" },
 178                 { bmdVideoConnectionComposite, "Composite" },
 179                 { bmdVideoConnectionSVideo, "S-Video" }
 180         };
 181         for (const auto &video_input : video_input_types) {
 182                 if (video_input_mask & video_input.first) {
 183                         video_inputs.emplace(video_input.first, video_input.second);
 184                 }
 185         }
 186
 187         // And then the available audio inputs.
 188         int64_t audio_input_mask;
 189         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkAudioInputConnections, &audio_input_mask) != S_OK) {
 190                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate audio inputs for card %d\n", card_index);
 191                 exit(1);
 192         }
 193         const vector<pair<BMDAudioConnection, string>> audio_input_types = {
 194                 { bmdAudioConnectionEmbedded, "Embedded" },
 195                 { bmdAudioConnectionAESEBU, "AES/EBU" },
 196                 { bmdAudioConnectionAnalog, "Analog" },
 197                 { bmdAudioConnectionAnalogXLR, "Analog XLR" },
 198                 { bmdAudioConnectionAnalogRCA, "Analog RCA" },
 199                 { bmdAudioConnectionMicrophone, "Microphone" },
 200                 { bmdAudioConnectionHeadphones, "Headphones" }
 201         };
 202         for (const auto &audio_input : audio_input_types) {
 203                 if (audio_input_mask & audio_input.first) {
 204                         audio_inputs.emplace(audio_input.first, audio_input.second);
 205                 }
 206         }
 207
 208         attr->Release();
 209
 210         /* Set up the video and audio sources. */
 211         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkConfiguration, (void**)&config) != S_OK) {
 212                 fprintf(stderr, "Failed to get configuration interface for card %d\n", card_index);
 213                 exit(1);
 214         }
 215
 216         set_video_input(bmdVideoConnectionHDMI);
 217         set_audio_input(bmdAudioConnectionEmbedded);
 218
 219         IDeckLinkDisplayModeIterator *mode_it;
 220         if (input->GetDisplayModeIterator(&mode_it) != S_OK) {
 221                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate display modes for card %d\n", card_index);
 222                 exit(1);
 223         }
 224
 225         video_modes = summarize_video_modes(mode_it, card_index);
 226         mode_it->Release();
 227
 228         set_video_mode_no_restart(bmdModeHD720p5994);
 229
 230         input->SetCallback(this);
 231 }
 232
 233 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 234 {
 235         if (has_dequeue_callbacks) {
 236                 dequeue_cleanup_callback();
 237         }
 238         input->Release();
 239         config->Release();
 240         card->Release();
 241 }
 242
 243 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 244 {
 245         return E_NOINTERFACE;
 246 }
 247
 248 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 249 {
 250         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 251 }
 252
 253 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 254 {
 255         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 256         if (new_ref == 0)
 257                 delete this;
 258         return new_ref;
 259 }
 260
 261 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 262         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 263         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 264         BMDDetectedVideoInputFormatFlags)
 265 {
 266         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 267                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 268                 exit(1);
 269         }
 270         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 271         return S_OK;
 272 }
 273
 274 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 275         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 276         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 277 {
 278         if (!done_init) {
 279                 if (has_dequeue_callbacks) {
 280                         dequeue_init_callback();
 281                 }
 282                 done_init = true;
 283         }
 284
 285         FrameAllocator::Frame current_video_frame, current_audio_frame;
 286         VideoFormat video_format;
 287         AudioFormat audio_format;
 288
 289         video_format.frame_rate_nom = time_scale;
 290         video_format.frame_rate_den = frame_duration;
 291         // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 292         video_format.interlaced = (field_dominance == bmdLowerFieldFirst || field_dominance == bmdUpperFieldFirst);
 293         video_format.second_field_start = 1;
 294
 295         if (video_frame) {
 296                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 297
 298                 int width = video_frame->GetWidth();
 299                 int height = video_frame->GetHeight();
 300                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 301                 assert(stride == width * 2);
 302
 303                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 304                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 305                         const uint8_t *frame_bytes;
 306                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 307
 308                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 309                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 310                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 311 #ifdef __SSE2__
 312                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 313                         frame_bytes += consumed;
 314                         data += consumed / 2;
 315                         data2 += consumed / 2;
 316                         if (num_bytes % 2) {
 317                                 swap(data, data2);
 318                         }
 319                         current_video_frame.len += consumed;
 320                         num_bytes -= consumed;
 321 #endif
 322
 323                         if (num_bytes > 0) {
 324                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 325                         }
 326                         current_video_frame.len += num_bytes;
 327
 328                         video_format.width = width;
 329                         video_format.height = height;
 330
 331                         current_video_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 332                 }
 333         }
 334
 335         if (audio_frame) {
 336                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 337
 338                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 339                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 340                         const uint8_t *frame_bytes;
 341                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 342                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 343
 344                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 345
 346                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 347                         audio_format.num_channels = 2;
 348
 349                         current_audio_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 350                 }
 351         }
 352
 353         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 354                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 355                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 356                 frame_callback(timecode,
 357                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 358                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 359         }
 360
 361         timecode++;
 362         return S_OK;
 363 }
 364
 365 void DeckLinkCapture::configure_card()
 366 {
 367         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 368                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 369                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 370         }
 371         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 372                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 373                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 374         }
 375 }
 376
 377 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 378 {
 379         if (running) {
 380                 return;
 381         }
 382         if (input->EnableVideoInput(current_video_mode, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 383                 fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", current_video_mode, card_index);
 384                 exit(1);
 385         }
 386         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 387                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 388                 exit(1);
 389         }
 390
 391         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 392                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 393                 exit(1);
 394         }
 395         running = true;
 396 }
 397
 398 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 399 {
 400         if (!running) {
 401                 return;
 402         }
 403         HRESULT result = input->StopStreams();
 404         if (result != S_OK) {
 405                 fprintf(stderr, "StopStreams failed with error 0x%x\n", result);
 406                 exit(1);
 407         }
 408         if (input->DisableVideoInput() != S_OK) {
 409                 fprintf(stderr, "Failed to disable video input for card %d\n", card_index);
 410                 exit(1);
 411         }
 412         if (input->DisableAudioInput() != S_OK) {
 413                 fprintf(stderr, "Failed to disable audio input for card %d\n", card_index);
 414                 exit(1);
 415         }
 416         running = false;
 417 }
 418
 419 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 420 {
 421         if (input->StopStreams() != S_OK) {
 422                 fprintf(stderr, "StopStreams failed\n");
 423                 exit(1);
 424         }
 425
 426         set_video_mode_no_restart(video_mode_id);
 427
 428         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 429                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 430                 exit(1);
 431         }
 432 }
 433
 434 void DeckLinkCapture::set_video_mode_no_restart(uint32_t video_mode_id)
 435 {
 436         BMDDisplayModeSupport support;
 437         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 438         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 439                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 440                 exit(1);
 441         }
 442
 443         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 444                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 445                 exit(1);
 446         }
 447
 448         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 449                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 450                 exit(1);
 451         }
 452
 453         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 454
 455         if (running) {
 456                 if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 457                         fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", video_mode_id, card_index);
 458                         exit(1);
 459                 }
 460         }
 461
 462         current_video_mode = video_mode_id;
 463 }
 464
 465 void DeckLinkCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 466 {
 467         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, video_input_id) != S_OK) {
 468                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 469                 exit(1);
 470         }
 471
 472         current_video_input = video_input_id;
 473 }
 474
 475 void DeckLinkCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 476 {
 477         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, audio_input_id) != S_OK) {
 478                 fprintf(stderr, "Failed to set audio input connection for card %d\n", card_index);
 479                 exit(1);
 480         }
 481
 482         current_audio_input = audio_input_id;
 483 }