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         BMDVideoConnection connection = pick_default_video_connection(card, BMDDeckLinkVideoInputConnections, card_index);
 217
 218         set_video_input(connection);
 219         set_audio_input(bmdAudioConnectionEmbedded);
 220
 221         IDeckLinkDisplayModeIterator *mode_it;
 222         if (input->GetDisplayModeIterator(&mode_it) != S_OK) {
 223                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate display modes for card %d\n", card_index);
 224                 exit(1);
 225         }
 226
 227         video_modes = summarize_video_modes(mode_it, card_index);
 228         mode_it->Release();
 229
 230         set_video_mode_no_restart(bmdModeHD720p5994);
 231
 232         input->SetCallback(this);
 233 }
 234
 235 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 236 {
 237         if (has_dequeue_callbacks) {
 238                 dequeue_cleanup_callback();
 239         }
 240         input->Release();
 241         config->Release();
 242         card->Release();
 243 }
 244
 245 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 246 {
 247         return E_NOINTERFACE;
 248 }
 249
 250 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 251 {
 252         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 253 }
 254
 255 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 256 {
 257         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 258         if (new_ref == 0)
 259                 delete this;
 260         return new_ref;
 261 }
 262
 263 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 264         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 265         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 266         BMDDetectedVideoInputFormatFlags)
 267 {
 268         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 269                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 270                 exit(1);
 271         }
 272         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 273         return S_OK;
 274 }
 275
 276 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 277         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 278         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 279 {
 280         if (!done_init) {
 281                 if (has_dequeue_callbacks) {
 282                         dequeue_init_callback();
 283                 }
 284                 done_init = true;
 285         }
 286
 287         FrameAllocator::Frame current_video_frame, current_audio_frame;
 288         VideoFormat video_format;
 289         AudioFormat audio_format;
 290
 291         video_format.frame_rate_nom = time_scale;
 292         video_format.frame_rate_den = frame_duration;
 293         // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 294         video_format.interlaced = (field_dominance == bmdLowerFieldFirst || field_dominance == bmdUpperFieldFirst);
 295         video_format.second_field_start = 1;
 296
 297         if (video_frame) {
 298                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 299
 300                 int width = video_frame->GetWidth();
 301                 int height = video_frame->GetHeight();
 302                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 303                 assert(stride == width * 2);
 304
 305                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 306                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 307                         const uint8_t *frame_bytes;
 308                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 309
 310                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 311                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 312                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 313 #ifdef __SSE2__
 314                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 315                         frame_bytes += consumed;
 316                         data += consumed / 2;
 317                         data2 += consumed / 2;
 318                         if (num_bytes % 2) {
 319                                 swap(data, data2);
 320                         }
 321                         current_video_frame.len += consumed;
 322                         num_bytes -= consumed;
 323 #endif
 324
 325                         if (num_bytes > 0) {
 326                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 327                         }
 328                         current_video_frame.len += num_bytes;
 329
 330                         video_format.width = width;
 331                         video_format.height = height;
 332
 333                         current_video_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 334                 }
 335         }
 336
 337         if (audio_frame) {
 338                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 339
 340                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 341                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 342                         const uint8_t *frame_bytes;
 343                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 344                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 345
 346                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 347
 348                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 349                         audio_format.num_channels = 2;
 350
 351                         current_audio_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 352                 }
 353         }
 354
 355         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 356                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 357                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 358                 frame_callback(timecode,
 359                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 360                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 361         }
 362
 363         timecode++;
 364         return S_OK;
 365 }
 366
 367 void DeckLinkCapture::configure_card()
 368 {
 369         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 370                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 371                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 372         }
 373         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 374                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 375                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 376         }
 377 }
 378
 379 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 380 {
 381         if (running) {
 382                 return;
 383         }
 384         if (input->EnableVideoInput(current_video_mode, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 385                 fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", current_video_mode, card_index);
 386                 exit(1);
 387         }
 388         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 389                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 390                 exit(1);
 391         }
 392
 393         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 394                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 395                 exit(1);
 396         }
 397         running = true;
 398 }
 399
 400 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 401 {
 402         if (!running) {
 403                 return;
 404         }
 405         HRESULT result = input->StopStreams();
 406         if (result != S_OK) {
 407                 fprintf(stderr, "StopStreams failed with error 0x%x\n", result);
 408                 exit(1);
 409         }
 410         if (input->DisableVideoInput() != S_OK) {
 411                 fprintf(stderr, "Failed to disable video input for card %d\n", card_index);
 412                 exit(1);
 413         }
 414         if (input->DisableAudioInput() != S_OK) {
 415                 fprintf(stderr, "Failed to disable audio input for card %d\n", card_index);
 416                 exit(1);
 417         }
 418         running = false;
 419 }
 420
 421 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 422 {
 423         if (input->StopStreams() != S_OK) {
 424                 fprintf(stderr, "StopStreams failed\n");
 425                 exit(1);
 426         }
 427
 428         set_video_mode_no_restart(video_mode_id);
 429
 430         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 431                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 432                 exit(1);
 433         }
 434 }
 435
 436 void DeckLinkCapture::set_video_mode_no_restart(uint32_t video_mode_id)
 437 {
 438         BMDDisplayModeSupport support;
 439         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 440         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 441                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 442                 exit(1);
 443         }
 444
 445         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 446                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 447                 exit(1);
 448         }
 449
 450         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 451                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 452                 exit(1);
 453         }
 454
 455         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 456
 457         if (running) {
 458                 if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 459                         fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", video_mode_id, card_index);
 460                         exit(1);
 461                 }
 462         }
 463
 464         current_video_mode = video_mode_id;
 465 }
 466
 467 void DeckLinkCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 468 {
 469         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, video_input_id) != S_OK) {
 470                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 471                 exit(1);
 472         }
 473
 474         current_video_input = video_input_id;
 475 }
 476
 477 void DeckLinkCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 478 {
 479         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, audio_input_id) != S_OK) {
 480                 fprintf(stderr, "Failed to set audio input connection for card %d\n", card_index);
 481                 exit(1);
 482         }
 483
 484         current_audio_input = audio_input_id;
 485 }