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