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), "Card %d: %s", card_index, model_name);
 144                 } else {
 145                         snprintf(buf, sizeof(buf), "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         /* Set up the video and audio sources. */
 156         IDeckLinkConfiguration *config;
 157         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkConfiguration, (void**)&config) != S_OK) {
 158                 fprintf(stderr, "Failed to get configuration interface for card %d\n", card_index);
 159                 exit(1);
 160         }
 161
 162         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, bmdVideoConnectionHDMI) != S_OK) {
 163                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 164                 exit(1);
 165         }
 166
 167         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, bmdAudioConnectionEmbedded) != S_OK) {
 168                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 169                 exit(1);
 170         }
 171
 172         IDeckLinkDisplayModeIterator *mode_it;
 173         if (input->GetDisplayModeIterator(&mode_it) != S_OK) {
 174                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate display modes for card %d\n", card_index);
 175                 exit(1);
 176         }
 177
 178         for (IDeckLinkDisplayMode *mode_ptr; mode_it->Next(&mode_ptr) == S_OK; mode_ptr->Release()) {
 179                 VideoMode mode;
 180                 mode.id = mode_ptr->GetDisplayMode();
 181
 182                 const char *mode_name;
 183                 if (mode_ptr->GetName(&mode_name) != S_OK) {
 184                         mode.name = "Unknown mode";
 185                 } else {
 186                         mode.name = mode_name;
 187                 }
 188
 189                 mode.autodetect = false;
 190
 191                 mode.width = mode_ptr->GetWidth();
 192                 mode.height = mode_ptr->GetHeight();
 193
 194                 BMDTimeScale frame_rate_num;
 195                 BMDTimeValue frame_rate_den;
 196                 if (mode_ptr->GetFrameRate(&frame_rate_den, &frame_rate_num) != S_OK) {
 197                         fprintf(stderr, "Could not get frame rate for mode '%s' on card %d\n", mode.name.c_str(), card_index);
 198                         exit(1);
 199                 }
 200                 mode.frame_rate_num = frame_rate_num;
 201                 mode.frame_rate_den = frame_rate_den;
 202
 203                 // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 204                 mode.interlaced = (mode_ptr->GetFieldDominance() == bmdLowerFieldFirst || mode_ptr->GetFieldDominance() == bmdUpperFieldFirst);
 205         }
 206
 207         // TODO: Make the user mode selectable.
 208         set_video_mode(bmdModeHD720p5994);
 209
 210         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 211                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 212                 exit(1);
 213         }
 214
 215         input->SetCallback(this);
 216 }
 217
 218 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 219 {
 220         if (has_dequeue_callbacks) {
 221                 dequeue_cleanup_callback();
 222         }
 223 }
 224
 225 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 226 {
 227         return E_NOINTERFACE;
 228 }
 229
 230 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 231 {
 232         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 233 }
 234
 235 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 236 {
 237         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 238         if (new_ref == 0)
 239                 delete this;
 240         return new_ref;
 241 }
 242
 243 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 244         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 245         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 246         BMDDetectedVideoInputFormatFlags)
 247 {
 248         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 249                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 250                 exit(1);
 251         }
 252         return S_OK;
 253 }
 254
 255 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 256         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 257         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 258 {
 259         if (!done_init) {
 260                 if (has_dequeue_callbacks) {
 261                         dequeue_init_callback();
 262                 }
 263                 done_init = true;
 264         }
 265
 266         FrameAllocator::Frame current_video_frame, current_audio_frame;
 267         VideoFormat video_format;
 268         AudioFormat audio_format;
 269
 270         video_format.frame_rate_nom = time_scale;
 271         video_format.frame_rate_den = frame_duration;
 272
 273         if (video_frame) {
 274                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 275
 276                 int width = video_frame->GetWidth();
 277                 int height = video_frame->GetHeight();
 278                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 279                 assert(stride == width * 2);
 280
 281                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 282                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 283                         const uint8_t *frame_bytes;
 284                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 285
 286                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 287                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 288                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 289 #ifdef __SSE2__
 290                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 291                         frame_bytes += consumed;
 292                         data += consumed / 2;
 293                         data2 += consumed / 2;
 294                         if (num_bytes % 2) {
 295                                 swap(data, data2);
 296                         }
 297                         current_video_frame.len += consumed;
 298                         num_bytes -= consumed;
 299 #endif
 300
 301                         if (num_bytes > 0) {
 302                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 303                         }
 304                         current_video_frame.len += num_bytes;
 305
 306                         video_format.width = width;
 307                         video_format.height = height;
 308                 }
 309         }
 310
 311         if (audio_frame) {
 312                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 313
 314                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 315                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 316                         const uint8_t *frame_bytes;
 317                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 318                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 319
 320                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 321
 322                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 323                         audio_format.num_channels = 2;
 324                 }
 325         }
 326
 327         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 328                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 329                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 330                 frame_callback(timecode,
 331                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 332                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 333         }
 334
 335         timecode++;
 336         return S_OK;
 337 }
 338
 339 void DeckLinkCapture::configure_card()
 340 {
 341         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 342                 set_video_frame_allocator(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));  // FIXME: leak.
 343         }
 344         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 345                 set_audio_frame_allocator(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));  // FIXME: leak.
 346         }
 347 }
 348
 349 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 350 {
 351         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 352                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 353                 exit(1);
 354         }
 355 }
 356
 357 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 358 {
 359         if (input->StopStreams() != S_OK) {
 360                 fprintf(stderr, "StopStreams failed\n");
 361                 exit(1);
 362         }
 363 }
 364
 365 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 366 {
 367         BMDDisplayModeSupport support;
 368         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 369         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 370                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 371                 exit(1);
 372         }
 373
 374         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 375                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 376                 exit(1);
 377         }
 378
 379         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 380                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 381                 exit(1);
 382         }
 383
 384         if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 385                 fprintf(stderr, "Failed to set 720p59.94 connection for card %d\n", card_index);
 386                 exit(1);
 387         }
 388
 389         current_video_mode = video_mode_id;
 390 }