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         // Check if we the card supports input autodetection.
 209         if (attr->GetFlag(BMDDeckLinkSupportsInputFormatDetection, &supports_autodetect) != S_OK) {
 210                 fprintf(stderr, "Warning: Failed to ask card %d whether it supports input format autodetection\n", card_index);
 211                 supports_autodetect = false;
 212         }
 213
 214         // If there's more than one subdevice on this card, label them.
 215         int64_t num_subdevices, subdevice_idx;
 216         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkNumberOfSubDevices, &num_subdevices) == S_OK && num_subdevices > 1) {
 217                 if (attr->GetInt(BMDDeckLinkSubDeviceIndex, &subdevice_idx) == S_OK) {
 218                         char buf[256];
 219                         snprintf(buf, sizeof(buf), " (subdevice %d)", int(subdevice_idx));
 220                         description += buf;
 221                 }
 222         }
 223
 224         attr->Release();
 225
 226         /* Set up the video and audio sources. */
 227         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkConfiguration, (void**)&config) != S_OK) {
 228                 fprintf(stderr, "Failed to get configuration interface for card %d\n", card_index);
 229                 exit(1);
 230         }
 231
 232         BMDVideoConnection connection = pick_default_video_connection(card, BMDDeckLinkVideoInputConnections, card_index);
 233
 234         set_video_input(connection);
 235         set_audio_input(bmdAudioConnectionEmbedded);
 236
 237         IDeckLinkDisplayModeIterator *mode_it;
 238         if (input->GetDisplayModeIterator(&mode_it) != S_OK) {
 239                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate display modes for card %d\n", card_index);
 240                 exit(1);
 241         }
 242
 243         video_modes = summarize_video_modes(mode_it, card_index);
 244         mode_it->Release();
 245
 246         set_video_mode_no_restart(bmdModeHD720p5994);
 247
 248         input->SetCallback(this);
 249 }
 250
 251 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 252 {
 253         if (has_dequeue_callbacks) {
 254                 dequeue_cleanup_callback();
 255         }
 256         input->Release();
 257         config->Release();
 258         card->Release();
 259 }
 260
 261 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 262 {
 263         return E_NOINTERFACE;
 264 }
 265
 266 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 267 {
 268         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 269 }
 270
 271 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 272 {
 273         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 274         if (new_ref == 0)
 275                 delete this;
 276         return new_ref;
 277 }
 278
 279 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 280         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 281         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 282         BMDDetectedVideoInputFormatFlags format_flags)
 283 {
 284         if (format_flags & bmdDetectedVideoInputRGB444) {
 285                 fprintf(stderr, "WARNING: Input detected as 4:4:4 RGB, but Nageru can't consume that yet.\n");
 286                 fprintf(stderr, "Doing hardware conversion to 4:2:2 Y'CbCr.\n");
 287         }
 288         if (supports_autodetect && display_mode->GetDisplayMode() != current_video_mode) {
 289                 set_video_mode(display_mode->GetDisplayMode());
 290         }
 291         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 292                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 293                 exit(1);
 294         }
 295         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 296         return S_OK;
 297 }
 298
 299 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 300         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 301         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 302 {
 303         if (!done_init) {
 304                 if (has_dequeue_callbacks) {
 305                         dequeue_init_callback();
 306                 }
 307                 done_init = true;
 308         }
 309
 310         FrameAllocator::Frame current_video_frame, current_audio_frame;
 311         VideoFormat video_format;
 312         AudioFormat audio_format;
 313
 314         video_format.frame_rate_nom = time_scale;
 315         video_format.frame_rate_den = frame_duration;
 316         // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 317         video_format.interlaced = (field_dominance == bmdLowerFieldFirst || field_dominance == bmdUpperFieldFirst);
 318         video_format.second_field_start = 1;
 319
 320         if (video_frame) {
 321                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 322
 323                 int width = video_frame->GetWidth();
 324                 int height = video_frame->GetHeight();
 325                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 326                 assert(stride == width * 2);
 327
 328                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 329                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 330                         const uint8_t *frame_bytes;
 331                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 332
 333                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 334                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 335                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 336 #ifdef __SSE2__
 337                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 338                         frame_bytes += consumed;
 339                         data += consumed / 2;
 340                         data2 += consumed / 2;
 341                         if (num_bytes % 2) {
 342                                 swap(data, data2);
 343                         }
 344                         current_video_frame.len += consumed;
 345                         num_bytes -= consumed;
 346 #endif
 347
 348                         if (num_bytes > 0) {
 349                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 350                         }
 351                         current_video_frame.len += num_bytes;
 352
 353                         video_format.width = width;
 354                         video_format.height = height;
 355
 356                         current_video_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 357                 }
 358         }
 359
 360         if (audio_frame) {
 361                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 362
 363                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 364                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 365                         const uint8_t *frame_bytes;
 366                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 367                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 368
 369                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 370
 371                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 372                         audio_format.num_channels = 2;
 373
 374                         current_audio_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 375                 }
 376         }
 377
 378         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 379                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 380                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 381                 frame_callback(timecode,
 382                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 383                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 384         }
 385
 386         timecode++;
 387         return S_OK;
 388 }
 389
 390 void DeckLinkCapture::configure_card()
 391 {
 392         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 393                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 394                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 395         }
 396         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 397                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 398                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 399         }
 400 }
 401
 402 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 403 {
 404         if (running) {
 405                 return;
 406         }
 407         if (input->EnableVideoInput(current_video_mode, bmdFormat8BitYUV, supports_autodetect ? bmdVideoInputEnableFormatDetection : 0) != S_OK) {
 408                 fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", current_video_mode, card_index);
 409                 exit(1);
 410         }
 411         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 412                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 413                 exit(1);
 414         }
 415
 416         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 417                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 418                 exit(1);
 419         }
 420         running = true;
 421 }
 422
 423 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 424 {
 425         if (!running) {
 426                 return;
 427         }
 428         HRESULT result = input->StopStreams();
 429         if (result != S_OK) {
 430                 fprintf(stderr, "StopStreams failed with error 0x%x\n", result);
 431                 exit(1);
 432         }
 433         if (input->DisableVideoInput() != S_OK) {
 434                 fprintf(stderr, "Failed to disable video input for card %d\n", card_index);
 435                 exit(1);
 436         }
 437         if (input->DisableAudioInput() != S_OK) {
 438                 fprintf(stderr, "Failed to disable audio input for card %d\n", card_index);
 439                 exit(1);
 440         }
 441         running = false;
 442 }
 443
 444 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 445 {
 446         if (input->PauseStreams() != S_OK) {
 447                 fprintf(stderr, "PauseStreams failed\n");
 448                 exit(1);
 449         }
 450         if (input->FlushStreams() != S_OK) {
 451                 fprintf(stderr, "FlushStreams failed\n");
 452                 exit(1);
 453         }
 454
 455         set_video_mode_no_restart(video_mode_id);
 456
 457         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 458                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 459                 exit(1);
 460         }
 461 }
 462
 463 void DeckLinkCapture::set_video_mode_no_restart(uint32_t video_mode_id)
 464 {
 465         BMDDisplayModeSupport support;
 466         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 467         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 468                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 469                 exit(1);
 470         }
 471
 472         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 473                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 474                 exit(1);
 475         }
 476
 477         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 478                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 479                 exit(1);
 480         }
 481
 482         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 483
 484         if (running) {
 485                 if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, supports_autodetect ? bmdVideoInputEnableFormatDetection : 0) != S_OK) {
 486                         fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", video_mode_id, card_index);
 487                         exit(1);
 488                 }
 489         }
 490
 491         current_video_mode = video_mode_id;
 492 }
 493
 494 void DeckLinkCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 495 {
 496         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, video_input_id) != S_OK) {
 497                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 498                 exit(1);
 499         }
 500
 501         current_video_input = video_input_id;
 502 }
 503
 504 void DeckLinkCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 505 {
 506         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, audio_input_id) != S_OK) {
 507                 fprintf(stderr, "Failed to set audio input connection for card %d\n", card_index);
 508                 exit(1);
 509         }
 510
 511         current_audio_input = audio_input_id;
 512 }