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         input->SetCallback(this);
 258 }
 259
 260 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 261 {
 262         if (has_dequeue_callbacks) {
 263                 dequeue_cleanup_callback();
 264         }
 265         input->Release();
 266         config->Release();
 267         card->Release();
 268 }
 269
 270 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 271 {
 272         return E_NOINTERFACE;
 273 }
 274
 275 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 276 {
 277         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 278 }
 279
 280 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 281 {
 282         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 283         if (new_ref == 0)
 284                 delete this;
 285         return new_ref;
 286 }
 287
 288 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 289         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 290         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 291         BMDDetectedVideoInputFormatFlags)
 292 {
 293         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 294                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 295                 exit(1);
 296         }
 297         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 298         return S_OK;
 299 }
 300
 301 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 302         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 303         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 304 {
 305         if (!done_init) {
 306                 if (has_dequeue_callbacks) {
 307                         dequeue_init_callback();
 308                 }
 309                 done_init = true;
 310         }
 311
 312         FrameAllocator::Frame current_video_frame, current_audio_frame;
 313         VideoFormat video_format;
 314         AudioFormat audio_format;
 315
 316         video_format.frame_rate_nom = time_scale;
 317         video_format.frame_rate_den = frame_duration;
 318         // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 319         video_format.interlaced = (field_dominance == bmdLowerFieldFirst || field_dominance == bmdUpperFieldFirst);
 320         video_format.second_field_start = 1;
 321
 322         if (video_frame) {
 323                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 324
 325                 int width = video_frame->GetWidth();
 326                 int height = video_frame->GetHeight();
 327                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 328                 assert(stride == width * 2);
 329
 330                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 331                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 332                         const uint8_t *frame_bytes;
 333                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 334
 335                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 336                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 337                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 338 #ifdef __SSE2__
 339                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 340                         frame_bytes += consumed;
 341                         data += consumed / 2;
 342                         data2 += consumed / 2;
 343                         if (num_bytes % 2) {
 344                                 swap(data, data2);
 345                         }
 346                         current_video_frame.len += consumed;
 347                         num_bytes -= consumed;
 348 #endif
 349
 350                         if (num_bytes > 0) {
 351                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 352                         }
 353                         current_video_frame.len += num_bytes;
 354
 355                         video_format.width = width;
 356                         video_format.height = height;
 357
 358                         current_video_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 359                 }
 360         }
 361
 362         if (audio_frame) {
 363                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 364
 365                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 366                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 367                         const uint8_t *frame_bytes;
 368                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 369                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 370
 371                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 372
 373                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 374                         audio_format.num_channels = 2;
 375
 376                         current_audio_frame.received_timestamp = steady_clock::now();
 377                 }
 378         }
 379
 380         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 381                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 382                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 383                 frame_callback(timecode,
 384                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 385                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 386         }
 387
 388         timecode++;
 389         return S_OK;
 390 }
 391
 392 void DeckLinkCapture::configure_card()
 393 {
 394         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 395                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 396                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 397         }
 398         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 399                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 400                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 401         }
 402 }
 403
 404 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 405 {
 406         if (running) {
 407                 return;
 408         }
 409         if (input->EnableVideoInput(current_video_mode, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 410                 fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", current_video_mode, card_index);
 411                 exit(1);
 412         }
 413         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 414                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 415                 exit(1);
 416         }
 417
 418         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 419                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 420                 exit(1);
 421         }
 422         running = true;
 423 }
 424
 425 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 426 {
 427         if (!running) {
 428                 return;
 429         }
 430         HRESULT result = input->StopStreams();
 431         if (result != S_OK) {
 432                 fprintf(stderr, "StopStreams failed with error 0x%x\n", result);
 433                 exit(1);
 434         }
 435         if (input->DisableVideoInput() != S_OK) {
 436                 fprintf(stderr, "Failed to disable video input for card %d\n", card_index);
 437                 exit(1);
 438         }
 439         if (input->DisableAudioInput() != S_OK) {
 440                 fprintf(stderr, "Failed to disable audio input for card %d\n", card_index);
 441                 exit(1);
 442         }
 443         running = false;
 444 }
 445
 446 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 447 {
 448         if (input->StopStreams() != S_OK) {
 449                 fprintf(stderr, "StopStreams failed\n");
 450                 exit(1);
 451         }
 452
 453         set_video_mode_no_restart(video_mode_id);
 454
 455         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 456                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 457                 exit(1);
 458         }
 459 }
 460
 461 void DeckLinkCapture::set_video_mode_no_restart(uint32_t video_mode_id)
 462 {
 463         BMDDisplayModeSupport support;
 464         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 465         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 466                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 467                 exit(1);
 468         }
 469
 470         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 471                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 472                 exit(1);
 473         }
 474
 475         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 476                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 477                 exit(1);
 478         }
 479
 480         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 481
 482         if (running) {
 483                 if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, 0) != S_OK) {
 484                         fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", video_mode_id, card_index);
 485                         exit(1);
 486                 }
 487         }
 488
 489         current_video_mode = video_mode_id;
 490 }
 491
 492 void DeckLinkCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 493 {
 494         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, video_input_id) != S_OK) {
 495                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 496                 exit(1);
 497         }
 498
 499         current_video_input = video_input_id;
 500 }
 501
 502 void DeckLinkCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 503 {
 504         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, audio_input_id) != S_OK) {
 505                 fprintf(stderr, "Failed to set audio input connection for card %d\n", card_index);
 506                 exit(1);
 507         }
 508
 509         current_audio_input = audio_input_id;
 510 }