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 <pthread.h>
  12 #include <stdint.h>
  13 #include <stdio.h>
  14 #include <stdlib.h>
  15 #include <string.h>
  16 #include <chrono>
  17 #include <cstdint>
  18 #include <utility>
  19 #include <vector>
  20
  21 #include "bmusb/bmusb.h"
  22 #include "decklink_util.h"
  23
  24 #define FRAME_SIZE (8 << 20)  // 8 MB.
  25
  26 using namespace std;
  27 using namespace std::chrono;
  28 using namespace std::placeholders;
  29 using namespace bmusb;
  30
  31 namespace {
  32
  33 // TODO: Support stride.
  34 void memcpy_interleaved(uint8_t *dest1, uint8_t *dest2, const uint8_t *src, size_t n)
  35 {
  36         assert(n % 2 == 0);
  37         uint8_t *dptr1 = dest1;
  38         uint8_t *dptr2 = dest2;
  39
  40         for (size_t i = 0; i < n; i += 2) {
  41                 *dptr1++ = *src++;
  42                 *dptr2++ = *src++;
  43         }
  44 }
  45
  46 #ifdef __SSE2__
  47
  48 // Returns the number of bytes consumed.
  49 size_t memcpy_interleaved_fastpath(uint8_t *dest1, uint8_t *dest2, const uint8_t *src, size_t n)
  50 {
  51         const uint8_t *limit = src + n;
  52         size_t consumed = 0;
  53
  54         // Align end to 32 bytes.
  55         limit = (const uint8_t *)(intptr_t(limit) & ~31);
  56
  57         if (src >= limit) {
  58                 return 0;
  59         }
  60
  61         // Process [0,31] bytes, such that start gets aligned to 32 bytes.
  62         const uint8_t *aligned_src = (const uint8_t *)(intptr_t(src + 31) & ~31);
  63         if (aligned_src != src) {
  64                 size_t n2 = aligned_src - src;
  65                 memcpy_interleaved(dest1, dest2, src, n2);
  66                 dest1 += n2 / 2;
  67                 dest2 += n2 / 2;
  68                 if (n2 % 2) {
  69                         swap(dest1, dest2);
  70                 }
  71                 src = aligned_src;
  72                 consumed += n2;
  73         }
  74
  75         // Make the length a multiple of 64.
  76         if (((limit - src) % 64) != 0) {
  77                 limit -= 32;
  78         }
  79         assert(((limit - src) % 64) == 0);
  80
  81 #if __AVX2__
  82         const __m256i * __restrict in = (const __m256i *)src;
  83         __m256i * __restrict out1 = (__m256i *)dest1;
  84         __m256i * __restrict out2 = (__m256i *)dest2;
  85
  86         __m256i shuffle_cw = _mm256_set_epi8(
  87                 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2, 0,
  88                 15, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 1, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2, 0);
  89         while (in < (const __m256i *)limit) {
  90                 // Note: For brevity, comments show lanes as if they were 2x64-bit (they're actually 2x128).
  91                 __m256i data1 = _mm256_stream_load_si256(in);         // AaBbCcDd EeFfGgHh
  92                 __m256i data2 = _mm256_stream_load_si256(in + 1);     // IiJjKkLl MmNnOoPp
  93
  94                 data1 = _mm256_shuffle_epi8(data1, shuffle_cw);       // ABCDabcd EFGHefgh
  95                 data2 = _mm256_shuffle_epi8(data2, shuffle_cw);       // IJKLijkl MNOPmnop
  96
  97                 data1 = _mm256_permute4x64_epi64(data1, 0b11011000);  // ABCDEFGH abcdefgh
  98                 data2 = _mm256_permute4x64_epi64(data2, 0b11011000);  // IJKLMNOP ijklmnop
  99
 100                 __m256i lo = _mm256_permute2x128_si256(data1, data2, 0b00100000);
 101                 __m256i hi = _mm256_permute2x128_si256(data1, data2, 0b00110001);
 102
 103                 _mm256_storeu_si256(out1, lo);
 104                 _mm256_storeu_si256(out2, hi);
 105
 106                 in += 2;
 107                 ++out1;
 108                 ++out2;
 109                 consumed += 64;
 110         }
 111 #else
 112         const __m128i * __restrict in = (const __m128i *)src;
 113         __m128i * __restrict out1 = (__m128i *)dest1;
 114         __m128i * __restrict out2 = (__m128i *)dest2;
 115
 116         __m128i mask_lower_byte = _mm_set1_epi16(0x00ff);
 117         while (in < (const __m128i *)limit) {
 118                 __m128i data1 = _mm_load_si128(in);
 119                 __m128i data2 = _mm_load_si128(in + 1);
 120                 __m128i data1_lo = _mm_and_si128(data1, mask_lower_byte);
 121                 __m128i data2_lo = _mm_and_si128(data2, mask_lower_byte);
 122                 __m128i data1_hi = _mm_srli_epi16(data1, 8);
 123                 __m128i data2_hi = _mm_srli_epi16(data2, 8);
 124                 __m128i lo = _mm_packus_epi16(data1_lo, data2_lo);
 125                 _mm_storeu_si128(out1, lo);
 126                 __m128i hi = _mm_packus_epi16(data1_hi, data2_hi);
 127                 _mm_storeu_si128(out2, hi);
 128
 129                 in += 2;
 130                 ++out1;
 131                 ++out2;
 132                 consumed += 32;
 133         }
 134 #endif
 135
 136         return consumed;
 137 }
 138
 139 #endif  // __SSE2__
 140
 141 }  // namespace
 142
 143 DeckLinkCapture::DeckLinkCapture(IDeckLink *card, int card_index)
 144         : card_index(card_index), card(card)
 145 {
 146         {
 147                 const char *model_name;
 148                 char buf[256];
 149                 if (card->GetModelName(&model_name) == S_OK) {
 150                         snprintf(buf, sizeof(buf), "PCI card %d: %s", card_index, model_name);
 151                 } else {
 152                         snprintf(buf, sizeof(buf), "PCI card %d: Unknown DeckLink card", card_index);
 153                 }
 154                 description = buf;
 155         }
 156
 157         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkInput, (void**)&input) != S_OK) {
 158                 fprintf(stderr, "Card %d has no inputs\n", card_index);
 159                 exit(1);
 160         }
 161
 162         IDeckLinkAttributes *attr;
 163         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkAttributes, (void**)&attr) != S_OK) {
 164                 fprintf(stderr, "Card %d has no attributes\n", card_index);
 165                 exit(1);
 166         }
 167
 168         // Get the list of available video inputs.
 169         int64_t video_input_mask;
 170         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkVideoInputConnections, &video_input_mask) != S_OK) {
 171                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate video inputs for card %d\n", card_index);
 172                 exit(1);
 173         }
 174         const vector<pair<BMDVideoConnection, string>> video_input_types = {
 175                 { bmdVideoConnectionSDI, "SDI" },
 176                 { bmdVideoConnectionHDMI, "HDMI" },
 177                 { bmdVideoConnectionOpticalSDI, "Optical SDI" },
 178                 { bmdVideoConnectionComponent, "Component" },
 179                 { bmdVideoConnectionComposite, "Composite" },
 180                 { bmdVideoConnectionSVideo, "S-Video" }
 181         };
 182         for (const auto &video_input : video_input_types) {
 183                 if (video_input_mask & video_input.first) {
 184                         video_inputs.emplace(video_input.first, video_input.second);
 185                 }
 186         }
 187
 188         // And then the available audio inputs.
 189         int64_t audio_input_mask;
 190         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkAudioInputConnections, &audio_input_mask) != S_OK) {
 191                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate audio inputs for card %d\n", card_index);
 192                 exit(1);
 193         }
 194         const vector<pair<BMDAudioConnection, string>> audio_input_types = {
 195                 { bmdAudioConnectionEmbedded, "Embedded" },
 196                 { bmdAudioConnectionAESEBU, "AES/EBU" },
 197                 { bmdAudioConnectionAnalog, "Analog" },
 198                 { bmdAudioConnectionAnalogXLR, "Analog XLR" },
 199                 { bmdAudioConnectionAnalogRCA, "Analog RCA" },
 200                 { bmdAudioConnectionMicrophone, "Microphone" },
 201                 { bmdAudioConnectionHeadphones, "Headphones" }
 202         };
 203         for (const auto &audio_input : audio_input_types) {
 204                 if (audio_input_mask & audio_input.first) {
 205                         audio_inputs.emplace(audio_input.first, audio_input.second);
 206                 }
 207         }
 208
 209         // Check if we the card supports input autodetection.
 210         if (attr->GetFlag(BMDDeckLinkSupportsInputFormatDetection, &supports_autodetect) != S_OK) {
 211                 fprintf(stderr, "Warning: Failed to ask card %d whether it supports input format autodetection\n", card_index);
 212                 supports_autodetect = false;
 213         }
 214
 215         // If there's more than one subdevice on this card, label them.
 216         int64_t num_subdevices, subdevice_idx;
 217         if (attr->GetInt(BMDDeckLinkNumberOfSubDevices, &num_subdevices) == S_OK && num_subdevices > 1) {
 218                 if (attr->GetInt(BMDDeckLinkSubDeviceIndex, &subdevice_idx) == S_OK) {
 219                         char buf[256];
 220                         snprintf(buf, sizeof(buf), " (subdevice %d)", int(subdevice_idx));
 221                         description += buf;
 222                 }
 223         }
 224
 225         attr->Release();
 226
 227         /* Set up the video and audio sources. */
 228         if (card->QueryInterface(IID_IDeckLinkConfiguration, (void**)&config) != S_OK) {
 229                 fprintf(stderr, "Failed to get configuration interface for card %d\n", card_index);
 230                 exit(1);
 231         }
 232
 233         BMDVideoConnection connection = pick_default_video_connection(card, BMDDeckLinkVideoInputConnections, card_index);
 234
 235         set_video_input(connection);
 236         set_audio_input(bmdAudioConnectionEmbedded);
 237
 238         IDeckLinkDisplayModeIterator *mode_it;
 239         if (input->GetDisplayModeIterator(&mode_it) != S_OK) {
 240                 fprintf(stderr, "Failed to enumerate display modes for card %d\n", card_index);
 241                 exit(1);
 242         }
 243
 244         video_modes = summarize_video_modes(mode_it, card_index);
 245         mode_it->Release();
 246
 247         set_video_mode_no_restart(bmdModeHD720p5994);
 248
 249         input->SetCallback(this);
 250 }
 251
 252 DeckLinkCapture::~DeckLinkCapture()
 253 {
 254         if (has_dequeue_callbacks) {
 255                 dequeue_cleanup_callback();
 256         }
 257         input->Release();
 258         config->Release();
 259         card->Release();
 260 }
 261
 262 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::QueryInterface(REFIID, LPVOID *)
 263 {
 264         return E_NOINTERFACE;
 265 }
 266
 267 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::AddRef(void)
 268 {
 269         return refcount.fetch_add(1) + 1;
 270 }
 271
 272 ULONG STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::Release(void)
 273 {
 274         int new_ref = refcount.fetch_sub(1) - 1;
 275         if (new_ref == 0)
 276                 delete this;
 277         return new_ref;
 278 }
 279
 280 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFormatChanged(
 281         BMDVideoInputFormatChangedEvents,
 282         IDeckLinkDisplayMode* display_mode,
 283         BMDDetectedVideoInputFormatFlags format_flags)
 284 {
 285         if (format_flags & bmdDetectedVideoInputRGB444) {
 286                 fprintf(stderr, "WARNING: Input detected as 4:4:4 RGB, but Nageru can't consume that yet.\n");
 287                 fprintf(stderr, "Doing hardware conversion to 4:2:2 Y'CbCr.\n");
 288         }
 289         if (supports_autodetect && display_mode->GetDisplayMode() != current_video_mode) {
 290                 set_video_mode(display_mode->GetDisplayMode());
 291         }
 292         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 293                 fprintf(stderr, "Could not get new frame rate\n");
 294                 exit(1);
 295         }
 296         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 297         return S_OK;
 298 }
 299
 300 HRESULT STDMETHODCALLTYPE DeckLinkCapture::VideoInputFrameArrived(
 301         IDeckLinkVideoInputFrame *video_frame,
 302         IDeckLinkAudioInputPacket *audio_frame)
 303 {
 304         if (!done_init) {
 305                 char thread_name[16];
 306                 snprintf(thread_name, sizeof(thread_name), "DeckLink_C_%d", card_index);
 307                 pthread_setname_np(pthread_self(), thread_name);
 308                 if (has_dequeue_callbacks) {
 309                         dequeue_init_callback();
 310                 }
 311                 done_init = true;
 312         }
 313
 314         steady_clock::time_point now = steady_clock::now();
 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         // TODO: Respect the TFF/BFF flag.
 323         video_format.interlaced = (field_dominance == bmdLowerFieldFirst || field_dominance == bmdUpperFieldFirst);
 324         video_format.second_field_start = 1;
 325
 326         if (video_frame) {
 327                 video_format.has_signal = !(video_frame->GetFlags() & bmdFrameHasNoInputSource);
 328
 329                 int width = video_frame->GetWidth();
 330                 int height = video_frame->GetHeight();
 331                 const int stride = video_frame->GetRowBytes();
 332                 assert(stride == width * 2);
 333
 334                 current_video_frame = video_frame_allocator->alloc_frame();
 335                 if (current_video_frame.data != nullptr) {
 336                         const uint8_t *frame_bytes;
 337                         video_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 338
 339                         uint8_t *data = current_video_frame.data;
 340                         uint8_t *data2 = current_video_frame.data2;
 341                         size_t num_bytes = width * height * 2;
 342 #ifdef __SSE2__
 343                         size_t consumed = memcpy_interleaved_fastpath(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 344                         frame_bytes += consumed;
 345                         data += consumed / 2;
 346                         data2 += consumed / 2;
 347                         if (num_bytes % 2) {
 348                                 swap(data, data2);
 349                         }
 350                         current_video_frame.len += consumed;
 351                         num_bytes -= consumed;
 352 #endif
 353
 354                         if (num_bytes > 0) {
 355                                 memcpy_interleaved(data, data2, frame_bytes, num_bytes);
 356                         }
 357                         current_video_frame.len += num_bytes;
 358
 359                         video_format.width = width;
 360                         video_format.height = height;
 361
 362                         current_video_frame.received_timestamp = now;
 363                 }
 364         }
 365
 366         if (audio_frame) {
 367                 int num_samples = audio_frame->GetSampleFrameCount();
 368
 369                 current_audio_frame = audio_frame_allocator->alloc_frame();
 370                 if (current_audio_frame.data != nullptr) {
 371                         const uint8_t *frame_bytes;
 372                         audio_frame->GetBytes((void **)&frame_bytes);
 373                         current_audio_frame.len = sizeof(int32_t) * 2 * num_samples;
 374
 375                         memcpy(current_audio_frame.data, frame_bytes, current_audio_frame.len);
 376
 377                         audio_format.bits_per_sample = 32;
 378                         audio_format.num_channels = 2;
 379
 380                         current_audio_frame.received_timestamp = now;
 381                 }
 382         }
 383
 384         if (current_video_frame.data != nullptr || current_audio_frame.data != nullptr) {
 385                 // TODO: Put into a queue and put into a dequeue thread, if the
 386                 // BlackMagic drivers don't already do that for us?
 387                 frame_callback(timecode,
 388                         current_video_frame, /*video_offset=*/0, video_format,
 389                         current_audio_frame, /*audio_offset=*/0, audio_format);
 390         }
 391
 392         timecode++;
 393         return S_OK;
 394 }
 395
 396 void DeckLinkCapture::configure_card()
 397 {
 398         if (video_frame_allocator == nullptr) {
 399                 owned_video_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(FRAME_SIZE, NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES));
 400                 set_video_frame_allocator(owned_video_frame_allocator.get());
 401         }
 402         if (audio_frame_allocator == nullptr) {
 403                 owned_audio_frame_allocator.reset(new MallocFrameAllocator(65536, NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES));
 404                 set_audio_frame_allocator(owned_audio_frame_allocator.get());
 405         }
 406 }
 407
 408 void DeckLinkCapture::start_bm_capture()
 409 {
 410         if (running) {
 411                 return;
 412         }
 413         if (input->EnableVideoInput(current_video_mode, bmdFormat8BitYUV, supports_autodetect ? bmdVideoInputEnableFormatDetection : 0) != S_OK) {
 414                 fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", current_video_mode, card_index);
 415                 exit(1);
 416         }
 417         if (input->EnableAudioInput(48000, bmdAudioSampleType32bitInteger, 2) != S_OK) {
 418                 fprintf(stderr, "Failed to enable audio input for card %d\n", card_index);
 419                 exit(1);
 420         }
 421
 422         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 423                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 424                 exit(1);
 425         }
 426         running = true;
 427 }
 428
 429 void DeckLinkCapture::stop_dequeue_thread()
 430 {
 431         if (!running) {
 432                 return;
 433         }
 434         HRESULT result = input->StopStreams();
 435         if (result != S_OK) {
 436                 fprintf(stderr, "StopStreams failed with error 0x%x\n", result);
 437                 exit(1);
 438         }
 439         if (input->DisableVideoInput() != S_OK) {
 440                 fprintf(stderr, "Failed to disable video input for card %d\n", card_index);
 441                 exit(1);
 442         }
 443         if (input->DisableAudioInput() != S_OK) {
 444                 fprintf(stderr, "Failed to disable audio input for card %d\n", card_index);
 445                 exit(1);
 446         }
 447         running = false;
 448 }
 449
 450 void DeckLinkCapture::set_video_mode(uint32_t video_mode_id)
 451 {
 452         if (input->PauseStreams() != S_OK) {
 453                 fprintf(stderr, "PauseStreams failed\n");
 454                 exit(1);
 455         }
 456         if (input->FlushStreams() != S_OK) {
 457                 fprintf(stderr, "FlushStreams failed\n");
 458                 exit(1);
 459         }
 460
 461         set_video_mode_no_restart(video_mode_id);
 462
 463         if (input->StartStreams() != S_OK) {
 464                 fprintf(stderr, "StartStreams failed\n");
 465                 exit(1);
 466         }
 467 }
 468
 469 void DeckLinkCapture::set_video_mode_no_restart(uint32_t video_mode_id)
 470 {
 471         BMDDisplayModeSupport support;
 472         IDeckLinkDisplayMode *display_mode;
 473         if (input->DoesSupportVideoMode(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, /*flags=*/0, &support, &display_mode)) {
 474                 fprintf(stderr, "Failed to query display mode for card %d\n", card_index);
 475                 exit(1);
 476         }
 477
 478         if (support == bmdDisplayModeNotSupported) {
 479                 fprintf(stderr, "Card %d does not support display mode\n", card_index);
 480                 exit(1);
 481         }
 482
 483         if (display_mode->GetFrameRate(&frame_duration, &time_scale) != S_OK) {
 484                 fprintf(stderr, "Could not get frame rate for card %d\n", card_index);
 485                 exit(1);
 486         }
 487
 488         field_dominance = display_mode->GetFieldDominance();
 489
 490         if (running) {
 491                 if (input->EnableVideoInput(video_mode_id, bmdFormat8BitYUV, supports_autodetect ? bmdVideoInputEnableFormatDetection : 0) != S_OK) {
 492                         fprintf(stderr, "Failed to set video mode 0x%04x for card %d\n", video_mode_id, card_index);
 493                         exit(1);
 494                 }
 495         }
 496
 497         current_video_mode = video_mode_id;
 498 }
 499
 500 void DeckLinkCapture::set_video_input(uint32_t video_input_id)
 501 {
 502         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigVideoInputConnection, video_input_id) != S_OK) {
 503                 fprintf(stderr, "Failed to set video input connection for card %d\n", card_index);
 504                 exit(1);
 505         }
 506
 507         current_video_input = video_input_id;
 508 }
 509
 510 void DeckLinkCapture::set_audio_input(uint32_t audio_input_id)
 511 {
 512         if (config->SetInt(bmdDeckLinkConfigAudioInputConnection, audio_input_id) != S_OK) {
 513                 fprintf(stderr, "Failed to set audio input connection for card %d\n", card_index);
 514                 exit(1);
 515         }
 516
 517         current_audio_input = audio_input_id;
 518 }