]> git.sesse.net Git - bmusb/blob - bmusb.h
Make decode_video_format() private.
[bmusb] / bmusb.h
1 #ifndef _BMUSB_H
2 #define _BMUSB_H
3
4 #include <libusb.h>
5 #include <stdint.h>
6 #include <atomic>
7 #include <condition_variable>
8 #include <deque>
9 #include <functional>
10 #include <map>
11 #include <mutex>
12 #include <stack>
13 #include <string>
14 #include <thread>
15 #include <vector>
16
17 class BMUSBCapture;
18
19 // An interface for frame allocators; if you do not specify one
20 // (using set_video_frame_allocator), a default one that pre-allocates
21 // a freelist of eight frames using new[] will be used. Specifying
22 // your own can be useful if you have special demands for where you want the
23 // frame to end up and don't want to spend the extra copy to get it there, for
24 // instance GPU memory.
25 class FrameAllocator {
26  public:
27         struct Frame {
28                 uint8_t *data = nullptr;
29                 uint8_t *data2 = nullptr;  // Only if interleaved == true.
30                 size_t len = 0;  // Number of bytes we actually have.
31                 size_t size = 0;  // Number of bytes we have room for.
32                 size_t overflow = 0;
33                 void *userdata = nullptr;
34                 FrameAllocator *owner = nullptr;
35
36                 // If set to true, every other byte will go to data and to data2.
37                 // If so, <len> and <size> are still about the number of total bytes
38                 // so if size == 1024, there's 512 bytes in data and 512 in data2.
39                 bool interleaved = false;
40         };
41
42         virtual ~FrameAllocator();
43
44         // Request a video frame. Note that this is called from the
45         // USB thread, which runs with realtime priority and is
46         // very sensitive to delays. Thus, you should not do anything
47         // here that might sleep, including calling malloc().
48         // (Taking a mutex is borderline.)
49         //
50         // The Frame object will be given to the frame callback,
51         // which is responsible for releasing the video frame back
52         // once it is usable for new frames (ie., it will no longer
53         // be read from). You can use the "userdata" pointer for
54         // whatever you want to identify this frame if you need to.
55         //
56         // Returning a Frame with data==nullptr is allowed;
57         // if so, the frame in progress will be dropped.
58         virtual Frame alloc_frame() = 0;
59
60         virtual void release_frame(Frame frame) = 0;
61 };
62
63 // Audio is more important than video, and also much cheaper.
64 // By having many more audio frames available, hopefully if something
65 // starts to drop, we'll have CPU load go down (from not having to
66 // process as much video) before we have to drop audio.
67 #define NUM_QUEUED_VIDEO_FRAMES 16
68 #define NUM_QUEUED_AUDIO_FRAMES 64
69
70 class MallocFrameAllocator : public FrameAllocator {
71 public:
72         MallocFrameAllocator(size_t frame_size, size_t num_queued_frames);
73         Frame alloc_frame() override;
74         void release_frame(Frame frame) override;
75
76 private:
77         size_t frame_size;
78
79         std::mutex freelist_mutex;
80         std::stack<std::unique_ptr<uint8_t[]>> freelist;  // All of size <frame_size>.
81 };
82
83 // Represents an input mode you can tune a card to.
84 struct VideoMode {
85         std::string name;
86         bool autodetect = false;  // If true, all the remaining fields are irrelevant.
87         unsigned width = 0, height = 0;
88         unsigned frame_rate_num = 0, frame_rate_den = 0;
89         bool interlaced = false;
90 };
91
92 // Represents the format of an actual frame coming in.
93 // Note: Frame rate is _frame_ rate, not field rate. So 1080i60 gets 30/1, _not_ 60/1.
94 // "second_field_start" is only valid for interlaced modes; it signifies
95 // how many lines from the very top of the frame there are before the second field
96 // starts (so it will always be >= height/2 + extra_lines_top).
97 struct VideoFormat {
98         uint16_t id = 0;  // For debugging/logging only.
99         unsigned width = 0, height = 0, second_field_start = 0;
100         unsigned extra_lines_top = 0, extra_lines_bottom = 0;
101         unsigned frame_rate_nom = 0, frame_rate_den = 0;
102         bool interlaced = false;
103         bool has_signal = false;
104         bool is_connected = true;  // If false, then has_signal makes no sense.
105 };
106
107 struct AudioFormat {
108         uint16_t id = 0;  // For debugging/logging only.
109         unsigned bits_per_sample = 0;
110         unsigned num_channels = 0;
111 };
112
113 typedef std::function<void(uint16_t timecode,
114                            FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, VideoFormat video_format,
115                            FrameAllocator::Frame audio_frame, size_t audio_offset, AudioFormat audio_format)>
116         frame_callback_t;
117
118 typedef std::function<void(libusb_device *dev)> card_connected_callback_t;
119 typedef std::function<void()> card_disconnected_callback_t;
120
121 class CaptureInterface {
122  public:
123         virtual ~CaptureInterface() {}
124
125         virtual std::map<uint32_t, VideoMode> get_available_video_modes() const = 0;
126         virtual uint32_t get_current_video_mode() const = 0;
127         virtual void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) = 0;
128
129         virtual std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const = 0;
130         virtual void set_video_input(uint32_t video_input_id) = 0;
131         virtual uint32_t get_current_video_input() const = 0;
132
133         virtual std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const = 0;
134         virtual void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) = 0;
135         virtual uint32_t get_current_audio_input() const = 0;
136
137         // Does not take ownership.
138         virtual void set_video_frame_allocator(FrameAllocator *allocator) = 0;
139
140         virtual FrameAllocator *get_video_frame_allocator() = 0;
141
142         // Does not take ownership.
143         virtual void set_audio_frame_allocator(FrameAllocator *allocator) = 0;
144
145         virtual FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() = 0;
146
147         virtual void set_frame_callback(frame_callback_t callback) = 0;
148
149         // Needs to be run before configure_card().
150         virtual void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) = 0;
151
152         // Only valid after configure_card().
153         virtual std::string get_description() const = 0;
154
155         virtual void configure_card() = 0;
156
157         virtual void start_bm_capture() = 0;
158
159         virtual void stop_dequeue_thread() = 0;
160
161         // If a card is disconnected, it cannot come back; you should call stop_dequeue_thread()
162         // and delete it.
163         virtual bool get_disconnected() const = 0;
164 };
165
166 // The actual capturing class, representing capture from a single card.
167 class BMUSBCapture : public CaptureInterface {
168  public:
169         BMUSBCapture(int card_index, libusb_device *dev = nullptr)
170                 : card_index(card_index), dev(dev)
171         {
172         }
173
174         ~BMUSBCapture() {}
175
176         std::map<uint32_t, VideoMode> get_available_video_modes() const override;
177         uint32_t get_current_video_mode() const override;
178         void set_video_mode(uint32_t video_mode_id) override;
179
180         virtual std::map<uint32_t, std::string> get_available_video_inputs() const override;
181         virtual void set_video_input(uint32_t video_input_id) override;
182         virtual uint32_t get_current_video_input() const override { return current_video_input; }
183
184         virtual std::map<uint32_t, std::string> get_available_audio_inputs() const override;
185         virtual void set_audio_input(uint32_t audio_input_id) override;
186         virtual uint32_t get_current_audio_input() const override { return current_audio_input; }
187
188         // Does not take ownership.
189         void set_video_frame_allocator(FrameAllocator *allocator) override
190         {
191                 video_frame_allocator = allocator;
192                 if (owned_video_frame_allocator.get() != allocator) {
193                         owned_video_frame_allocator.reset();
194                 }
195         }
196
197         FrameAllocator *get_video_frame_allocator() override
198         {
199                 return video_frame_allocator;
200         }
201
202         // Does not take ownership.
203         void set_audio_frame_allocator(FrameAllocator *allocator) override
204         {
205                 audio_frame_allocator = allocator;
206                 if (owned_audio_frame_allocator.get() != allocator) {
207                         owned_audio_frame_allocator.reset();
208                 }
209         }
210
211         FrameAllocator *get_audio_frame_allocator() override
212         {
213                 return audio_frame_allocator;
214         }
215
216         void set_frame_callback(frame_callback_t callback) override
217         {
218                 frame_callback = callback;
219         }
220
221         // Needs to be run before configure_card().
222         void set_dequeue_thread_callbacks(std::function<void()> init, std::function<void()> cleanup) override
223         {
224                 dequeue_init_callback = init;
225                 dequeue_cleanup_callback = cleanup;
226                 has_dequeue_callbacks = true;
227         }
228
229         // Only valid after configure_card().
230         std::string get_description() const override {
231                 return description;
232         }
233
234         void configure_card() override;
235         void start_bm_capture() override;
236         void stop_dequeue_thread() override;
237         bool get_disconnected() const override { return disconnected; }
238
239         // TODO: It's rather messy to have these outside the interface.
240         static void start_bm_thread();
241         static void stop_bm_thread();
242
243         // Hotplug event (for devices being inserted between start_bm_thread()
244         // and stop_bm_thread()); entirely optional, but must be set before
245         // start_bm_capture(). Note that your callback should do as little work
246         // as possible, since the callback comes from the main USB handling
247         // thread, which is very time-sensitive.
248         //
249         // The callback function transfers ownership. If you don't want to hold
250         // on to the device given to you in the callback, you need to call
251         // libusb_unref_device().
252         static void set_card_connected_callback(card_connected_callback_t callback)
253         {
254                 card_connected_callback = callback;
255         }
256
257         // Similar to set_card_connected_callback(), with the same caveats.
258         // (Note that this is set per-card and not global, as it is logically
259         // connected to an existing BMUSBCapture object.)
260         void set_card_disconnected_callback(card_disconnected_callback_t callback)
261         {
262                 card_disconnected_callback = callback;
263         }
264
265  private:
266         struct QueuedFrame {
267                 uint16_t timecode;
268                 uint16_t format;
269                 FrameAllocator::Frame frame;
270         };
271
272         void start_new_audio_block(const uint8_t *start);
273         void start_new_frame(const uint8_t *start);
274
275         void queue_frame(uint16_t format, uint16_t timecode, FrameAllocator::Frame frame, std::deque<QueuedFrame> *q);
276         void dequeue_thread_func();
277
278         static void usb_thread_func();
279         static void cb_xfr(struct libusb_transfer *xfr);
280         static int cb_hotplug(libusb_context *ctx, libusb_device *dev, libusb_hotplug_event event, void *user_data);
281
282         void update_capture_mode();
283
284         std::string description;
285
286         FrameAllocator::Frame current_video_frame;
287         FrameAllocator::Frame current_audio_frame;
288
289         std::mutex queue_lock;
290         std::condition_variable queues_not_empty;
291         std::deque<QueuedFrame> pending_video_frames;
292         std::deque<QueuedFrame> pending_audio_frames;
293
294         FrameAllocator *video_frame_allocator = nullptr;
295         FrameAllocator *audio_frame_allocator = nullptr;
296         std::unique_ptr<FrameAllocator> owned_video_frame_allocator;
297         std::unique_ptr<FrameAllocator> owned_audio_frame_allocator;
298         frame_callback_t frame_callback = nullptr;
299         static card_connected_callback_t card_connected_callback;
300         card_disconnected_callback_t card_disconnected_callback = nullptr;
301
302         std::thread dequeue_thread;
303         std::atomic<bool> dequeue_thread_should_quit;
304         bool has_dequeue_callbacks = false;
305         std::function<void()> dequeue_init_callback = nullptr;
306         std::function<void()> dequeue_cleanup_callback = nullptr;
307
308         int current_register = 0;
309
310         static constexpr int NUM_BMUSB_REGISTERS = 60;
311         uint8_t register_file[NUM_BMUSB_REGISTERS];
312
313         // If <dev> is nullptr, will choose device number <card_index> from the list
314         // of available devices on the system. <dev> is not used after configure_card()
315         // (it will be unref-ed).
316         int card_index = -1;
317         libusb_device *dev = nullptr;
318
319         std::vector<libusb_transfer *> iso_xfrs;
320         int assumed_frame_width = 1280;
321
322         libusb_device_handle *devh = nullptr;
323         uint32_t current_video_input = 0x00000000;  // HDMI/SDI.
324         uint32_t current_audio_input = 0x00000000;  // Embedded.
325
326         bool disconnected = false;
327 };
328
329 #endif