chiark - git - mdw - disorder/blob - clients/playrtp.c

   1 /*
   2  * This file is part of DisOrder.
   3  * Copyright (C) 2007 Richard Kettlewell
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   8  * (at your option) any later version.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  11  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13  * General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307
  18  * USA
  19  */
  20
  21 #include <config.h>
  22 #include "types.h"
  23
  24 #include <getopt.h>
  25 #include <stdio.h>
  26 #include <stdlib.h>
  27 #include <sys/socket.h>
  28 #include <sys/types.h>
  29 #include <sys/socket.h>
  30 #include <netdb.h>
  31 #include <pthread.h>
  32 #include <locale.h>
  33
  34 #include "log.h"
  35 #include "mem.h"
  36 #include "configuration.h"
  37 #include "addr.h"
  38 #include "syscalls.h"
  39 #include "rtp.h"
  40 #include "defs.h"
  41
  42 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
  43 # include <CoreAudio/AudioHardware.h>
  44 #endif
  45 #if API_ALSA
  46 #include <alsa/asoundlib.h>
  47 #endif
  48
  49 /** @brief RTP socket */
  50 static int rtpfd;
  51
  52 /** @brief Output device */
  53 static const char *device;
  54
  55 /** @brief Maximum samples per packet we'll support
  56  *
  57  * NB that two channels = two samples in this program.
  58  */
  59 #define MAXSAMPLES 2048
  60
  61 /** @brief Minimum buffer size
  62  *
  63  * We'll stop playing if there's only this many samples in the buffer. */
  64 #define MINBUFFER 8820
  65
  66 /** @brief Maximum sample size
  67  *
  68  * The maximum supported size (in bytes) of one sample. */
  69 #define MAXSAMPLESIZE 2
  70
  71 #define READAHEAD 88200                 /* how far to read ahead */
  72
  73 #define MAXBUFFER (3 * 88200)           /* maximum buffer contents */
  74
  75 /** @brief Received packet
  76  *
  77  * Packets are recorded in an ordered linked list. */
  78 struct packet {
  79   /** @brief Pointer to next packet
  80    * The next packet might not be immediately next: if packets are dropped
  81    * or mis-ordered there may be gaps at any given moment. */
  82   struct packet *next;
  83   /** @brief Number of samples in this packet */
  84   int nsamples;
  85   /** @brief Number of samples used from this packet */
  86   int nused;
  87   /** @brief Timestamp from RTP packet
  88    *
  89    * NB that "timestamps" are really sample counters.*/
  90   uint32_t timestamp;
  91 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
  92   /** @brief Converted sample data */
  93   float samples_float[MAXSAMPLES];
  94 #else
  95   /** @brief Raw sample data */
  96   unsigned char samples_raw[MAXSAMPLES * MAXSAMPLESIZE];
  97 #endif
  98 };
  99
 100 /** @brief Total number of samples available */
 101 static unsigned long nsamples;
 102
 103 /** @brief Linked list of packets
 104  *
 105  * In ascending order of timestamp. */
 106 static struct packet *packets;
 107
 108 /** @brief Timestamp of next packet to play.
 109  *
 110  * This is set to the timestamp of the last packet, plus the number of
 111  * samples it contained.  Only valid if @ref active is nonzero.
 112  */
 113 static uint32_t next_timestamp;
 114
 115 /** @brief True if actively playing
 116  *
 117  * This is true when playing and false when just buffering. */
 118 static int active;
 119
 120 /** @brief Lock protecting @ref packets */
 121 static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 122
 123 /** @brief Condition variable signalled whenever @ref packets is changed */
 124 static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
 125
 126 static const struct option options[] = {
 127   { "help", no_argument, 0, 'h' },
 128   { "version", no_argument, 0, 'V' },
 129   { "debug", no_argument, 0, 'd' },
 130   { "device", required_argument, 0, 'D' },
 131   { 0, 0, 0, 0 }
 132 };
 133
 134 /** @brief Return true iff a < b in sequence-space arithmetic */
 135 static inline int lt(uint32_t a, uint32_t b) {
 136   return (uint32_t)(a - b) & 0x80000000;
 137 }
 138
 139 /** @brief Background thread collecting samples
 140  *
 141  * This function collects samples, perhaps converts them to the target format,
 142  * and adds them to the packet list. */
 143 static void *listen_thread(void attribute((unused)) *arg) {
 144   struct packet *p = 0, **pp;
 145   int n;
 146   union {
 147     struct rtp_header header;
 148     uint8_t bytes[sizeof(uint16_t) * MAXSAMPLES + sizeof (struct rtp_header)];
 149   } packet;
 150   const uint16_t *const samples = (uint16_t *)(packet.bytes
 151                                                + sizeof (struct rtp_header));
 152
 153   for(;;) {
 154     if(!p)
 155       p = xmalloc(sizeof *p);
 156     n = read(rtpfd, packet.bytes, sizeof packet.bytes);
 157     if(n < 0) {
 158       switch(errno) {
 159       case EINTR:
 160         continue;
 161       default:
 162         fatal(errno, "error reading from socket");
 163       }
 164     }
 165     /* Ignore too-short packets */
 166     if((size_t)n <= sizeof (struct rtp_header))
 167       continue;
 168     p->nused = 0;
 169     p->timestamp = ntohl(packet.header.timestamp);
 170     /* Ignore packets in the past */
 171     if(active && lt(p->timestamp, next_timestamp))
 172       continue;
 173     /* Convert to target format */
 174     switch(packet.header.mpt & 0x7F) {
 175     case 10:
 176       p->nsamples = (n - sizeof (struct rtp_header)) / sizeof(uint16_t);
 177 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
 178       /* Convert to what Core Audio expects */
 179       for(n = 0; n < p->nsamples; ++n)
 180         p->samples_float[n] = (int16_t)ntohs(samples[n]) * (0.5f / 32767);
 181 #else
 182       /* ALSA can do any necessary conversion itself (though it might be better
 183        * to do any necessary conversion in the background) */
 184       memcpy(p->samples_raw, samples, n - sizeof (struct rtp_header));
 185 #endif
 186       break;
 187       /* TODO support other RFC3551 media types (when the speaker does) */
 188     default:
 189       fatal(0, "unsupported RTP payload type %d",
 190             packet.header.mpt & 0x7F);
 191     }
 192     pthread_mutex_lock(&lock);
 193     /* Stop reading if we've reached the maximum.
 194      *
 195      * This is rather unsatisfactory: it means that if packets get heavily
 196      * out of order then we guarantee dropouts.  But for now... */
 197     while(nsamples >= MAXBUFFER)
 198       pthread_cond_wait(&cond, &lock);
 199     for(pp = &packets;
 200         *pp && lt((*pp)->timestamp, p->timestamp);
 201         pp = &(*pp)->next)
 202       ;
 203     /* So now either !*pp or *pp >= p */
 204     if(*pp && p->timestamp == (*pp)->timestamp) {
 205       /* *pp == p; a duplicate.  Ideally we avoid the translation step here,
 206        * but we'll worry about that another time. */
 207     } else {
 208       p->next = *pp;
 209       *pp = p;
 210       nsamples += p->nsamples;
 211       pthread_cond_broadcast(&cond);
 212       p = 0;                            /* we've consumed this packet */
 213     }
 214     pthread_mutex_unlock(&lock);
 215   }
 216 }
 217
 218 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
 219 /** @brief Callback from Core Audio */
 220 static OSStatus adioproc(AudioDeviceID inDevice,
 221                          const AudioTimeStamp *inNow,
 222                          const AudioBufferList *inInputData,
 223                          const AudioTimeStamp *inInputTime,
 224                          AudioBufferList *outOutputData,
 225                          const AudioTimeStamp *inOutputTime,
 226                          void *inClientData) {
 227   UInt32 nbuffers = outOutputData->mNumberBuffers;
 228   AudioBuffer *ab = outOutputData->mBuffers;
 229   float *samplesOut;                    /* where to write samples to */
 230   size_t samplesOutLeft;                /* space left */
 231   size_t samplesInLeft;
 232   size_t samplesToCopy;
 233
 234   pthread_mutex_lock(&lock);
 235   samplesOut = ab->data;
 236   samplesOutLeft = ab->mDataByteSize / sizeof (float);
 237   while(packets && nbuffers > 0) {
 238     if(packets->used == packets->nsamples) {
 239       /* TODO if we dropped a packet then we should introduce a gap here */
 240       struct packet *const p = packets;
 241       packets = p->next;
 242       free(p);
 243       pthread_cond_broadcast(&cond);
 244       continue;
 245     }
 246     if(samplesOutLeft == 0) {
 247       --nbuffers;
 248       ++ab;
 249       samplesOut = ab->data;
 250       samplesOutLeft = ab->mDataByteSize / sizeof (float);
 251       continue;
 252     }
 253     /* Now: (1) there is some data left to read
 254      *      (2) there is some space to put it */
 255     samplesInLeft = packets->nsamples - packets->used;
 256     samplesToCopy = (samplesInLeft < samplesOutLeft
 257                      ? samplesInLeft : samplesOutLeft);
 258     memcpy(samplesOut, packet->samples + packets->used, samplesToCopy);
 259     packets->used += samplesToCopy;
 260     samplesOut += samplesToCopy;
 261     samesOutLeft -= samplesToCopy;
 262   }
 263   pthread_mutex_unlock(&lock);
 264   return 0;
 265 }
 266 #endif
 267
 268 /** @brief Play an RTP stream
 269  *
 270  * This is the guts of the program.  It is responsible for:
 271  * - starting the listening thread
 272  * - opening the audio device
 273  * - reading ahead to build up a buffer
 274  * - arranging for audio to be played
 275  * - detecting when the buffer has got too small and re-buffering
 276  */
 277 static void play_rtp(void) {
 278   pthread_t ltid;
 279
 280   /* We receive and convert audio data in a background thread */
 281   pthread_create(&ltid, 0, listen_thread, 0);
 282 #if API_ALSA
 283   {
 284     snd_pcm_t *pcm;
 285     snd_pcm_hw_params_t *hwparams;
 286     snd_pcm_sw_params_t *swparams;
 287     /* Only support one format for now */
 288     const int sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16_BE;
 289     unsigned rate = 44100;
 290     const int channels = 2;
 291     const int samplesize = channels * sizeof(uint16_t);
 292     snd_pcm_uframes_t pcm_bufsize = MAXSAMPLES * samplesize * 3;
 293     /* If we can write more than this many samples we'll get a wakeup */
 294     const int avail_min = 256;
 295     snd_pcm_sframes_t frames_written;
 296     size_t samples_written;
 297     int prepared = 1;
 298     int err;
 299
 300     /* Open ALSA */
 301     if((err = snd_pcm_open(&pcm,
 302                            device ? device : "default",
 303                            SND_PCM_STREAM_PLAYBACK,
 304                            SND_PCM_NONBLOCK)))
 305       fatal(0, "error from snd_pcm_open: %d", err);
 306     /* Set up 'hardware' parameters */
 307     snd_pcm_hw_params_alloca(&hwparams);
 308     if((err = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams)) < 0)
 309       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_any: %d", err);
 310     if((err = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams,
 311                                            SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)) < 0)
 312       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_access: %d", err);
 313     if((err = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams,
 314                                            sample_format)) < 0)
 315       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_format (%d): %d",
 316             sample_format, err);
 317     if((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(pcm, hwparams, &rate, 0)) < 0)
 318       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_rate (%d): %d",
 319             rate, err);
 320     if((err = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams,
 321                                              channels)) < 0)
 322       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_channels (%d): %d",
 323             channels, err);
 324     if((err = snd_pcm_hw_params_set_buffer_size_near(pcm, hwparams,
 325                                                      &pcm_bufsize)) < 0)
 326       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_buffer_size (%d): %d",
 327             MAXSAMPLES * samplesize * 3, err);
 328     if((err = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams)) < 0)
 329       fatal(0, "error calling snd_pcm_hw_params: %d", err);
 330     /* Set up 'software' parameters */
 331     snd_pcm_sw_params_alloca(&swparams);
 332     if((err = snd_pcm_sw_params_current(pcm, swparams)) < 0)
 333       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params_current: %d", err);
 334     if((err = snd_pcm_sw_params_set_avail_min(pcm, swparams, avail_min)) < 0)
 335       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params_set_avail_min %d: %d",
 336             avail_min, err);
 337     if((err = snd_pcm_sw_params(pcm, swparams)) < 0)
 338       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params: %d", err);
 339
 340     /* Ready to go */
 341
 342     pthread_mutex_lock(&lock);
 343     for(;;) {
 344       /* Wait for the buffer to fill up a bit */
 345       while(nsamples < READAHEAD)
 346         pthread_cond_wait(&cond, &lock);
 347       if(!prepared) {
 348         if((err = snd_pcm_prepare(pcm)))
 349           fatal(0, "error calling snd_pcm_prepare: %d", err);
 350         prepared = 1;
 351       }
 352       /* Start at the first available packet */
 353       next_timestamp = packets->timestamp;
 354       active = 1;
 355       /* Wait until the buffer empties out */
 356       while(nsamples >= MINBUFFER) {
 357         /* Wait for ALSA to ask us for more data */
 358         pthread_mutex_unlock(&lock);
 359         snd_pcm_wait(pcm, -1);
 360         pthread_mutex_lock(&lock);
 361         /* ALSA is ready for more data */
 362         if(packets && packets->timestamp + packets->nused == next_timestamp) {
 363           /* Hooray, we have a packet we can play */
 364           const size_t samples_available = packets->nsamples - packets->nused;
 365           const size_t frames_available = samples_available / 2;
 366
 367           frames_written = snd_pcm_writei(pcm,
 368                                           packets->samples_raw + packets->nused,
 369                                           frames_available);
 370           if(frames_written < 0)
 371             fatal(0, "error calling snd_pcm_writei: %d", err);
 372           samples_written = frames_written * 2;
 373           packets->nused += samples_written;
 374           next_timestamp += samples_written;
 375           if(packets->nused == packets->nsamples) {
 376             /* We're done with this packet */
 377             struct packet *p = packets;
 378
 379             packets = p->next;
 380             nsamples -= p->nsamples;
 381             free(p);
 382             pthread_cond_broadcast(&cond);
 383           }
 384         } else {
 385           /* We don't have anything to play!  We'd better play some 0s. */
 386           static const uint16_t zeros[1024];
 387           size_t samples_available = 1024, frames_available;
 388           if(packets && next_timestamp + samples_available > packets->timestamp)
 389             samples_available = packets->timestamp - next_timestamp;
 390           frames_available = samples_available / 2;
 391           frames_written = snd_pcm_writei(pcm,
 392                                           zeros,
 393                                           frames_available);
 394           if(frames_written < 0)
 395             fatal(0, "error calling snd_pcm_writei: %d", err);
 396           next_timestamp += samples_written;
 397         }
 398       }
 399       active = 0;
 400       /* We stop playing for a bit until the buffer re-fills */
 401       pthread_mutex_unlock(&lock);
 402       if((err = snd_pcm_drain(pcm)))
 403         fatal(0, "error calling snd_pcm_drain: %d", err);
 404       prepared = 0;
 405       pthread_mutex_lock(&lock);
 406     }
 407
 408   }
 409 #elif HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
 410   {
 411     OSStatus status;
 412     UInt32 propertySize;
 413     AudioDeviceID adid;
 414     AudioStreamBasicDescription asbd;
 415
 416     /* If this looks suspiciously like libao's macosx driver there's an
 417      * excellent reason for that... */
 418
 419     /* TODO report errors as strings not numbers */
 420     propertySize = sizeof adid;
 421     status = AudioHardwareGetProperty(kAudioHardwarePropertyDefaultOutputDevice,
 422                                       &propertySize, &adid);
 423     if(status)
 424       fatal(0, "AudioHardwareGetProperty: %d", (int)status);
 425     if(adid == kAudioDeviceUnknown)
 426       fatal(0, "no output device");
 427     propertySize = sizeof asbd;
 428     status = AudioDeviceGetProperty(adid, 0, false,
 429                                     kAudioDevicePropertyStreamFormat,
 430                                     &propertySize, &asbd);
 431     if(status)
 432       fatal(0, "AudioHardwareGetProperty: %d", (int)status);
 433     D(("mSampleRate       %f", asbd.mSampleRate));
 434     D(("mFormatID         %08"PRIx32, asbd.mFormatID));
 435     D(("mFormatFlags      %08"PRIx32, asbd.mFormatFlags));
 436     D(("mBytesPerPacket   %08"PRIx32, asbd.mBytesPerPacket));
 437     D(("mFramesPerPacket  %08"PRIx32, asbd.mFramesPerPacket));
 438     D(("mBytesPerFrame    %08"PRIx32, asbd.mBytesPerFrame));
 439     D(("mChannelsPerFrame %08"PRIx32, asbd.mChannelsPerFrame));
 440     D(("mBitsPerChannel   %08"PRIx32, asbd.mBitsPerChannel));
 441     D(("mReserved         %08"PRIx32, asbd.mReserved));
 442     if(asbd.mFormatID != kAudioFormatLinearPCM)
 443       fatal(0, "audio device does not support kAudioFormatLinearPCM");
 444     status = AudioDeviceAddIOProc(adid, adioproc, 0);
 445     if(status)
 446       fatal(0, "AudioDeviceAddIOProc: %d", (int)status);
 447     pthread_mutex_lock(&lock);
 448     for(;;) {
 449       /* Wait for the buffer to fill up a bit */
 450       while(nsamples < READAHEAD)
 451         pthread_cond_wait(&cond, &lock);
 452       /* Start playing now */
 453       status = AudioDeviceStart(adid, adioproc);
 454       if(status)
 455         fatal(0, "AudioDeviceStart: %d", (int)status);
 456       /* Wait until the buffer empties out */
 457       while(nsamples >= MINBUFFER)
 458         pthread_cond_wait(&cond, &lock);
 459       /* Stop playing for a bit until the buffer re-fills */
 460       status = AudioDeviceStop(adid, adioproc);
 461       if(status)
 462         fatal(0, "AudioDeviceStop: %d", (int)status);
 463       /* Go back round */
 464     }
 465   }
 466 #else
 467 # error No known audio API
 468 #endif
 469 }
 470
 471 /* display usage message and terminate */
 472 static void help(void) {
 473   xprintf("Usage:\n"
 474           "  disorder-playrtp [OPTIONS] ADDRESS [PORT]\n"
 475           "Options:\n"
 476           "  --help, -h              Display usage message\n"
 477           "  --version, -V           Display version number\n"
 478           "  --debug, -d             Turn on debugging\n"
 479           "  --device, -D DEVICE     Output device\n");
 480   xfclose(stdout);
 481   exit(0);
 482 }
 483
 484 /* display version number and terminate */
 485 static void version(void) {
 486   xprintf("disorder-playrtp version %s\n", disorder_version_string);
 487   xfclose(stdout);
 488   exit(0);
 489 }
 490
 491 int main(int argc, char **argv) {
 492   int n;
 493   struct addrinfo *res;
 494   struct stringlist sl;
 495   char *sockname;
 496
 497   static const struct addrinfo prefs = {
 498     AI_PASSIVE,
 499     PF_INET,
 500     SOCK_DGRAM,
 501     IPPROTO_UDP,
 502     0,
 503     0,
 504     0,
 505     0
 506   };
 507
 508   mem_init();
 509   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
 510   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVdD", options, 0)) >= 0) {
 511     switch(n) {
 512     case 'h': help();
 513     case 'V': version();
 514     case 'd': debugging = 1; break;
 515     case 'D': device = optarg; break;
 516     default: fatal(0, "invalid option");
 517     }
 518   }
 519   argc -= optind;
 520   argv += optind;
 521   if(argc < 1 || argc > 2)
 522     fatal(0, "usage: disorder-playrtp [OPTIONS] ADDRESS [PORT]");
 523   sl.n = argc;
 524   sl.s = argv;
 525   /* Listen for inbound audio data */
 526   if(!(res = get_address(&sl, &prefs, &sockname)))
 527     exit(1);
 528   if((rtpfd = socket(res->ai_family,
 529                      res->ai_socktype,
 530                      res->ai_protocol)) < 0)
 531     fatal(errno, "error creating socket");
 532   if(bind(rtpfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0)
 533     fatal(errno, "error binding socket to %s", sockname);
 534   play_rtp();
 535   return 0;
 536 }
 537
 538 /*
 539 Local Variables:
 540 c-basic-offset:2
 541 comment-column:40
 542 fill-column:79
 543 indent-tabs-mode:nil
 544 End:
 545 */