chiark / gitweb /
2eca1c6a7c4c6ecfd69b079d98a657e0ebdad04f
[disorder] / 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 /** @file clients/playrtp.c
21  * @brief RTP player
22  *
23  * This player supports Linux (<a href="http://www.alsa-project.org/">ALSA</a>)
24  * and Apple Mac (<a
25  * href="http://developer.apple.com/audio/coreaudio.html">Core Audio</a>)
26  * systems.  There is no support for Microsoft Windows yet, and that will in
27  * fact probably an entirely separate program.
28  *
29  * The program runs (at least) three threads.  listen_thread() is responsible
30  * for reading RTP packets off the wire and adding them to the linked list @ref
31  * received_packets, assuming they are basically sound.  queue_thread() takes
32  * packets off this linked list and adds them to @ref packets (an operation
33  * which might be much slower due to contention for @ref lock).
34  *
35  * The main thread is responsible for actually playing audio.  In ALSA this
36  * means it waits until ALSA says it's ready for more audio which it then
37  * plays.  See @ref clients/playrtp-alsa.c.
38  *
39  * In Core Audio the main thread is only responsible for starting and stopping
40  * play: the system does the actual playback in its own private thread, and
41  * calls adioproc() to fetch the audio data.  See @ref
42  * clients/playrtp-coreaudio.c.
43  *
44  * Sometimes it happens that there is no audio available to play.  This may
45  * because the server went away, or a packet was dropped, or the server
46  * deliberately did not send any sound because it encountered a silence.
47  *
48  * Assumptions:
49  * - it is safe to read uint32_t values without a lock protecting them
50  */
51
52 #include <config.h>
53 #include "types.h"
54
55 #include <getopt.h>
56 #include <stdio.h>
57 #include <stdlib.h>
58 #include <sys/socket.h>
59 #include <sys/types.h>
60 #include <sys/socket.h>
61 #include <netdb.h>
62 #include <pthread.h>
63 #include <locale.h>
64 #include <sys/uio.h>
65 #include <string.h>
66 #include <assert.h>
67 #include <errno.h>
68 #include <netinet/in.h>
69
70 #include "log.h"
71 #include "mem.h"
72 #include "configuration.h"
73 #include "addr.h"
74 #include "syscalls.h"
75 #include "rtp.h"
76 #include "defs.h"
77 #include "vector.h"
78 #include "heap.h"
79 #include "timeval.h"
80 #include "client.h"
81 #include "playrtp.h"
82
83 #define readahead linux_headers_are_borked
84
85 /** @brief Obsolete synonym */
86 #ifndef IPV6_JOIN_GROUP
87 # define IPV6_JOIN_GROUP IPV6_ADD_MEMBERSHIP
88 #endif
89
90 /** @brief RTP socket */
91 static int rtpfd;
92
93 /** @brief Log output */
94 static FILE *logfp;
95
96 /** @brief Output device */
97 const char *device;
98
99 /** @brief Minimum low watermark
100  *
101  * We'll stop playing if there's only this many samples in the buffer. */
102 unsigned minbuffer = 2 * 44100 / 10;  /* 0.2 seconds */
103
104 /** @brief Buffer high watermark
105  *
106  * We'll only start playing when this many samples are available. */
107 static unsigned readahead = 2 * 2 * 44100;
108
109 /** @brief Maximum buffer size
110  *
111  * We'll stop reading from the network if we have this many samples. */
112 static unsigned maxbuffer;
113
114 /** @brief Received packets
115  * Protected by @ref receive_lock
116  *
117  * Received packets are added to this list, and queue_thread() picks them off
118  * it and adds them to @ref packets.  Whenever a packet is added to it, @ref
119  * receive_cond is signalled.
120  */
121 struct packet *received_packets;
122
123 /** @brief Tail of @ref received_packets
124  * Protected by @ref receive_lock
125  */
126 struct packet **received_tail = &received_packets;
127
128 /** @brief Lock protecting @ref received_packets 
129  *
130  * Only listen_thread() and queue_thread() ever hold this lock.  It is vital
131  * that queue_thread() not hold it any longer than it strictly has to. */
132 pthread_mutex_t receive_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
133
134 /** @brief Condition variable signalled when @ref received_packets is updated
135  *
136  * Used by listen_thread() to notify queue_thread() that it has added another
137  * packet to @ref received_packets. */
138 pthread_cond_t receive_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
139
140 /** @brief Length of @ref received_packets */
141 uint32_t nreceived;
142
143 /** @brief Binary heap of received packets */
144 struct pheap packets;
145
146 /** @brief Total number of samples available
147  *
148  * We make this volatile because we inspect it without a protecting lock,
149  * so the usual pthread_* guarantees aren't available.
150  */
151 volatile uint32_t nsamples;
152
153 /** @brief Timestamp of next packet to play.
154  *
155  * This is set to the timestamp of the last packet, plus the number of
156  * samples it contained.  Only valid if @ref active is nonzero.
157  */
158 uint32_t next_timestamp;
159
160 /** @brief True if actively playing
161  *
162  * This is true when playing and false when just buffering. */
163 int active;
164
165 /** @brief Lock protecting @ref packets */
166 pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
167
168 /** @brief Condition variable signalled whenever @ref packets is changed */
169 pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
170
171 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
172 # define DEFAULT_BACKEND playrtp_alsa
173 #elif HAVE_SYS_SOUNDCARD_H || EMPEG_HOST
174 # define DEFAULT_BACKEND playrtp_oss
175 #elif HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
176 # define DEFAULT_BACKEND playrtp_coreaudio
177 #else
178 # error No known backend
179 #endif
180
181 /** @brief Backend to play with */
182 static void (*backend)(void) = &DEFAULT_BACKEND;
183
184 HEAP_DEFINE(pheap, struct packet *, lt_packet);
185
186 static const struct option options[] = {
187   { "help", no_argument, 0, 'h' },
188   { "version", no_argument, 0, 'V' },
189   { "debug", no_argument, 0, 'd' },
190   { "device", required_argument, 0, 'D' },
191   { "min", required_argument, 0, 'm' },
192   { "max", required_argument, 0, 'x' },
193   { "buffer", required_argument, 0, 'b' },
194   { "rcvbuf", required_argument, 0, 'R' },
195   { "multicast", required_argument, 0, 'M' },
196 #if HAVE_SYS_SOUNDCARD_H || EMPEG_HOST
197   { "oss", no_argument, 0, 'o' },
198 #endif
199 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
200   { "alsa", no_argument, 0, 'a' },
201 #endif
202 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
203   { "core-audio", no_argument, 0, 'c' },
204 #endif
205   { "config", required_argument, 0, 'C' },
206   { 0, 0, 0, 0 }
207 };
208
209 /** @brief Drop the first packet
210  *
211  * Assumes that @ref lock is held. 
212  */
213 static void drop_first_packet(void) {
214   if(pheap_count(&packets)) {
215     struct packet *const p = pheap_remove(&packets);
216     nsamples -= p->nsamples;
217     playrtp_free_packet(p);
218     pthread_cond_broadcast(&cond);
219   }
220 }
221
222 /** @brief Background thread adding packets to heap
223  *
224  * This just transfers packets from @ref received_packets to @ref packets.  It
225  * is important that it holds @ref receive_lock for as little time as possible,
226  * in order to minimize the interval between calls to read() in
227  * listen_thread().
228  */
229 static void *queue_thread(void attribute((unused)) *arg) {
230   struct packet *p;
231
232   for(;;) {
233     /* Get the next packet */
234     pthread_mutex_lock(&receive_lock);
235     while(!received_packets)
236       pthread_cond_wait(&receive_cond, &receive_lock);
237     p = received_packets;
238     received_packets = p->next;
239     if(!received_packets)
240       received_tail = &received_packets;
241     --nreceived;
242     pthread_mutex_unlock(&receive_lock);
243     /* Add it to the heap */
244     pthread_mutex_lock(&lock);
245     pheap_insert(&packets, p);
246     nsamples += p->nsamples;
247     pthread_cond_broadcast(&cond);
248     pthread_mutex_unlock(&lock);
249   }
250 }
251
252 /** @brief Background thread collecting samples
253  *
254  * This function collects samples, perhaps converts them to the target format,
255  * and adds them to the packet list.
256  *
257  * It is crucial that the gap between successive calls to read() is as small as
258  * possible: otherwise packets will be dropped.
259  *
260  * We use a binary heap to ensure that the unavoidable effort is at worst
261  * logarithmic in the total number of packets - in fact if packets are mostly
262  * received in order then we will largely do constant work per packet since the
263  * newest packet will always be last.
264  *
265  * Of more concern is that we must acquire the lock on the heap to add a packet
266  * to it.  If this proves a problem in practice then the answer would be
267  * (probably doubly) linked list with new packets added the end and a second
268  * thread which reads packets off the list and adds them to the heap.
269  *
270  * We keep memory allocation (mostly) very fast by keeping pre-allocated
271  * packets around; see @ref playrtp_new_packet().
272  */
273 static void *listen_thread(void attribute((unused)) *arg) {
274   struct packet *p = 0;
275   int n;
276   struct rtp_header header;
277   uint16_t seq;
278   uint32_t timestamp;
279   struct iovec iov[2];
280
281   for(;;) {
282     if(!p)
283       p = playrtp_new_packet();
284     iov[0].iov_base = &header;
285     iov[0].iov_len = sizeof header;
286     iov[1].iov_base = p->samples_raw;
287     iov[1].iov_len = sizeof p->samples_raw / sizeof *p->samples_raw;
288     n = readv(rtpfd, iov, 2);
289     if(n < 0) {
290       switch(errno) {
291       case EINTR:
292         continue;
293       default:
294         fatal(errno, "error reading from socket");
295       }
296     }
297     /* Ignore too-short packets */
298     if((size_t)n <= sizeof (struct rtp_header)) {
299       info("ignored a short packet");
300       continue;
301     }
302     timestamp = htonl(header.timestamp);
303     seq = htons(header.seq);
304     /* Ignore packets in the past */
305     if(active && lt(timestamp, next_timestamp)) {
306       info("dropping old packet, timestamp=%"PRIx32" < %"PRIx32,
307            timestamp, next_timestamp);
308       continue;
309     }
310     p->next = 0;
311     p->flags = 0;
312     p->timestamp = timestamp;
313     /* Convert to target format */
314     if(header.mpt & 0x80)
315       p->flags |= IDLE;
316     switch(header.mpt & 0x7F) {
317     case 10:
318       p->nsamples = (n - sizeof header) / sizeof(uint16_t);
319       break;
320       /* TODO support other RFC3551 media types (when the speaker does) */
321     default:
322       fatal(0, "unsupported RTP payload type %d",
323             header.mpt & 0x7F);
324     }
325     if(logfp)
326       fprintf(logfp, "sequence %u timestamp %"PRIx32" length %"PRIx32" end %"PRIx32"\n",
327               seq, timestamp, p->nsamples, timestamp + p->nsamples);
328     /* Stop reading if we've reached the maximum.
329      *
330      * This is rather unsatisfactory: it means that if packets get heavily
331      * out of order then we guarantee dropouts.  But for now... */
332     if(nsamples >= maxbuffer) {
333       pthread_mutex_lock(&lock);
334       while(nsamples >= maxbuffer)
335         pthread_cond_wait(&cond, &lock);
336       pthread_mutex_unlock(&lock);
337     }
338     /* Add the packet to the receive queue */
339     pthread_mutex_lock(&receive_lock);
340     *received_tail = p;
341     received_tail = &p->next;
342     ++nreceived;
343     pthread_cond_signal(&receive_cond);
344     pthread_mutex_unlock(&receive_lock);
345     /* We'll need a new packet */
346     p = 0;
347   }
348 }
349
350 /** @brief Wait until the buffer is adequately full
351  *
352  * Must be called with @ref lock held.
353  */
354 void playrtp_fill_buffer(void) {
355   while(nsamples)
356     drop_first_packet();
357   info("Buffering...");
358   while(nsamples < readahead)
359     pthread_cond_wait(&cond, &lock);
360   next_timestamp = pheap_first(&packets)->timestamp;
361   active = 1;
362 }
363
364 /** @brief Find next packet
365  * @return Packet to play or NULL if none found
366  *
367  * The return packet is merely guaranteed not to be in the past: it might be
368  * the first packet in the future rather than one that is actually suitable to
369  * play.
370  *
371  * Must be called with @ref lock held.
372  */
373 struct packet *playrtp_next_packet(void) {
374   while(pheap_count(&packets)) {
375     struct packet *const p = pheap_first(&packets);
376     if(le(p->timestamp + p->nsamples, next_timestamp)) {
377       /* This packet is in the past.  Drop it and try another one. */
378       drop_first_packet();
379     } else
380       /* This packet is NOT in the past.  (It might be in the future
381        * however.) */
382       return p;
383   }
384   return 0;
385 }
386
387 /** @brief Play an RTP stream
388  *
389  * This is the guts of the program.  It is responsible for:
390  * - starting the listening thread
391  * - opening the audio device
392  * - reading ahead to build up a buffer
393  * - arranging for audio to be played
394  * - detecting when the buffer has got too small and re-buffering
395  */
396 static void play_rtp(void) {
397   pthread_t ltid;
398
399   /* We receive and convert audio data in a background thread */
400   pthread_create(&ltid, 0, listen_thread, 0);
401   /* We have a second thread to add received packets to the queue */
402   pthread_create(&ltid, 0, queue_thread, 0);
403   /* The rest of the work is backend-specific */
404   backend();
405 }
406
407 /* display usage message and terminate */
408 static void help(void) {
409   xprintf("Usage:\n"
410           "  disorder-playrtp [OPTIONS] ADDRESS [PORT]\n"
411           "Options:\n"
412           "  --device, -D DEVICE     Output device\n"
413           "  --min, -m FRAMES        Buffer low water mark\n"
414           "  --buffer, -b FRAMES     Buffer high water mark\n"
415           "  --max, -x FRAMES        Buffer maximum size\n"
416           "  --rcvbuf, -R BYTES      Socket receive buffer size\n"
417           "  --multicast, -M GROUP   Join multicast group\n"
418           "  --config, -C PATH       Set configuration file\n"
419 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
420           "  --alsa, -a              Use ALSA to play audio\n"
421 #endif
422 #if HAVE_SYS_SOUNDCARD_H || EMPEG_HOST
423           "  --oss, -o               Use OSS to play audio\n"
424 #endif
425 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
426           "  --core-audio, -c        Use Core Audio to play audio\n"
427 #endif
428           "  --help, -h              Display usage message\n"
429           "  --version, -V           Display version number\n"
430           );
431   xfclose(stdout);
432   exit(0);
433 }
434
435 /* display version number and terminate */
436 static void version(void) {
437   xprintf("disorder-playrtp version %s\n", disorder_version_string);
438   xfclose(stdout);
439   exit(0);
440 }
441
442 int main(int argc, char **argv) {
443   int n;
444   struct addrinfo *res;
445   struct stringlist sl;
446   char *sockname;
447   int rcvbuf, target_rcvbuf = 131072;
448   socklen_t len;
449   char *multicast_group = 0;
450   struct ip_mreq mreq;
451   struct ipv6_mreq mreq6;
452   disorder_client *c;
453   char *address, *port;
454
455   static const struct addrinfo prefs = {
456     AI_PASSIVE,
457     PF_INET,
458     SOCK_DGRAM,
459     IPPROTO_UDP,
460     0,
461     0,
462     0,
463     0
464   };
465
466   mem_init();
467   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
468   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVdD:m:b:x:L:R:M:aocC:", options, 0)) >= 0) {
469     switch(n) {
470     case 'h': help();
471     case 'V': version();
472     case 'd': debugging = 1; break;
473     case 'D': device = optarg; break;
474     case 'm': minbuffer = 2 * atol(optarg); break;
475     case 'b': readahead = 2 * atol(optarg); break;
476     case 'x': maxbuffer = 2 * atol(optarg); break;
477     case 'L': logfp = fopen(optarg, "w"); break;
478     case 'R': target_rcvbuf = atoi(optarg); break;
479     case 'M': multicast_group = optarg; break;
480 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
481     case 'a': backend = playrtp_alsa; break;
482 #endif
483 #if HAVE_SYS_SOUNDCARD_H || EMPEG_HOST
484     case 'o': backend = playrtp_oss; break;
485 #endif
486 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H      
487     case 'c': backend = playrtp_coreaudio; break;
488 #endif
489     case 'C': configfile = optarg; break;
490     default: fatal(0, "invalid option");
491     }
492   }
493   if(config_read(0)) fatal(0, "cannot read configuration");
494   if(!maxbuffer)
495     maxbuffer = 4 * readahead;
496   argc -= optind;
497   argv += optind;
498   switch(argc) {
499   case 0:
500   case 1:
501     if(!(c = disorder_new(1))) exit(EXIT_FAILURE);
502     if(disorder_connect(c)) exit(EXIT_FAILURE);
503     if(disorder_rtp_address(c, &address, &port)) exit(EXIT_FAILURE);
504     sl.n = 1;
505     sl.s = &port;
506     /* set multicast_group if address is a multicast address */
507     break;
508   case 2:
509     sl.n = argc;
510     sl.s = argv;
511     break;
512   default:
513     fatal(0, "usage: disorder-playrtp [OPTIONS] [ADDRESS [PORT]]");
514   }
515   /* Listen for inbound audio data */
516   if(!(res = get_address(&sl, &prefs, &sockname)))
517     exit(1);
518   info("listening on %s", sockname);
519   if((rtpfd = socket(res->ai_family,
520                      res->ai_socktype,
521                      res->ai_protocol)) < 0)
522     fatal(errno, "error creating socket");
523   if(bind(rtpfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0)
524     fatal(errno, "error binding socket to %s", sockname);
525   if(multicast_group) {
526     if((n = getaddrinfo(multicast_group, 0, &prefs, &res)))
527       fatal(0, "getaddrinfo %s: %s", multicast_group, gai_strerror(n));
528     switch(res->ai_family) {
529     case PF_INET:
530       mreq.imr_multiaddr = ((struct sockaddr_in *)res->ai_addr)->sin_addr;
531       mreq.imr_interface.s_addr = 0;      /* use primary interface */
532       if(setsockopt(rtpfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,
533                     &mreq, sizeof mreq) < 0)
534         fatal(errno, "error calling setsockopt IP_ADD_MEMBERSHIP");
535       break;
536     case PF_INET6:
537       mreq6.ipv6mr_multiaddr = ((struct sockaddr_in6 *)res->ai_addr)->sin6_addr;
538       memset(&mreq6.ipv6mr_interface, 0, sizeof mreq6.ipv6mr_interface);
539       if(setsockopt(rtpfd, IPPROTO_IPV6, IPV6_JOIN_GROUP,
540                     &mreq6, sizeof mreq6) < 0)
541         fatal(errno, "error calling setsockopt IPV6_JOIN_GROUP");
542       break;
543     default:
544       fatal(0, "unsupported address family %d", res->ai_family);
545     }
546   }
547   len = sizeof rcvbuf;
548   if(getsockopt(rtpfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf, &len) < 0)
549     fatal(errno, "error calling getsockopt SO_RCVBUF");
550   if(target_rcvbuf > rcvbuf) {
551     if(setsockopt(rtpfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF,
552                   &target_rcvbuf, sizeof target_rcvbuf) < 0)
553       error(errno, "error calling setsockopt SO_RCVBUF %d", 
554             target_rcvbuf);
555       /* We try to carry on anyway */
556     else
557       info("changed socket receive buffer from %d to %d",
558            rcvbuf, target_rcvbuf);
559   } else
560     info("default socket receive buffer %d", rcvbuf);
561   if(logfp)
562     info("WARNING: -L option can impact performance");
563   play_rtp();
564   return 0;
565 }
566
567 /*
568 Local Variables:
569 c-basic-offset:2
570 comment-column:40
571 fill-column:79
572 indent-tabs-mode:nil
573 End:
574 */