chiark / gitweb /
more speaker refactoring
[disorder] / server / speaker.c
1 /*
2  * This file is part of DisOrder
3  * Copyright (C) 2005, 2006, 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 server/speaker.c
21  * @brief Speaker processs
22  *
23  * This program is responsible for transmitting a single coherent audio stream
24  * to its destination (over the network, to some sound API, to some
25  * subprocess).  It receives connections from decoders via file descriptor
26  * passing from the main server and plays them in the right order.
27  *
28  * For the <a href="http://www.alsa-project.org/">ALSA</a> API, 8- and 16- bit
29  * stereo and mono are supported, with any sample rate (within the limits that
30  * ALSA can deal with.)
31  *
32  * When communicating with a subprocess, <a
33  * href="http://sox.sourceforge.net/">sox</a> is invoked to convert the inbound
34  * data to a single consistent format.  The same applies for network (RTP)
35  * play, though in that case currently only 44.1KHz 16-bit stereo is supported.
36  *
37  * The inbound data starts with a structure defining the data format.  Note
38  * that this is NOT portable between different platforms or even necessarily
39  * between versions; the speaker is assumed to be built from the same source
40  * and run on the same host as the main server.
41  *
42  * This program deliberately does not use the garbage collector even though it
43  * might be convenient to do so.  This is for two reasons.  Firstly some sound
44  * APIs use thread threads and we do not want to have to deal with potential
45  * interactions between threading and garbage collection.  Secondly this
46  * process needs to be able to respond quickly and this is not compatible with
47  * the collector hanging the program even relatively briefly.
48  */
49
50 #include <config.h>
51 #include "types.h"
52
53 #include <getopt.h>
54 #include <stdio.h>
55 #include <stdlib.h>
56 #include <locale.h>
57 #include <syslog.h>
58 #include <unistd.h>
59 #include <errno.h>
60 #include <ao/ao.h>
61 #include <string.h>
62 #include <assert.h>
63 #include <sys/select.h>
64 #include <sys/wait.h>
65 #include <time.h>
66 #include <fcntl.h>
67 #include <poll.h>
68 #include <sys/socket.h>
69 #include <netdb.h>
70 #include <gcrypt.h>
71 #include <sys/uio.h>
72
73 #include "configuration.h"
74 #include "syscalls.h"
75 #include "log.h"
76 #include "defs.h"
77 #include "mem.h"
78 #include "speaker.h"
79 #include "user.h"
80 #include "addr.h"
81 #include "timeval.h"
82 #include "rtp.h"
83
84 #if API_ALSA
85 #include <alsa/asoundlib.h>
86 #endif
87
88 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
89 # define MACHINE_AO_FMT AO_FMT_BIG
90 #else
91 # define MACHINE_AO_FMT AO_FMT_LITTLE
92 #endif
93
94 /** @brief How many seconds of input to buffer
95  *
96  * While any given connection has this much audio buffered, no more reads will
97  * be issued for that connection.  The decoder will have to wait.
98  */
99 #define BUFFER_SECONDS 5
100
101 #define FRAMES 4096                     /* Frame batch size */
102
103 /** @brief Bytes to send per network packet
104  *
105  * Don't make this too big or arithmetic will start to overflow.
106  */
107 #define NETWORK_BYTES (1024+sizeof(struct rtp_header))
108
109 /** @brief Maximum RTP playahead (ms) */
110 #define RTP_AHEAD_MS 1000
111
112 /** @brief Maximum number of FDs to poll for */
113 #define NFDS 256
114
115 /** @brief Track structure
116  *
117  * Known tracks are kept in a linked list.  Usually there will be at most two
118  * of these but rearranging the queue can cause there to be more.
119  */
120 static struct track {
121   struct track *next;                   /* next track */
122   int fd;                               /* input FD */
123   char id[24];                          /* ID */
124   size_t start, used;                   /* start + bytes used */
125   int eof;                              /* input is at EOF */
126   int got_format;                       /* got format yet? */
127   ao_sample_format format;              /* sample format */
128   unsigned long long played;            /* number of frames played */
129   char *buffer;                         /* sample buffer */
130   size_t size;                          /* sample buffer size */
131   int slot;                             /* poll array slot */
132 } *tracks, *playing;                    /* all tracks + playing track */
133
134 static time_t last_report;              /* when we last reported */
135 static int paused;                      /* pause status */
136 static size_t bpf;                      /* bytes per frame */
137 static struct pollfd fds[NFDS];         /* if we need more than that */
138 static int fdno;                        /* fd number */
139 static size_t bufsize;                  /* buffer size */
140 #if API_ALSA
141 /** @brief The current PCM handle */
142 static snd_pcm_t *pcm;
143 static snd_pcm_uframes_t last_pcm_bufsize; /* last seen buffer size */
144 static ao_sample_format pcm_format;     /* current format if aodev != 0 */
145 #endif
146
147 /** @brief Ready to send audio
148  *
149  * This is set when the destination is ready to receive audio.  Generally
150  * this implies that the sound device is open.  In the ALSA backend it
151  * does @b not necessarily imply that is has the right sample format.
152  */
153 static int ready;
154
155 static int forceplay;                   /* frames to force play */
156 static int cmdfd = -1;                  /* child process input */
157 static int bfd = -1;                    /* broadcast FD */
158
159 /** @brief RTP timestamp
160  *
161  * This counts the number of samples played (NB not the number of frames
162  * played).
163  *
164  * The timestamp in the packet header is only 32 bits wide.  With 44100Hz
165  * stereo, that only gives about half a day before wrapping, which is not
166  * particularly convenient for certain debugging purposes.  Therefore the
167  * timestamp is maintained as a 64-bit integer, giving around six million years
168  * before wrapping, and truncated to 32 bits when transmitting.
169  */
170 static uint64_t rtp_time;
171
172 /** @brief RTP base timestamp
173  *
174  * This is the real time correspoding to an @ref rtp_time of 0.  It is used
175  * to recalculate the timestamp after idle periods.
176  */
177 static struct timeval rtp_time_0;
178
179 static uint16_t rtp_seq;                /* frame sequence number */
180 static uint32_t rtp_id;                 /* RTP SSRC */
181 static int idled;                       /* set when idled */
182 static int audio_errors;                /* audio error counter */
183
184 /** @brief Structure of a backend */
185 struct speaker_backend {
186   /** @brief Which backend this is
187    *
188    * @c -1 terminates the list.
189    */
190   int backend;
191
192   /** @brief Flags
193    *
194    * Possible values
195    * - @ref FIXED_FORMAT
196    */
197   unsigned flags;
198 /** @brief Lock to configured sample format */
199 #define FIXED_FORMAT 0x0001
200   
201   /** @brief Initialization
202    *
203    * Called once at startup.  This is responsible for one-time setup
204    * operations, for instance opening a network socket to transmit to.
205    *
206    * When writing to a native sound API this might @b not imply opening the
207    * native sound device - that might be done by @c activate below.
208    */
209   void (*init)(void);
210
211   /** @brief Activation
212    * @return 0 on success, non-0 on error
213    *
214    * Called to activate the output device.
215    *
216    * After this function succeeds, @ref ready should be non-0.  As well as
217    * opening the audio device, this function is responsible for reconfiguring
218    * if it necessary to cope with different samples formats (for backends that
219    * don't demand a single fixed sample format for the lifetime of the server).
220    */
221   int (*activate)(void);
222
223   /** @brief Deactivation
224    *
225    * Called to deactivate the sound device.  This is the inverse of
226    * @c activate above.
227    */
228   void (*deactivate)(void);
229 };
230
231 /** @brief Selected backend */
232 static const struct speaker_backend *backend;
233
234 static const struct option options[] = {
235   { "help", no_argument, 0, 'h' },
236   { "version", no_argument, 0, 'V' },
237   { "config", required_argument, 0, 'c' },
238   { "debug", no_argument, 0, 'd' },
239   { "no-debug", no_argument, 0, 'D' },
240   { 0, 0, 0, 0 }
241 };
242
243 /* Display usage message and terminate. */
244 static void help(void) {
245   xprintf("Usage:\n"
246           "  disorder-speaker [OPTIONS]\n"
247           "Options:\n"
248           "  --help, -h              Display usage message\n"
249           "  --version, -V           Display version number\n"
250           "  --config PATH, -c PATH  Set configuration file\n"
251           "  --debug, -d             Turn on debugging\n"
252           "\n"
253           "Speaker process for DisOrder.  Not intended to be run\n"
254           "directly.\n");
255   xfclose(stdout);
256   exit(0);
257 }
258
259 /* Display version number and terminate. */
260 static void version(void) {
261   xprintf("disorder-speaker version %s\n", disorder_version_string);
262   xfclose(stdout);
263   exit(0);
264 }
265
266 /** @brief Return the number of bytes per frame in @p format */
267 static size_t bytes_per_frame(const ao_sample_format *format) {
268   return format->channels * format->bits / 8;
269 }
270
271 /** @brief Find track @p id, maybe creating it if not found */
272 static struct track *findtrack(const char *id, int create) {
273   struct track *t;
274
275   D(("findtrack %s %d", id, create));
276   for(t = tracks; t && strcmp(id, t->id); t = t->next)
277     ;
278   if(!t && create) {
279     t = xmalloc(sizeof *t);
280     t->next = tracks;
281     strcpy(t->id, id);
282     t->fd = -1;
283     tracks = t;
284     /* The initial input buffer will be the sample format. */
285     t->buffer = (void *)&t->format;
286     t->size = sizeof t->format;
287   }
288   return t;
289 }
290
291 /** @brief Remove track @p id (but do not destroy it) */
292 static struct track *removetrack(const char *id) {
293   struct track *t, **tt;
294
295   D(("removetrack %s", id));
296   for(tt = &tracks; (t = *tt) && strcmp(id, t->id); tt = &t->next)
297     ;
298   if(t)
299     *tt = t->next;
300   return t;
301 }
302
303 /** @brief Destroy a track */
304 static void destroy(struct track *t) {
305   D(("destroy %s", t->id));
306   if(t->fd != -1) xclose(t->fd);
307   if(t->buffer != (void *)&t->format) free(t->buffer);
308   free(t);
309 }
310
311 /** @brief Notice a new connection */
312 static void acquire(struct track *t, int fd) {
313   D(("acquire %s %d", t->id, fd));
314   if(t->fd != -1)
315     xclose(t->fd);
316   t->fd = fd;
317   nonblock(fd);
318 }
319
320 /** @brief Return true if A and B denote identical libao formats, else false */
321 static int formats_equal(const ao_sample_format *a,
322                          const ao_sample_format *b) {
323   return (a->bits == b->bits
324           && a->rate == b->rate
325           && a->channels == b->channels
326           && a->byte_format == b->byte_format);
327 }
328
329 /** @brief Compute arguments to sox */
330 static void soxargs(const char ***pp, char **qq, ao_sample_format *ao) {
331   int n;
332
333   *(*pp)++ = "-t.raw";
334   *(*pp)++ = "-s";
335   *(*pp)++ = *qq; n = sprintf(*qq, "-r%d", ao->rate); *qq += n + 1;
336   *(*pp)++ = *qq; n = sprintf(*qq, "-c%d", ao->channels); *qq += n + 1;
337   /* sox 12.17.9 insists on -b etc; CVS sox insists on -<n> etc; both are
338    * deployed! */
339   switch(config->sox_generation) {
340   case 0:
341     if(ao->bits != 8
342        && ao->byte_format != AO_FMT_NATIVE
343        && ao->byte_format != MACHINE_AO_FMT) {
344       *(*pp)++ = "-x";
345     }
346     switch(ao->bits) {
347     case 8: *(*pp)++ = "-b"; break;
348     case 16: *(*pp)++ = "-w"; break;
349     case 32: *(*pp)++ = "-l"; break;
350     case 64: *(*pp)++ = "-d"; break;
351     default: fatal(0, "cannot handle sample size %d", (int)ao->bits);
352     }
353     break;
354   case 1:
355     switch(ao->byte_format) {
356     case AO_FMT_NATIVE: break;
357     case AO_FMT_BIG: *(*pp)++ = "-B"; break;
358     case AO_FMT_LITTLE: *(*pp)++ = "-L"; break;
359     }
360     *(*pp)++ = *qq; n = sprintf(*qq, "-%d", ao->bits/8); *qq += n + 1;
361     break;
362   }
363 }
364
365 /** @brief Enable format translation
366  *
367  * If necessary, replaces a tracks inbound file descriptor with one connected
368  * to a sox invocation, which performs the required translation.
369  */
370 static void enable_translation(struct track *t) {
371   if((backend->flags & FIXED_FORMAT)
372      && !formats_equal(&t->format, &config->sample_format)) {
373     char argbuf[1024], *q = argbuf;
374     const char *av[18], **pp = av;
375     int soxpipe[2];
376     pid_t soxkid;
377
378     *pp++ = "sox";
379     soxargs(&pp, &q, &t->format);
380     *pp++ = "-";
381     soxargs(&pp, &q, &config->sample_format);
382     *pp++ = "-";
383     *pp++ = 0;
384     if(debugging) {
385       for(pp = av; *pp; pp++)
386         D(("sox arg[%d] = %s", pp - av, *pp));
387       D(("end args"));
388     }
389     xpipe(soxpipe);
390     soxkid = xfork();
391     if(soxkid == 0) {
392       signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
393       xdup2(t->fd, 0);
394       xdup2(soxpipe[1], 1);
395       fcntl(0, F_SETFL, fcntl(0, F_GETFL) & ~O_NONBLOCK);
396       close(soxpipe[0]);
397       close(soxpipe[1]);
398       close(t->fd);
399       execvp("sox", (char **)av);
400       _exit(1);
401     }
402     D(("forking sox for format conversion (kid = %d)", soxkid));
403     close(t->fd);
404     close(soxpipe[1]);
405     t->fd = soxpipe[0];
406     t->format = config->sample_format;
407   }
408 }
409
410 /** @brief Read data into a sample buffer
411  * @param t Pointer to track
412  * @return 0 on success, -1 on EOF
413  *
414  * This is effectively the read callback on @c t->fd.
415  */
416 static int fill(struct track *t) {
417   size_t where, left;
418   int n;
419
420   D(("fill %s: eof=%d used=%zu size=%zu  got_format=%d",
421      t->id, t->eof, t->used, t->size, t->got_format));
422   if(t->eof) return -1;
423   if(t->used < t->size) {
424     /* there is room left in the buffer */
425     where = (t->start + t->used) % t->size;
426     if(t->got_format) {
427       /* We are reading audio data, get as much as we can */
428       if(where >= t->start) left = t->size - where;
429       else left = t->start - where;
430     } else
431       /* We are still waiting for the format, only get that */
432       left = sizeof (ao_sample_format) - t->used;
433     do {
434       n = read(t->fd, t->buffer + where, left);
435     } while(n < 0 && errno == EINTR);
436     if(n < 0) {
437       if(errno != EAGAIN) fatal(errno, "error reading sample stream");
438       return 0;
439     }
440     if(n == 0) {
441       D(("fill %s: eof detected", t->id));
442       t->eof = 1;
443       return -1;
444     }
445     t->used += n;
446     if(!t->got_format && t->used >= sizeof (ao_sample_format)) {
447       assert(t->used == sizeof (ao_sample_format));
448       /* Check that our assumptions are met. */
449       if(t->format.bits & 7)
450         fatal(0, "bits per sample not a multiple of 8");
451       /* If the input format is unsuitable, arrange to translate it */
452       enable_translation(t);
453       /* Make a new buffer for audio data. */
454       t->size = bytes_per_frame(&t->format) * t->format.rate * BUFFER_SECONDS;
455       t->buffer = xmalloc(t->size);
456       t->used = 0;
457       t->got_format = 1;
458       D(("got format for %s", t->id));
459     }
460   }
461   return 0;
462 }
463
464 /** @brief Close the sound device */
465 static void idle(void) {
466   D(("idle"));
467   if(backend->deactivate)
468     backend->deactivate();
469   idled = 1;
470   ready = 0;
471 }
472
473 /** @brief Abandon the current track */
474 static void abandon(void) {
475   struct speaker_message sm;
476
477   D(("abandon"));
478   memset(&sm, 0, sizeof sm);
479   sm.type = SM_FINISHED;
480   strcpy(sm.id, playing->id);
481   speaker_send(1, &sm, 0);
482   removetrack(playing->id);
483   destroy(playing);
484   playing = 0;
485   forceplay = 0;
486 }
487
488 #if API_ALSA
489 /** @brief Log ALSA parameters */
490 static void log_params(snd_pcm_hw_params_t *hwparams,
491                        snd_pcm_sw_params_t *swparams) {
492   snd_pcm_uframes_t f;
493   unsigned u;
494
495   return;                               /* too verbose */
496   if(hwparams) {
497     /* TODO */
498   }
499   if(swparams) {
500     snd_pcm_sw_params_get_silence_size(swparams, &f);
501     info("sw silence_size=%lu", (unsigned long)f);
502     snd_pcm_sw_params_get_silence_threshold(swparams, &f);
503     info("sw silence_threshold=%lu", (unsigned long)f);
504     snd_pcm_sw_params_get_sleep_min(swparams, &u);
505     info("sw sleep_min=%lu", (unsigned long)u);
506     snd_pcm_sw_params_get_start_threshold(swparams, &f);
507     info("sw start_threshold=%lu", (unsigned long)f);
508     snd_pcm_sw_params_get_stop_threshold(swparams, &f);
509     info("sw stop_threshold=%lu", (unsigned long)f);
510     snd_pcm_sw_params_get_xfer_align(swparams, &f);
511     info("sw xfer_align=%lu", (unsigned long)f);
512   }
513 }
514 #endif
515
516 /** @brief Enable sound output
517  *
518  * Makes sure the sound device is open and has the right sample format.  Return
519  * 0 on success and -1 on error.
520  */
521 static int activate(void) {
522   /* If we don't know the format yet we cannot start. */
523   if(!playing->got_format) {
524     D((" - not got format for %s", playing->id));
525     return -1;
526   }
527   return backend->activate();
528 }
529
530 /* Check to see whether the current track has finished playing */
531 static void maybe_finished(void) {
532   if(playing
533      && playing->eof
534      && (!playing->got_format
535          || playing->used < bytes_per_frame(&playing->format)))
536     abandon();
537 }
538
539 static void fork_cmd(void) {
540   pid_t cmdpid;
541   int pfd[2];
542   if(cmdfd != -1) close(cmdfd);
543   xpipe(pfd);
544   cmdpid = xfork();
545   if(!cmdpid) {
546     signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
547     xdup2(pfd[0], 0);
548     close(pfd[0]);
549     close(pfd[1]);
550     execl("/bin/sh", "sh", "-c", config->speaker_command, (char *)0);
551     fatal(errno, "error execing /bin/sh");
552   }
553   close(pfd[0]);
554   cmdfd = pfd[1];
555   D(("forked cmd %d, fd = %d", cmdpid, cmdfd));
556 }
557
558 static void play(size_t frames) {
559   size_t avail_bytes, write_bytes, written_frames;
560   ssize_t written_bytes;
561   struct rtp_header header;
562   struct iovec vec[2];
563
564   if(activate()) {
565     if(playing)
566       forceplay = frames;
567     else
568       forceplay = 0;                    /* Must have called abandon() */
569     return;
570   }
571   D(("play: play %zu/%zu%s %dHz %db %dc",  frames, playing->used / bpf,
572      playing->eof ? " EOF" : "",
573      playing->format.rate,
574      playing->format.bits,
575      playing->format.channels));
576   /* If we haven't got enough bytes yet wait until we have.  Exception: when
577    * we are at eof. */
578   if(playing->used < frames * bpf && !playing->eof) {
579     forceplay = frames;
580     return;
581   }
582   /* We have got enough data so don't force play again */
583   forceplay = 0;
584   /* Figure out how many frames there are available to write */
585   if(playing->start + playing->used > playing->size)
586     avail_bytes = playing->size - playing->start;
587   else
588     avail_bytes = playing->used;
589
590   switch(config->speaker_backend) {
591 #if API_ALSA
592   case BACKEND_ALSA: {
593     snd_pcm_sframes_t pcm_written_frames;
594     size_t avail_frames;
595     int err;
596
597     avail_frames = avail_bytes / bpf;
598     if(avail_frames > frames)
599       avail_frames = frames;
600     if(!avail_frames)
601       return;
602     pcm_written_frames = snd_pcm_writei(pcm,
603                                         playing->buffer + playing->start,
604                                         avail_frames);
605     D(("actually play %zu frames, wrote %d",
606        avail_frames, (int)pcm_written_frames));
607     if(pcm_written_frames < 0) {
608       switch(pcm_written_frames) {
609         case -EPIPE:                        /* underrun */
610           error(0, "snd_pcm_writei reports underrun");
611           if((err = snd_pcm_prepare(pcm)) < 0)
612             fatal(0, "error calling snd_pcm_prepare: %d", err);
613           return;
614         case -EAGAIN:
615           return;
616         default:
617           fatal(0, "error calling snd_pcm_writei: %d",
618                 (int)pcm_written_frames);
619       }
620     }
621     written_frames = pcm_written_frames;
622     written_bytes = written_frames * bpf;
623     break;
624   }
625 #endif
626   case BACKEND_COMMAND:
627     if(avail_bytes > frames * bpf)
628       avail_bytes = frames * bpf;
629     written_bytes = write(cmdfd, playing->buffer + playing->start,
630                           avail_bytes);
631     D(("actually play %zu bytes, wrote %d",
632        avail_bytes, (int)written_bytes));
633     if(written_bytes < 0) {
634       switch(errno) {
635         case EPIPE:
636           error(0, "hmm, command died; trying another");
637           fork_cmd();
638           return;
639         case EAGAIN:
640           return;
641       }
642     }
643     written_frames = written_bytes / bpf; /* good enough */
644     break;
645   case BACKEND_NETWORK:
646     /* We transmit using RTP (RFC3550) and attempt to conform to the internet
647      * AVT profile (RFC3551). */
648
649     if(idled) {
650       /* There may have been a gap.  Fix up the RTP time accordingly. */
651       struct timeval now;
652       uint64_t delta;
653       uint64_t target_rtp_time;
654
655       /* Find the current time */
656       xgettimeofday(&now, 0);
657       /* Find the number of microseconds elapsed since rtp_time=0 */
658       delta = tvsub_us(now, rtp_time_0);
659       assert(delta <= UINT64_MAX / 88200);
660       target_rtp_time = (delta * playing->format.rate
661                                * playing->format.channels) / 1000000;
662       /* Overflows at ~6 years uptime with 44100Hz stereo */
663
664       /* rtp_time is the number of samples we've played.  NB that we play
665        * RTP_AHEAD_MS ahead of ourselves, so it may legitimately be ahead of
666        * the value we deduce from time comparison.
667        *
668        * Suppose we have 1s track started at t=0, and another track begins to
669        * play at t=2s.  Suppose RTP_AHEAD_MS=1000 and 44100Hz stereo.  In that
670        * case we'll send 1s of audio as fast as we can, giving rtp_time=88200.
671        * rtp_time stops at this point.
672        *
673        * At t=2s we'll have calculated target_rtp_time=176400.  In this case we
674        * set rtp_time=176400 and the player can correctly conclude that it
675        * should leave 1s between the tracks.
676        *
677        * Suppose instead that the second track arrives at t=0.5s, and that
678        * we've managed to transmit the whole of the first track already.  We'll
679        * have target_rtp_time=44100.
680        *
681        * The desired behaviour is to play the second track back to back with
682        * first.  In this case therefore we do not modify rtp_time.
683        *
684        * Is it ever right to reduce rtp_time?  No; for that would imply
685        * transmitting packets with overlapping timestamp ranges, which does not
686        * make sense.
687        */
688       if(target_rtp_time > rtp_time) {
689         /* More time has elapsed than we've transmitted samples.  That implies
690          * we've been 'sending' silence.  */
691         info("advancing rtp_time by %"PRIu64" samples",
692              target_rtp_time - rtp_time);
693         rtp_time = target_rtp_time;
694       } else if(target_rtp_time < rtp_time) {
695         const int64_t samples_ahead = ((uint64_t)RTP_AHEAD_MS
696                                            * config->sample_format.rate
697                                            * config->sample_format.channels
698                                            / 1000);
699         
700         if(target_rtp_time + samples_ahead < rtp_time) {
701           info("reversing rtp_time by %"PRIu64" samples",
702                rtp_time - target_rtp_time);
703         }
704       }
705     }
706     header.vpxcc = 2 << 6;              /* V=2, P=0, X=0, CC=0 */
707     header.seq = htons(rtp_seq++);
708     header.timestamp = htonl((uint32_t)rtp_time);
709     header.ssrc = rtp_id;
710     header.mpt = (idled ? 0x80 : 0x00) | 10;
711     /* 10 = L16 = 16-bit x 2 x 44100KHz.  We ought to deduce this value from
712      * the sample rate (in a library somewhere so that configuration.c can rule
713      * out invalid rates).
714      */
715     idled = 0;
716     if(avail_bytes > NETWORK_BYTES - sizeof header) {
717       avail_bytes = NETWORK_BYTES - sizeof header;
718       /* Always send a whole number of frames */
719       avail_bytes -= avail_bytes % bpf;
720     }
721     /* "The RTP clock rate used for generating the RTP timestamp is independent
722      * of the number of channels and the encoding; it equals the number of
723      * sampling periods per second.  For N-channel encodings, each sampling
724      * period (say, 1/8000 of a second) generates N samples. (This terminology
725      * is standard, but somewhat confusing, as the total number of samples
726      * generated per second is then the sampling rate times the channel
727      * count.)"
728      */
729     write_bytes = avail_bytes;
730     if(write_bytes) {
731       vec[0].iov_base = (void *)&header;
732       vec[0].iov_len = sizeof header;
733       vec[1].iov_base = playing->buffer + playing->start;
734       vec[1].iov_len = avail_bytes;
735       do {
736         written_bytes = writev(bfd,
737                                vec,
738                                2);
739       } while(written_bytes < 0 && errno == EINTR);
740       if(written_bytes < 0) {
741         error(errno, "error transmitting audio data");
742         ++audio_errors;
743         if(audio_errors == 10)
744           fatal(0, "too many audio errors");
745       return;
746       }
747     } else
748     audio_errors /= 2;
749     written_bytes = avail_bytes;
750     written_frames = written_bytes / bpf;
751     /* Advance RTP's notion of the time */
752     rtp_time += written_frames * playing->format.channels;
753     break;
754   default:
755     assert(!"reached");
756   }
757   /* written_bytes and written_frames had better both be set and correct by
758    * this point */
759   playing->start += written_bytes;
760   playing->used -= written_bytes;
761   playing->played += written_frames;
762   /* If the pointer is at the end of the buffer (or the buffer is completely
763    * empty) wrap it back to the start. */
764   if(!playing->used || playing->start == playing->size)
765     playing->start = 0;
766   frames -= written_frames;
767 }
768
769 /* Notify the server what we're up to. */
770 static void report(void) {
771   struct speaker_message sm;
772
773   if(playing && playing->buffer != (void *)&playing->format) {
774     memset(&sm, 0, sizeof sm);
775     sm.type = paused ? SM_PAUSED : SM_PLAYING;
776     strcpy(sm.id, playing->id);
777     sm.data = playing->played / playing->format.rate;
778     speaker_send(1, &sm, 0);
779   }
780   time(&last_report);
781 }
782
783 static void reap(int __attribute__((unused)) sig) {
784   pid_t cmdpid;
785   int st;
786
787   do
788     cmdpid = waitpid(-1, &st, WNOHANG);
789   while(cmdpid > 0);
790   signal(SIGCHLD, reap);
791 }
792
793 static int addfd(int fd, int events) {
794   if(fdno < NFDS) {
795     fds[fdno].fd = fd;
796     fds[fdno].events = events;
797     return fdno++;
798   } else
799     return -1;
800 }
801
802 #if API_ALSA
803 /** @brief ALSA backend initialization */
804 static void alsa_init(void) {
805   info("selected ALSA backend");
806 }
807
808 /** @brief ALSA backend activation */
809 static int alsa_activate(void) {
810   /* If we need to change format then close the current device. */
811   if(pcm && !formats_equal(&playing->format, &pcm_format))
812     idle();
813   if(!pcm) {
814     snd_pcm_hw_params_t *hwparams;
815     snd_pcm_sw_params_t *swparams;
816     snd_pcm_uframes_t pcm_bufsize;
817     int err;
818     int sample_format = 0;
819     unsigned rate;
820
821     D(("snd_pcm_open"));
822     if((err = snd_pcm_open(&pcm,
823                            config->device,
824                            SND_PCM_STREAM_PLAYBACK,
825                            SND_PCM_NONBLOCK))) {
826       error(0, "error from snd_pcm_open: %d", err);
827       goto error;
828     }
829     snd_pcm_hw_params_alloca(&hwparams);
830     D(("set up hw params"));
831     if((err = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams)) < 0)
832       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_any: %d", err);
833     if((err = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams,
834                                            SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)) < 0)
835       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_access: %d", err);
836     switch(playing->format.bits) {
837     case 8:
838       sample_format = SND_PCM_FORMAT_S8;
839       break;
840     case 16:
841       switch(playing->format.byte_format) {
842       case AO_FMT_NATIVE: sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16; break;
843       case AO_FMT_LITTLE: sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE; break;
844       case AO_FMT_BIG: sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16_BE; break;
845         error(0, "unrecognized byte format %d", playing->format.byte_format);
846         goto fatal;
847       }
848       break;
849     default:
850       error(0, "unsupported sample size %d", playing->format.bits);
851       goto fatal;
852     }
853     if((err = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams,
854                                            sample_format)) < 0) {
855       error(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_format (%d): %d",
856             sample_format, err);
857       goto fatal;
858     }
859     rate = playing->format.rate;
860     if((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(pcm, hwparams, &rate, 0)) < 0) {
861       error(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_rate (%d): %d",
862             playing->format.rate, err);
863       goto fatal;
864     }
865     if(rate != (unsigned)playing->format.rate)
866       info("want rate %d, got %u", playing->format.rate, rate);
867     if((err = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams,
868                                              playing->format.channels)) < 0) {
869       error(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_channels (%d): %d",
870             playing->format.channels, err);
871       goto fatal;
872     }
873     bufsize = 3 * FRAMES;
874     pcm_bufsize = bufsize;
875     if((err = snd_pcm_hw_params_set_buffer_size_near(pcm, hwparams,
876                                                      &pcm_bufsize)) < 0)
877       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_buffer_size (%d): %d",
878             3 * FRAMES, err);
879     if(pcm_bufsize != 3 * FRAMES && pcm_bufsize != last_pcm_bufsize)
880       info("asked for PCM buffer of %d frames, got %d",
881            3 * FRAMES, (int)pcm_bufsize);
882     last_pcm_bufsize = pcm_bufsize;
883     if((err = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams)) < 0)
884       fatal(0, "error calling snd_pcm_hw_params: %d", err);
885     D(("set up sw params"));
886     snd_pcm_sw_params_alloca(&swparams);
887     if((err = snd_pcm_sw_params_current(pcm, swparams)) < 0)
888       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params_current: %d", err);
889     if((err = snd_pcm_sw_params_set_avail_min(pcm, swparams, FRAMES)) < 0)
890       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params_set_avail_min %d: %d",
891             FRAMES, err);
892     if((err = snd_pcm_sw_params(pcm, swparams)) < 0)
893       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params: %d", err);
894     pcm_format = playing->format;
895     bpf = bytes_per_frame(&pcm_format);
896     D(("acquired audio device"));
897     log_params(hwparams, swparams);
898     ready = 1;
899   }
900   return 0;
901 fatal:
902   abandon();
903 error:
904   /* We assume the error is temporary and that we'll retry in a bit. */
905   if(pcm) {
906     snd_pcm_close(pcm);
907     pcm = 0;
908   }
909   return -1;
910 }
911
912 /** @brief ALSA deactivation */
913 static void alsa_deactivate(void) {
914   if(pcm) {
915     int  err;
916     
917     if((err = snd_pcm_nonblock(pcm, 0)) < 0)
918       fatal(0, "error calling snd_pcm_nonblock: %d", err);
919     D(("draining pcm"));
920     snd_pcm_drain(pcm);
921     D(("closing pcm"));
922     snd_pcm_close(pcm);
923     pcm = 0;
924     forceplay = 0;
925     D(("released audio device"));
926   }
927 }
928 #endif
929
930 /** @brief Command backend initialization */
931 static void command_init(void) {
932   info("selected command backend");
933   fork_cmd();
934 }
935
936 /** @brief Command/network backend activation */
937 static int generic_activate(void) {
938   if(!ready) {
939     bufsize = 3 * FRAMES;
940     bpf = bytes_per_frame(&config->sample_format);
941     D(("acquired audio device"));
942     ready = 1;
943   }
944   return 0;
945 }
946
947 /** @brief Network backend initialization */
948 static void network_init(void) {
949   struct addrinfo *res, *sres;
950   static const struct addrinfo pref = {
951     0,
952     PF_INET,
953     SOCK_DGRAM,
954     IPPROTO_UDP,
955     0,
956     0,
957     0,
958     0
959   };
960   static const struct addrinfo prefbind = {
961     AI_PASSIVE,
962     PF_INET,
963     SOCK_DGRAM,
964     IPPROTO_UDP,
965     0,
966     0,
967     0,
968     0
969   };
970   static const int one = 1;
971   int sndbuf, target_sndbuf = 131072;
972   socklen_t len;
973   char *sockname, *ssockname;
974
975   res = get_address(&config->broadcast, &pref, &sockname);
976   if(!res) exit(-1);
977   if(config->broadcast_from.n) {
978     sres = get_address(&config->broadcast_from, &prefbind, &ssockname);
979     if(!sres) exit(-1);
980   } else
981     sres = 0;
982   if((bfd = socket(res->ai_family,
983                    res->ai_socktype,
984                    res->ai_protocol)) < 0)
985     fatal(errno, "error creating broadcast socket");
986   if(setsockopt(bfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &one, sizeof one) < 0)
987     fatal(errno, "error setting SO_BROADCAST on broadcast socket");
988   len = sizeof sndbuf;
989   if(getsockopt(bfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF,
990                 &sndbuf, &len) < 0)
991     fatal(errno, "error getting SO_SNDBUF");
992   if(target_sndbuf > sndbuf) {
993     if(setsockopt(bfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF,
994                   &target_sndbuf, sizeof target_sndbuf) < 0)
995       error(errno, "error setting SO_SNDBUF to %d", target_sndbuf);
996     else
997       info("changed socket send buffer size from %d to %d",
998            sndbuf, target_sndbuf);
999   } else
1000     info("default socket send buffer is %d",
1001          sndbuf);
1002   /* We might well want to set additional broadcast- or multicast-related
1003    * options here */
1004   if(sres && bind(bfd, sres->ai_addr, sres->ai_addrlen) < 0)
1005     fatal(errno, "error binding broadcast socket to %s", ssockname);
1006   if(connect(bfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0)
1007     fatal(errno, "error connecting broadcast socket to %s", sockname);
1008   /* Select an SSRC */
1009   gcry_randomize(&rtp_id, sizeof rtp_id, GCRY_STRONG_RANDOM);
1010   info("selected network backend, sending to %s", sockname);
1011   if(config->sample_format.byte_format != AO_FMT_BIG) {
1012     info("forcing big-endian sample format");
1013     config->sample_format.byte_format = AO_FMT_BIG;
1014   }
1015 }
1016
1017 /** @brief Table of speaker backends */
1018 static const struct speaker_backend backends[] = {
1019 #if API_ALSA
1020   {
1021     BACKEND_ALSA,
1022     0,
1023     alsa_init,
1024     alsa_activate,
1025     alsa_deactivate
1026   },
1027 #endif
1028   {
1029     BACKEND_COMMAND,
1030     FIXED_FORMAT,
1031     command_init,
1032     generic_activate,
1033     0                                   /* deactivate */
1034   },
1035   {
1036     BACKEND_NETWORK,
1037     FIXED_FORMAT,
1038     network_init,
1039     generic_activate,
1040     0                                   /* deactivate */
1041   },
1042   { -1, 0, 0, 0, 0 }
1043 };
1044
1045 int main(int argc, char **argv) {
1046   int n, fd, stdin_slot, alsa_slots, cmdfd_slot, bfd_slot, poke, timeout;
1047   struct track *t;
1048   struct speaker_message sm;
1049 #if API_ALSA
1050   int alsa_nslots = -1, err;
1051 #endif
1052
1053   set_progname(argv);
1054   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
1055   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVc:dD", options, 0)) >= 0) {
1056     switch(n) {
1057     case 'h': help();
1058     case 'V': version();
1059     case 'c': configfile = optarg; break;
1060     case 'd': debugging = 1; break;
1061     case 'D': debugging = 0; break;
1062     default: fatal(0, "invalid option");
1063     }
1064   }
1065   if(getenv("DISORDER_DEBUG_SPEAKER")) debugging = 1;
1066   /* If stderr is a TTY then log there, otherwise to syslog. */
1067   if(!isatty(2)) {
1068     openlog(progname, LOG_PID, LOG_DAEMON);
1069     log_default = &log_syslog;
1070   }
1071   if(config_read()) fatal(0, "cannot read configuration");
1072   /* ignore SIGPIPE */
1073   signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
1074   /* reap kids */
1075   signal(SIGCHLD, reap);
1076   /* set nice value */
1077   xnice(config->nice_speaker);
1078   /* change user */
1079   become_mortal();
1080   /* make sure we're not root, whatever the config says */
1081   if(getuid() == 0 || geteuid() == 0) fatal(0, "do not run as root");
1082   /* identify the backend used to play */
1083   for(n = 0; backends[n].backend != -1; ++n)
1084     if(backends[n].backend == config->speaker_backend)
1085       break;
1086   if(backends[n].backend == -1)
1087     fatal(0, "unsupported backend %d", config->speaker_backend);
1088   backend = &backends[n];
1089   /* backend-specific initialization */
1090   backend->init();
1091   while(getppid() != 1) {
1092     fdno = 0;
1093     /* Always ready for commands from the main server. */
1094     stdin_slot = addfd(0, POLLIN);
1095     /* Try to read sample data for the currently playing track if there is
1096      * buffer space. */
1097     if(playing && !playing->eof && playing->used < playing->size) {
1098       playing->slot = addfd(playing->fd, POLLIN);
1099     } else if(playing)
1100       playing->slot = -1;
1101     /* If forceplay is set then wait until it succeeds before waiting on the
1102      * sound device. */
1103     alsa_slots = -1;
1104     cmdfd_slot = -1;
1105     bfd_slot = -1;
1106     /* By default we will wait up to a second before thinking about current
1107      * state. */
1108     timeout = 1000;
1109     if(ready && !forceplay) {
1110       switch(config->speaker_backend) {
1111       case BACKEND_COMMAND:
1112         /* We send sample data to the subprocess as fast as it can accept it.
1113          * This isn't ideal as pause latency can be very high as a result. */
1114         if(cmdfd >= 0)
1115           cmdfd_slot = addfd(cmdfd, POLLOUT);
1116         break;
1117       case BACKEND_NETWORK: {
1118         struct timeval now;
1119         uint64_t target_us;
1120         uint64_t target_rtp_time;
1121         const int64_t samples_ahead = ((uint64_t)RTP_AHEAD_MS
1122                                            * config->sample_format.rate
1123                                            * config->sample_format.channels
1124                                            / 1000);
1125 #if 0
1126         static unsigned logit;
1127 #endif
1128
1129         /* If we're starting then initialize the base time */
1130         if(!rtp_time)
1131           xgettimeofday(&rtp_time_0, 0);
1132         /* We send audio data whenever we get RTP_AHEAD seconds or more
1133          * behind */
1134         xgettimeofday(&now, 0);
1135         target_us = tvsub_us(now, rtp_time_0);
1136         assert(target_us <= UINT64_MAX / 88200);
1137         target_rtp_time = (target_us * config->sample_format.rate
1138                                      * config->sample_format.channels)
1139
1140                           / 1000000;
1141 #if 0
1142         /* TODO remove logging guff */
1143         if(!(logit++ & 1023))
1144           info("rtp_time %llu target %llu difference %lld [%lld]", 
1145                rtp_time, target_rtp_time,
1146                rtp_time - target_rtp_time,
1147                samples_ahead);
1148 #endif
1149         if((int64_t)(rtp_time - target_rtp_time) < samples_ahead)
1150           bfd_slot = addfd(bfd, POLLOUT);
1151         break;
1152       }
1153 #if API_ALSA
1154       case BACKEND_ALSA: {
1155         /* We send sample data to ALSA as fast as it can accept it, relying on
1156          * the fact that it has a relatively small buffer to minimize pause
1157          * latency. */
1158         int retry = 3;
1159         
1160         alsa_slots = fdno;
1161         do {
1162           retry = 0;
1163           alsa_nslots = snd_pcm_poll_descriptors(pcm, &fds[fdno], NFDS - fdno);
1164           if((alsa_nslots <= 0
1165               || !(fds[alsa_slots].events & POLLOUT))
1166              && snd_pcm_state(pcm) == SND_PCM_STATE_XRUN) {
1167             error(0, "underrun detected after call to snd_pcm_poll_descriptors()");
1168             if((err = snd_pcm_prepare(pcm)))
1169               fatal(0, "error calling snd_pcm_prepare: %d", err);
1170           } else
1171             break;
1172         } while(retry-- > 0);
1173         if(alsa_nslots >= 0)
1174           fdno += alsa_nslots;
1175         break;
1176       }
1177 #endif
1178       default:
1179         assert(!"unknown backend");
1180       }
1181     }
1182     /* If any other tracks don't have a full buffer, try to read sample data
1183      * from them. */
1184     for(t = tracks; t; t = t->next)
1185       if(t != playing) {
1186         if(!t->eof && t->used < t->size) {
1187           t->slot = addfd(t->fd,  POLLIN | POLLHUP);
1188         } else
1189           t->slot = -1;
1190       }
1191     /* Wait for something interesting to happen */
1192     n = poll(fds, fdno, timeout);
1193     if(n < 0) {
1194       if(errno == EINTR) continue;
1195       fatal(errno, "error calling poll");
1196     }
1197     /* Play some sound before doing anything else */
1198     poke = 0;
1199     switch(config->speaker_backend) {
1200 #if API_ALSA
1201     case BACKEND_ALSA:
1202       if(alsa_slots != -1) {
1203         unsigned short alsa_revents;
1204         
1205         if((err = snd_pcm_poll_descriptors_revents(pcm,
1206                                                    &fds[alsa_slots],
1207                                                    alsa_nslots,
1208                                                    &alsa_revents)) < 0)
1209           fatal(0, "error calling snd_pcm_poll_descriptors_revents: %d", err);
1210         if(alsa_revents & (POLLOUT | POLLERR))
1211           play(3 * FRAMES);
1212       } else
1213         poke = 1;
1214       break;
1215 #endif
1216     case BACKEND_COMMAND:
1217       if(cmdfd_slot != -1) {
1218         if(fds[cmdfd_slot].revents & (POLLOUT | POLLERR))
1219           play(3 * FRAMES);
1220       } else
1221         poke = 1;
1222       break;
1223     case BACKEND_NETWORK:
1224       if(bfd_slot != -1) {
1225         if(fds[bfd_slot].revents & (POLLOUT | POLLERR))
1226           play(3 * FRAMES);
1227       } else
1228         poke = 1;
1229       break;
1230     }
1231     if(poke) {
1232       /* Some attempt to play must have failed */
1233       if(playing && !paused)
1234         play(forceplay);
1235       else
1236         forceplay = 0;                  /* just in case */
1237     }
1238     /* Perhaps we have a command to process */
1239     if(fds[stdin_slot].revents & POLLIN) {
1240       n = speaker_recv(0, &sm, &fd);
1241       if(n > 0)
1242         switch(sm.type) {
1243         case SM_PREPARE:
1244           D(("SM_PREPARE %s %d", sm.id, fd));
1245           if(fd == -1) fatal(0, "got SM_PREPARE but no file descriptor");
1246           t = findtrack(sm.id, 1);
1247           acquire(t, fd);
1248           break;
1249         case SM_PLAY:
1250           D(("SM_PLAY %s %d", sm.id, fd));
1251           if(playing) fatal(0, "got SM_PLAY but already playing something");
1252           t = findtrack(sm.id, 1);
1253           if(fd != -1) acquire(t, fd);
1254           playing = t;
1255           play(bufsize);
1256           report();
1257           break;
1258         case SM_PAUSE:
1259           D(("SM_PAUSE"));
1260           paused = 1;
1261           report();
1262           break;
1263         case SM_RESUME:
1264           D(("SM_RESUME"));
1265           if(paused) {
1266             paused = 0;
1267             if(playing)
1268               play(bufsize);
1269           }
1270           report();
1271           break;
1272         case SM_CANCEL:
1273           D(("SM_CANCEL %s",  sm.id));
1274           t = removetrack(sm.id);
1275           if(t) {
1276             if(t == playing) {
1277               sm.type = SM_FINISHED;
1278               strcpy(sm.id, playing->id);
1279               speaker_send(1, &sm, 0);
1280               playing = 0;
1281             }
1282             destroy(t);
1283           } else
1284             error(0, "SM_CANCEL for unknown track %s", sm.id);
1285           report();
1286           break;
1287         case SM_RELOAD:
1288           D(("SM_RELOAD"));
1289           if(config_read()) error(0, "cannot read configuration");
1290           info("reloaded configuration");
1291           break;
1292         default:
1293           error(0, "unknown message type %d", sm.type);
1294         }
1295     }
1296     /* Read in any buffered data */
1297     for(t = tracks; t; t = t->next)
1298       if(t->slot != -1 && (fds[t->slot].revents & (POLLIN | POLLHUP)))
1299          fill(t);
1300     /* We might be able to play now */
1301     if(ready && forceplay && playing && !paused)
1302       play(forceplay);
1303     /* Maybe we finished playing a track somewhere in the above */
1304     maybe_finished();
1305     /* If we don't need the sound device for now then close it for the benefit
1306      * of anyone else who wants it. */
1307     if((!playing || paused) && ready)
1308       idle();
1309     /* If we've not reported out state for a second do so now. */
1310     if(time(0) > last_report)
1311       report();
1312   }
1313   info("stopped (parent terminated)");
1314   exit(0);
1315 }
1316
1317 /*
1318 Local Variables:
1319 c-basic-offset:2
1320 comment-column:40
1321 fill-column:79
1322 indent-tabs-mode:nil
1323 End:
1324 */