Fix comment.
[ardour.git] / libs / vamp-sdk / vamp-sdk / Plugin.h
1 /* -*- c-basic-offset: 4 indent-tabs-mode: nil -*-  vi:set ts=8 sts=4 sw=4: */
2
3 /*
4     Vamp
5
6     An API for audio analysis and feature extraction plugins.
7
8     Centre for Digital Music, Queen Mary, University of London.
9     Copyright 2006 Chris Cannam.
10   
11     Permission is hereby granted, free of charge, to any person
12     obtaining a copy of this software and associated documentation
13     files (the "Software"), to deal in the Software without
14     restriction, including without limitation the rights to use, copy,
15     modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies
16     of the Software, and to permit persons to whom the Software is
17     furnished to do so, subject to the following conditions:
18
19     The above copyright notice and this permission notice shall be
20     included in all copies or substantial portions of the Software.
21
22     THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
23     EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
24     MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
25     NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS BE LIABLE FOR
26     ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF
27     CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION
28     WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
29
30     Except as contained in this notice, the names of the Centre for
31     Digital Music; Queen Mary, University of London; and Chris Cannam
32     shall not be used in advertising or otherwise to promote the sale,
33     use or other dealings in this Software without prior written
34     authorization.
35 */
36
37 #ifndef _VAMP_SDK_PLUGIN_H_
38 #define _VAMP_SDK_PLUGIN_H_
39
40 #include <string>
41 #include <vector>
42 #include <map>
43
44 #include "PluginBase.h"
45 #include "RealTime.h"
46
47 #include "plugguard.h"
48 _VAMP_SDK_PLUGSPACE_BEGIN(Plugin.h)
49
50 namespace Vamp {
51
52 /**
53  * \class Plugin Plugin.h <vamp-sdk/Plugin.h>
54  * 
55  * Vamp::Plugin is a base class for plugin instance classes
56  * that provide feature extraction from audio or related data.
57  *
58  * In most cases, the input will be audio and the output will be a
59  * stream of derived data at a lower sampling resolution than the
60  * input.
61  *
62  * Note that this class inherits several abstract methods from
63  * PluginBase.  These must be implemented by the subclass.
64  * 
65  * 
66  * PLUGIN LIFECYCLE
67  *
68  * Feature extraction plugins are managed differently from real-time
69  * plugins (such as VST effects).  The main difference is that the
70  * parameters for a feature extraction plugin are configured before
71  * the plugin is used, and do not change during use.
72  *
73  * 1. Host constructs the plugin, passing it the input sample rate.
74  * The plugin may do basic initialisation, but should not do anything
75  * computationally expensive at this point.  You must make sure your
76  * plugin is cheap to construct, otherwise you'll seriously affect the
77  * startup performance of almost all hosts.  If you have serious
78  * initialisation to do, the proper place is in initialise() (step 5).
79  *
80  * 2. Host may query the plugin's available outputs.
81  *
82  * 3. Host queries programs and parameter descriptors, and may set
83  * some or all of them.  Parameters that are not explicitly set should
84  * take their default values as specified in the parameter descriptor.
85  * When a program is set, the parameter values may change and the host
86  * will re-query them to check.
87  *
88  * 4. Host queries the preferred step size, block size and number of
89  * channels.  These may all vary depending on the parameter values.
90  * (Note however that you cannot make the number of distinct outputs
91  * dependent on parameter values.)
92  *
93  * 5. Plugin is properly initialised with a call to initialise.  This
94  * fixes the step size, block size, and number of channels, as well as
95  * all of the parameter and program settings.  If the values passed in
96  * to initialise do not match the plugin's advertised preferred values
97  * from step 4, the plugin may refuse to initialise and return false
98  * (although if possible it should accept the new values).  Any
99  * computationally expensive setup code should take place here.
100  *
101  * 6. Host finally checks the number of values, resolution, extents
102  * etc per output (which may vary depending on the number of channels,
103  * step size and block size as well as the parameter values).
104  *
105  * 7. Host will repeatedly call the process method to pass in blocks
106  * of input data.  This method may return features extracted from that
107  * data (if the plugin is causal).
108  *
109  * 8. Host will call getRemainingFeatures exactly once, after all the
110  * input data has been processed.  This may return any non-causal or
111  * leftover features.
112  *
113  * 9. At any point after initialise was called, the host may
114  * optionally call the reset method and restart processing.  (This
115  * does not mean it can change the parameters, which are fixed from
116  * initialise until destruction.)
117  *
118  * A plugin does not need to handle the case where setParameter or
119  * selectProgram is called after initialise has been called.  It's the
120  * host's responsibility not to do that.  Similarly, the plugin may
121  * safely assume that initialise is called no more than once.
122  */
123
124 class Plugin : public PluginBase
125 {
126 public:
127     virtual ~Plugin() { }
128
129     /**
130      * Initialise a plugin to prepare it for use with the given number
131      * of input channels, step size (window increment, in sample
132      * frames) and block size (window size, in sample frames).
133      *
134      * The input sample rate should have been already specified at
135      * construction time.
136      * 
137      * Return true for successful initialisation, false if the number
138      * of input channels, step size and/or block size cannot be
139      * supported.
140      */
141     virtual bool initialise(size_t inputChannels,
142                             size_t stepSize,
143                             size_t blockSize) = 0;
144
145     /**
146      * Reset the plugin after use, to prepare it for another clean
147      * run.  Not called for the first initialisation (i.e. initialise
148      * must also do a reset).
149      */
150     virtual void reset() = 0;
151
152     enum InputDomain { TimeDomain, FrequencyDomain };
153     
154     /**
155      * Get the plugin's required input domain.
156      *
157      * If this is TimeDomain, the samples provided to the process()
158      * function (below) will be in the time domain, as for a
159      * traditional audio processing plugin.
160      *
161      * If this is FrequencyDomain, the host will carry out a windowed
162      * FFT of size equal to the negotiated block size on the data
163      * before passing the frequency bin data in to process().  The
164      * input data for the FFT will be rotated so as to place the
165      * origin in the centre of the block.
166      * The plugin does not get to choose the window type -- the host
167      * will either let the user do so, or will use a Hanning window.
168      */
169     virtual InputDomain getInputDomain() const = 0;
170
171     /**
172      * Get the preferred block size (window size -- the number of
173      * sample frames passed in each block to the process() function).
174      * This should be called before initialise().
175      *
176      * A plugin that can handle any block size may return 0.  The
177      * final block size will be set in the initialise() call.
178      */
179     virtual size_t getPreferredBlockSize() const { return 0; }
180
181     /**
182      * Get the preferred step size (window increment -- the distance
183      * in sample frames between the start frames of consecutive blocks
184      * passed to the process() function) for the plugin.  This should
185      * be called before initialise().
186      *
187      * A plugin may return 0 if it has no particular interest in the
188      * step size.  In this case, the host should make the step size
189      * equal to the block size if the plugin is accepting input in the
190      * time domain.  If the plugin is accepting input in the frequency
191      * domain, the host may use any step size.  The final step size
192      * will be set in the initialise() call.
193      */
194     virtual size_t getPreferredStepSize() const { return 0; }
195
196     /**
197      * Get the minimum supported number of input channels.
198      */
199     virtual size_t getMinChannelCount() const { return 1; }
200
201     /**
202      * Get the maximum supported number of input channels.
203      */
204     virtual size_t getMaxChannelCount() const { return 1; }
205
206     struct OutputDescriptor
207     {
208         /**
209          * The name of the output, in computer-usable form.  Should be
210          * reasonably short and without whitespace or punctuation, using
211          * the characters [a-zA-Z0-9_-] only.
212          * Example: "zero_crossing_count"
213          */
214         std::string identifier;
215
216         /**
217          * The human-readable name of the output.
218          * Example: "Zero Crossing Counts"
219          */
220         std::string name;
221
222         /**
223          * A human-readable short text describing the output.  May be
224          * empty if the name has said it all already.
225          * Example: "The number of zero crossing points per processing block"
226          */
227         std::string description;
228
229         /**
230          * The unit of the output, in human-readable form.
231          */
232         std::string unit;
233
234         /**
235          * True if the output has the same number of values per sample
236          * for every output sample.  Outputs for which this is false
237          * are unlikely to be very useful in a general-purpose host.
238          */
239         bool hasFixedBinCount;
240
241         /**
242          * The number of values per result of the output.  Undefined
243          * if hasFixedBinCount is false.  If this is zero, the output
244          * is point data (i.e. only the time of each output is of
245          * interest, the value list will be empty).
246          */
247         size_t binCount;
248
249         /**
250          * The (human-readable) names of each of the bins, if
251          * appropriate.  This is always optional.
252          */
253         std::vector<std::string> binNames;
254
255         /**
256          * True if the results in each output bin fall within a fixed
257          * numeric range (minimum and maximum values).  Undefined if
258          * binCount is zero.
259          */
260         bool hasKnownExtents;
261
262         /**
263          * Minimum value of the results in the output.  Undefined if
264          * hasKnownExtents is false or binCount is zero.
265          */
266         float minValue;
267
268         /**
269          * Maximum value of the results in the output.  Undefined if
270          * hasKnownExtents is false or binCount is zero.
271          */
272         float maxValue;
273
274         /**
275          * True if the output values are quantized to a particular
276          * resolution.  Undefined if binCount is zero.
277          */
278         bool isQuantized;
279
280         /**
281          * Quantization resolution of the output values (e.g. 1.0 if
282          * they are all integers).  Undefined if isQuantized is false
283          * or binCount is zero.
284          */
285         float quantizeStep;
286
287         enum SampleType {
288
289             /// Results from each process() align with that call's block start
290             OneSamplePerStep,
291
292             /// Results are evenly spaced in time (sampleRate specified below)
293             FixedSampleRate,
294
295             /// Results are unevenly spaced and have individual timestamps
296             VariableSampleRate
297         };
298
299         /**
300          * Positioning in time of the output results.
301          */
302         SampleType sampleType;
303
304         /**
305          * Sample rate of the output results, as samples per second.
306          * Undefined if sampleType is OneSamplePerStep.
307          *
308          * If sampleType is VariableSampleRate and this value is
309          * non-zero, then it may be used to calculate a resolution for
310          * the output (i.e. the "duration" of each sample, in time,
311          * will be 1/sampleRate seconds).  It's recommended to set
312          * this to zero if that behaviour is not desired.
313          */
314         float sampleRate;
315
316         /**
317          * True if the returned results for this output are known to
318          * have a duration field.
319          */
320         bool hasDuration;
321
322         OutputDescriptor() : // defaults for mandatory non-class-type members
323             hasFixedBinCount(false), hasKnownExtents(false), isQuantized(false),
324             sampleType(OneSamplePerStep), hasDuration(false) { }
325     };
326
327     typedef std::vector<OutputDescriptor> OutputList;
328
329     /**
330      * Get the outputs of this plugin.  An output's index in this list
331      * is used as its numeric index when looking it up in the
332      * FeatureSet returned from the process() call.
333      */
334     virtual OutputList getOutputDescriptors() const = 0;
335
336     struct Feature
337     {
338         /**
339          * True if an output feature has its own timestamp.  This is
340          * mandatory if the output has VariableSampleRate, optional if
341          * the output has FixedSampleRate, and unused if the output
342          * has OneSamplePerStep.
343          */
344         bool hasTimestamp;
345
346         /**
347          * Timestamp of the output feature.  This is mandatory if the
348          * output has VariableSampleRate or if the output has
349          * FixedSampleRate and hasTimestamp is true, and unused
350          * otherwise.
351          */
352         RealTime timestamp;
353
354         /**
355          * True if an output feature has a specified duration.  This
356          * is optional if the output has VariableSampleRate or
357          * FixedSampleRate, and and unused if the output has
358          * OneSamplePerStep.
359          */
360         bool hasDuration;
361
362         /**
363          * Duration of the output feature.  This is mandatory if the
364          * output has VariableSampleRate or FixedSampleRate and
365          * hasDuration is true, and unused otherwise.
366          */
367         RealTime duration;
368         
369         /**
370          * Results for a single sample of this feature.  If the output
371          * hasFixedBinCount, there must be the same number of values
372          * as the output's binCount count.
373          */
374         std::vector<float> values;
375
376         /**
377          * Label for the sample of this feature.
378          */
379         std::string label;
380
381         Feature() : // defaults for mandatory non-class-type members
382             hasTimestamp(false), hasDuration(false) { }
383     };
384
385     typedef std::vector<Feature> FeatureList;
386
387     typedef std::map<int, FeatureList> FeatureSet; // key is output no
388
389     /**
390      * Process a single block of input data.
391      * 
392      * If the plugin's inputDomain is TimeDomain, inputBuffers will
393      * point to one array of floats per input channel, and each of
394      * these arrays will contain blockSize consecutive audio samples
395      * (the host will zero-pad as necessary).  The timestamp in this
396      * case will be the real time in seconds of the start of the
397      * supplied block of samples.
398      *
399      * If the plugin's inputDomain is FrequencyDomain, inputBuffers
400      * will point to one array of floats per input channel, and each
401      * of these arrays will contain blockSize/2+1 consecutive pairs of
402      * real and imaginary component floats corresponding to bins
403      * 0..(blockSize/2) of the FFT output.  That is, bin 0 (the first
404      * pair of floats) contains the DC output, up to bin blockSize/2
405      * which contains the Nyquist-frequency output.  There will
406      * therefore be blockSize+2 floats per channel in total.  The
407      * timestamp will be the real time in seconds of the centre of the
408      * FFT input window (i.e. the very first block passed to process
409      * might contain the FFT of half a block of zero samples and the
410      * first half-block of the actual data, with a timestamp of zero).
411      *
412      * Return any features that have become available after this
413      * process call.  (These do not necessarily have to fall within
414      * the process block, except for OneSamplePerStep outputs.)
415      */
416     virtual FeatureSet process(const float *const *inputBuffers,
417                                RealTime timestamp) = 0;
418
419     /**
420      * After all blocks have been processed, calculate and return any
421      * remaining features derived from the complete input.
422      */
423     virtual FeatureSet getRemainingFeatures() = 0;
424
425     /**
426      * Used to distinguish between Vamp::Plugin and other potential
427      * sibling subclasses of PluginBase.  Do not reimplement this
428      * function in your subclass.
429      */
430     virtual std::string getType() const { return "Feature Extraction Plugin"; }
431
432 protected:
433     Plugin(float inputSampleRate) :
434         m_inputSampleRate(inputSampleRate) { }
435
436     float m_inputSampleRate;
437 };
438
439 }
440
441 _VAMP_SDK_PLUGSPACE_END(Plugin.h)
442
443 #endif
444
445
446