Improve GUI display during MIDI record in various ways.
[ardour.git] / libs / ardour / ardour / slave.h
index ffeacd30177b4bfc437ba5aaf2ff59d815f74c1d..74cf4371b0e801e592512514a22aacfad0e44d76 100644 (file)
 
 #include <vector>
 
+#include <glibmm/thread.h>
+#include <boost/signals2.hpp>
+
 #include <jack/jack.h>
 
-#include <sigc++/signal.h>
-#include <ardour/ardour.h>
-#include <midi++/parser.h>
-#include <midi++/types.h>
+#include "pbd/signals.h"
+
+#include "ardour/types.h"
+#include "midi++/parser.h"
+#include "midi++/types.h"
+
+class PIChaser;
 
 namespace MIDI {
        class Port;
 }
 
 namespace ARDOUR {
+
+class TempoMap;
 class Session;
 
 /**
  * @class Slave
- * 
- * @brief The class Slave can be used to sync ardours tempo to an external source
+ *
+ * @brief The Slave interface can be used to sync ARDOURs tempo to an external source
  * like MTC, MIDI Clock, etc.
- * 
- * The name of the class may be a bit misleading: A subclass of Slave actually
- * acts as a master for Ardour, that means Ardour will try to follow the
+ *
+ * The name of the interface may be a bit misleading: A subclass of Slave actually
+ * acts as a time master for ARDOUR, that means ARDOUR will try to follow the
  * speed and transport position of the implementation of Slave.
- * Therefor it is rather that class, that makes Ardour a slave by connecting it
+ * Therefore it is rather that class, that makes ARDOUR a slave by connecting it
  * to its external time master.
  */
 class Slave {
@@ -57,118 +65,170 @@ class Slave {
         * This is the most important function to implement:
         * Each process cycle, Session::follow_slave will call this method.
         *  and after the method call they should
-        * 
+        *
         * Session::follow_slave will then try to follow the given
-        * <emph>position</emph> using a delay locked loop (DLL),
+        * <em>position</em> using a delay locked loop (DLL),
         * starting with the first given transport speed.
         * If the values of speed and position contradict each other,
-        * ardour will always follow the position and disregard the speed.
-        * Although, a correct speed is important so that ardour
+        * ARDOUR will always follow the position and disregard the speed.
+        * Although, a correct speed is important so that ARDOUR
         * can sync to the master time source quickly.
-        * 
-        * For background information on delay locked loops, 
+        *
+        * For background information on delay locked loops,
         * see http://www.kokkinizita.net/papers/usingdll.pdf
-        * 
+        *
         * The method has the following precondition:
         * <ul>
-        *       <li>
-        *       Slave::ok() should return true, otherwise playback will stop 
+        *   <li>
+        *       Slave::ok() should return true, otherwise playback will stop
         *       immediately and the method will not be called
-        *   </li> 
+        *   </li>
         *   <li>
         *     when the references speed and position are passed into the Slave
         *     they are uninitialized
         *   </li>
         * </ul>
-        * 
+        *
         * After the method call the following postconditions should be met:
         * <ul>
-        *        <li>
+        *    <li>
         *       The first position value on transport start should be 0,
-        *       otherwise ardour will try to locate to the new position 
+        *       otherwise ARDOUR will try to locate to the new position
         *       rather than move to it
         *    </li>
-        *        <li>
-        *      the references speed and position should be assigned 
+        *    <li>
+        *      the references speed and position should be assigned
         *      to the Slaves current requested transport speed
         *      and transport position.
         *    </li>
         *   <li>
-        *     Slave::resolution() should be greater than the maximum distance of 
-        *     ardours transport position to the slaves requested transport position.
+        *     Slave::resolution() should be greater than the maximum distance of
+        *     ARDOURs transport position to the slaves requested transport position.
         *   </li>
-        *       <li>Slave::locked() should return true, otherwise Session::no_roll will be called</li>
-        *       <li>Slave::starting() should be false, otherwise the transport will not move until it becomes true</li>         *   
+        *   <li>Slave::locked() should return true, otherwise Session::no_roll will be called</li>
+        *   <li>Slave::starting() should be false, otherwise the transport will not move until it becomes true</li>     *
         * </ul>
-        * 
+        *
         * @param speed - The transport speed requested
         * @param position - The transport position requested
+        * @return - The return value is currently ignored (see Session::follow_slave)
         */
-       virtual bool speed_and_position (float& speed, nframes_t& position) = 0;
-       
+       virtual bool speed_and_position (double& speed, framepos_t& position) = 0;
+
        /**
-        * reports to ardour whether the Slave is currently synced to its external 
+        * reports to ARDOUR whether the Slave is currently synced to its external
         * time source.
-        * 
+        *
         * @return - when returning false, the transport will stop rolling
         */
        virtual bool locked() const = 0;
-       
+
        /**
-        * reports to ardour whether the slave is in a sane state
-        * 
-        * @return - when returning false, the transport will be stopped and the slave 
-        * disconnected from ardour.
+        * reports to ARDOUR whether the slave is in a sane state
+        *
+        * @return - when returning false, the transport will be stopped and the slave
+        * disconnected from ARDOUR.
         */
        virtual bool ok() const = 0;
-       
+
        /**
-        * reports to ardour whether the slave is in the process of starting
+        * reports to ARDOUR whether the slave is in the process of starting
         * to roll
-        * 
+        *
         * @return - when returning false, transport will not move until this method returns true
         */
        virtual bool starting() const { return false; }
-       
+
        /**
-        * @return - the timing resolution of the Slave - If the distance of ardours transport
+        * @return - the timing resolution of the Slave - If the distance of ARDOURs transport
         * to the slave becomes greater than the resolution, sound will stop
         */
        virtual nframes_t resolution() const = 0;
-       
+
        /**
-        * @return - when returning true, ardour will wait for one second before transport
+        * @return - when returning true, ARDOUR will wait for seekahead_distance() before transport
         * starts rolling
         */
        virtual bool requires_seekahead () const = 0;
-       
+
+       /**
+        * @return the number of frames that this slave wants to seek ahead. Relevant
+        * only if requires_seekahead() returns true.
+        */
+
+       virtual framepos_t seekahead_distance() const { return 0; }
+
        /**
-        * @return - when returning true, ardour will use transport speed 1.0 no matter what 
+        * @return - when returning true, ARDOUR will use transport speed 1.0 no matter what
         *           the slave returns
         */
        virtual bool is_always_synced() const { return false; }
+
+       /**
+        * @return - whether ARDOUR should use the slave speed without any adjustments
+        */
+       virtual bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const { return false; }
+};
+
+/// We need this wrapper for testability, it's just too hard to mock up a session class
+class ISlaveSessionProxy {
+  public:
+       virtual ~ISlaveSessionProxy() {}
+       virtual TempoMap& tempo_map()                 const   { return *((TempoMap *) 0); }
+       virtual nframes_t   frame_rate()                const   { return 0; }
+       virtual framepos_t audible_frame ()            const   { return 0; }
+       virtual framepos_t transport_frame ()          const   { return 0; }
+       virtual nframes_t   frames_since_cycle_start () const   { return 0; }
+       virtual framepos_t frame_time ()               const   { return 0; }
+
+       virtual void request_locate (framepos_t /*frame*/, bool with_roll = false) {
+               (void) with_roll;
+       }
+       virtual void request_transport_speed (double /*speed*/)                   {}
 };
 
-struct SafeTime {
-    int guard1;
-    nframes_t   position;
-    nframes_t   timestamp;
-    int guard2;
 
+/// The Session Proxy for use in real Ardour
+class SlaveSessionProxy : public ISlaveSessionProxy {
+       Session&    session;
+
+  public:
+       SlaveSessionProxy(Session &s) : session(s) {}
+
+       TempoMap&   tempo_map()                 const;
+       nframes_t   frame_rate()                const;
+       framepos_t audible_frame ()            const;
+       framepos_t transport_frame ()          const;
+       nframes_t   frames_since_cycle_start () const;
+       framepos_t frame_time ()               const;
+
+       void request_locate (framepos_t frame, bool with_roll = false);
+       void request_transport_speed (double speed);
+};
+
+struct SafeTime {
+    volatile int guard1;
+    framepos_t  position;
+    framepos_t  timestamp;
+    double       speed;
+    volatile int guard2;
+    
     SafeTime() {
            guard1 = 0;
-           guard2 = 0;
+           position = 0;
            timestamp = 0;
+           speed = 0;
+           guard2 = 0;
     }
 };
 
-class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
+class MTC_Slave : public Slave {
   public:
        MTC_Slave (Session&, MIDI::Port&);
        ~MTC_Slave ();
 
        void rebind (MIDI::Port&);
-       bool speed_and_position (float&, nframes_t&);
+       bool speed_and_position (double&, framepos_t&);
 
        bool locked() const;
        bool ok() const;
@@ -176,118 +236,141 @@ class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
 
        nframes_t resolution() const;
        bool requires_seekahead () const { return true; }
+       framepos_t seekahead_distance() const;
+       bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const;
 
   private:
        Session&    session;
        MIDI::Port* port;
-       std::vector<sigc::connection> connections;
+       PBD::ScopedConnectionList port_connections;
        bool        can_notify_on_unknown_rate;
-
-       SafeTime    current;
-       nframes_t   mtc_frame;               /* current time */
-       nframes_t   last_inbound_frame;      /* when we got it; audio clocked */
-       MIDI::byte  last_mtc_fps_byte;
-
-       float       mtc_speed;
-       nframes_t   first_mtc_frame;
-       nframes_t   first_mtc_time;
-
-       static const int32_t accumulator_size = 128;
-       float   accumulator[accumulator_size];
-       int32_t accumulator_index;
-       bool    have_first_accumulated_speed;
-
-       void reset ();
-       void update_mtc_qtr (MIDI::Parser&);
-       void update_mtc_time (const MIDI::byte *, bool);
-       void update_mtc_status (MIDI::Parser::MTC_Status);
+       PIChaser* pic;
+
+       static const int frame_tolerance;
+
+       SafeTime       current;
+       framepos_t     mtc_frame;               /* current time */
+       framepos_t     last_inbound_frame;      /* when we got it; audio clocked */
+       MIDI::byte     last_mtc_fps_byte;
+       framepos_t     window_begin;
+       framepos_t     window_end;
+       framepos_t     last_mtc_timestamp;
+       framepos_t     last_mtc_frame;
+       bool           did_reset_tc_format;
+       TimecodeFormat saved_tc_format;
+       size_t         speed_accumulator_size;
+       double*        speed_accumulator;
+       size_t         speed_accumulator_cnt;
+       bool           have_first_speed_accumulator;
+       double         average_speed;
+       Glib::Mutex    reset_lock;
+       uint32_t       reset_pending;
+       bool           reset_position;
+
+       void reset (bool with_pos);
+       void queue_reset (bool with_pos);
+       void maybe_reset ();
+
+       void update_mtc_qtr (MIDI::Parser&, int, nframes_t);
+       void update_mtc_time (const MIDI::byte *, bool, nframes_t);
+       void update_mtc_status (MIDI::MTC_Status);
        void read_current (SafeTime *) const;
+       void reset_window (framepos_t);
+       bool outside_window (framepos_t) const;
+       void process_apparent_speed (double);
 };
 
-class MIDIClock_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
+class MIDIClock_Slave : public Slave {
   public:
        MIDIClock_Slave (Session&, MIDI::Port&, int ppqn = 24);
+
+       /// Constructor for unit tests
+       MIDIClock_Slave (ISlaveSessionProxy* session_proxy = 0, int ppqn = 24);
        ~MIDIClock_Slave ();
 
        void rebind (MIDI::Port&);
-       bool speed_and_position (float&, nframes_t&);
+       bool speed_and_position (double&, framepos_t&);
 
        bool locked() const;
        bool ok() const;
-       bool starting() const { return false; }
+       bool starting() const;
 
        nframes_t resolution() const;
        bool requires_seekahead () const { return false; }
+       bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const { return true; }
 
-  private:
-       Session&    session;
+       void set_bandwidth (double a_bandwith) { bandwidth = a_bandwith; }
+
+  protected:
+       ISlaveSessionProxy* session;
        MIDI::Port* port;
-       std::vector<sigc::connection> connections;
+       PBD::ScopedConnectionList port_connections;
 
        /// pulses per quarter note for one MIDI clock frame (default 24)
        int         ppqn;
-       
+
        /// the duration of one ppqn in frame time
        double      one_ppqn_in_frames;
 
-       /// the time stamp and transport position of the last inbound MIDI clock message
-       SafeTime    current;
-       /// since current.position is integral, we need to keep track of decimal places
-       /// to be precise
-       double      current_position;
-       
-       /// The duration of the current MIDI clock frame in frames
-       nframes_t   current_midi_clock_frame_duration;
-       /// the timestamp of the last inbound MIDI clock message
-       nframes_t   last_inbound_frame;             
-
-       /// how many MIDI clock frames to average over
-       static const int32_t accumulator_size = 4;
-       double  accumulator[accumulator_size];
-       int32_t accumulator_index;
-       
-       /// the running average of current_midi_clock_frame_duration
-       double  average_midi_clock_frame_duration;
+       /// the timestamp of the first MIDI clock message
+       nframes_t   first_timestamp;
+
+       /// the time stamp and should-be transport position of the last inbound MIDI clock message
+       nframes_t   last_timestamp;
+       double      should_be_position;
+
+       /// the number of midi clock messages received (zero-based)
+       /// since start
+       long midi_clock_count;
+
+       //the delay locked loop (DLL), see www.kokkinizita.net/papers/usingdll.pdf
+
+       /// time at the beginning of the MIDI clock frame
+       double t0;
+
+       /// calculated end of the MIDI clock frame
+       double t1;
+
+       /// loop error = real value - expected value
+       double e;
+
+       /// second order loop error
+       double e2;
+
+       /// DLL filter bandwidth
+       double bandwidth;
+
+       /// DLL filter coefficients
+       double b, c, omega;
 
        void reset ();
-       void start (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
-       void stop (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
-       void update_midi_clock (MIDI::Parser& parser, nframes_t timestamp);
+       void start (MIDI::Parser& parser, framepos_t timestamp);
+       void contineu (MIDI::Parser& parser, framepos_t timestamp);
+       void stop (MIDI::Parser& parser, framepos_t timestamp);
+       void position (MIDI::Parser& parser, MIDI::byte* message, size_t size);
+       // we can't use continue because it is a C++ keyword
+       void calculate_one_ppqn_in_frames_at(framepos_t time);
+       framepos_t calculate_song_position(uint16_t song_position_in_sixteenth_notes);
+       void calculate_filter_coefficients();
+       void update_midi_clock (MIDI::Parser& parser, framepos_t timestamp);
        void read_current (SafeTime *) const;
+       bool stop_if_no_more_clock_events(framepos_t& pos, framepos_t now);
 
        /// whether transport should be rolling
        bool _started;
-       
+
        /// is true if the MIDI Start message has just been received until
-       /// the first call of speed_and_position(...)
+       /// the first MIDI Clock Event
        bool _starting;
 };
 
-class ADAT_Slave : public Slave
-{
-  public:
-       ADAT_Slave () {}
-       ~ADAT_Slave () {}
-
-       bool speed_and_position (float& speed, nframes_t& pos) {
-               speed = 0;
-               pos = 0;
-               return false;
-       }
-
-       bool locked() const { return false; }
-       bool ok() const { return false; }
-       nframes_t resolution() const { return 1; }
-       bool requires_seekahead () const { return true; }
-};
-
 class JACK_Slave : public Slave
 {
   public:
        JACK_Slave (jack_client_t*);
        ~JACK_Slave ();
 
-       bool speed_and_position (float& speed, nframes_t& pos);
+       bool speed_and_position (double& speed, framepos_t& pos);
 
        bool starting() const { return _starting; }
        bool locked() const;
@@ -299,7 +382,7 @@ class JACK_Slave : public Slave
 
   private:
        jack_client_t* jack;
-       float speed;
+       double speed;
        bool _starting;
 };