fix merge errors with master
[ardour.git] / libs / ardour / ardour / slave.h
index 7c7f1d98ce82ffc75e6020454db9952c5b6a8b87..7e80055f945a5c74800cfc4f45ce258ccb7535ab 100644 (file)
 
 #include <vector>
 
+#include <glibmm/threads.h>
+
 #include <jack/jack.h>
+#include <ltc.h>
+
+#include "pbd/signals.h"
+
+#include "timecode/time.h"
 
-#include <sigc++/signal.h>
-#include <ardour/ardour.h>
-#include <midi++/parser.h>
-#include <midi++/types.h>
+#include "ardour/libardour_visibility.h"
+#include "ardour/types.h"
+#include "midi++/parser.h"
+#include "midi++/types.h"
 
-namespace MIDI {
-       class Port;
-}
+
+/* used for approximate_current_delta(): */
+#define PLUSMINUS(A) ( ((A)<0) ? "-" : (((A)>0) ? "+" : "\u00B1") )
+#define LEADINGZERO(A) ( (A)<10 ? "   " : (A)<100 ? "  " : (A)<1000 ? " " : "" )
 
 namespace ARDOUR {
-class Session;
 
-class Slave {
+class TempoMap;
+class Session;
+class AudioEngine;
+class MidiPort;
+
+/**
+ * @class Slave
+ *
+ * @brief The Slave interface can be used to sync ARDOURs tempo to an external source
+ * like MTC, MIDI Clock, etc.
+ *
+ * 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.
+ * Therefore it is rather that class, that makes ARDOUR a slave by connecting it
+ * to its external time master.
+ */
+class LIBARDOUR_API Slave {
   public:
        Slave() { }
        virtual ~Slave() {}
 
-       virtual bool speed_and_position (float&, nframes_t&) = 0;
+       /**
+        * 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
+        * <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
+        * can sync to the master time source quickly.
+        *
+        * 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
+        *       immediately and the method will not be called
+        *   </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>
+        *       The first position value on transport start should be 0,
+        *       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
+        *      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.
+        *   </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 (double& speed, framepos_t& position) = 0;
+
+       /**
+        * 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.
+        */
        virtual bool ok() const = 0;
+
+       /**
+        * 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; }
-       virtual nframes_t resolution() const = 0;
+
+       /**
+        * @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 framecnt_t resolution() const = 0;
+
+       /**
+        * @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 framecnt_t seekahead_distance() const { return 0; }
+
+       /**
+        * @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; }
+
+       /**
+        * @return - current time-delta between engine and sync-source
+        */
+       virtual std::string approximate_current_delta() const { return ""; }
+
 };
 
-struct SafeTime {
-    int guard1;
-    nframes_t   position;
-    nframes_t   timestamp;
-    int guard2;
-
-    SafeTime() {
-           guard1 = 0;
-           guard2 = 0;
-           timestamp = 0;
-    }
+/// We need this wrapper for testability, it's just too hard to mock up a session class
+class LIBARDOUR_API ISlaveSessionProxy {
+  public:
+       virtual ~ISlaveSessionProxy() {}
+       virtual TempoMap&  tempo_map()                  const   { return *((TempoMap *) 0); }
+       virtual framecnt_t frame_rate()                 const   { return 0; }
+       virtual pframes_t  frames_per_cycle()           const   { return 0; }
+       virtual framepos_t audible_frame ()             const   { return 0; }
+       virtual framepos_t transport_frame ()           const   { return 0; }
+       virtual pframes_t  frames_since_cycle_start ()  const   { return 0; }
+       virtual pframes_t  sample_time_at_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*/)                   {}
 };
 
-class MTC_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
+
+/// The Session Proxy for use in real Ardour
+class LIBARDOUR_API SlaveSessionProxy : public ISlaveSessionProxy {
+       Session&    session;
+
   public:
-       MTC_Slave (Session&, MIDI::Port&);
+       SlaveSessionProxy(Session &s) : session(s) {}
+
+       TempoMap&  tempo_map()                   const;
+       framecnt_t frame_rate()                  const;
+       pframes_t  frames_per_cycle()            const;
+       framepos_t audible_frame ()              const;
+       framepos_t transport_frame ()            const;
+       pframes_t  frames_since_cycle_start ()   const;
+       pframes_t  sample_time_at_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 LIBARDOUR_API SafeTime {
+       volatile int guard1;
+       framepos_t   position;
+       framepos_t   timestamp;
+       double       speed;
+       volatile int guard2;
+
+       SafeTime() {
+               guard1 = 0;
+               position = 0;
+               timestamp = 0;
+               speed = 0;
+               guard2 = 0;
+       }
+};
+
+class LIBARDOUR_API TimecodeSlave : public Slave {
+  public:
+    TimecodeSlave () {}
+
+    virtual Timecode::TimecodeFormat apparent_timecode_format() const = 0;
+
+    /* this is intended to be used by a UI and polled from a timeout. it should
+       return a string describing the current position of the TC source. it
+       should NOT do any computation, but should use a cached value
+       of the TC source position.
+    */
+    virtual std::string approximate_current_position() const = 0;
+
+    framepos_t        timecode_offset;
+    bool              timecode_negative_offset;
+};
+
+class LIBARDOUR_API MTC_Slave : public TimecodeSlave {
+  public:
+       MTC_Slave (Session&, MidiPort&);
        ~MTC_Slave ();
 
-       void rebind (MIDI::Port&);
-       bool speed_and_position (float&, nframes_t&);
+       void rebind (MidiPort&);
+       bool speed_and_position (double&, framepos_t&);
 
        bool locked() const;
        bool ok() const;
        void handle_locate (const MIDI::byte*);
 
-       nframes_t resolution() const;
-       bool requires_seekahead () const { return true; }
+       framecnt_t resolution () const;
+       bool requires_seekahead () const { return false; }
+       framecnt_t seekahead_distance() const;
+       bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const;
+
+        Timecode::TimecodeFormat apparent_timecode_format() const;
+        std::string approximate_current_position() const;
+       std::string approximate_current_delta() const;
 
   private:
        Session&    session;
-       MIDI::Port* port;
-       std::vector<sigc::connection> connections;
+       MidiPort*   port;
+       PBD::ScopedConnectionList port_connections;
+       PBD::ScopedConnection     config_connection;
        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 */
+       static const int frame_tolerance;
+
+       SafeTime       current;
+       framepos_t     mtc_frame;               /* current time */
+       double         mtc_frame_dll;
+       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     first_mtc_timestamp;
+       bool           did_reset_tc_format;
+       Timecode::TimecodeFormat saved_tc_format;
+       Glib::Threads::Mutex    reset_lock;
+       uint32_t       reset_pending;
+       bool           reset_position;
+       int            transport_direction;
+       int            busy_guard1;
+       int            busy_guard2;
+
+       double         speedup_due_to_tc_mismatch;
+       double         quarter_frame_duration;
+       Timecode::TimecodeFormat mtc_timecode;
+       Timecode::TimecodeFormat a3e_timecode;
+       Timecode::Time timecode;
+       bool           printed_timecode_warning;
+       frameoffset_t  current_delta;
+
+       /* DLL - chase MTC */
+       double t0; ///< time at the beginning of the MTC quater frame
+       double t1; ///< calculated end of the MTC quater frame
+       double e2; ///< second order loop error
+       double b, c, omega; ///< DLL filter coefficients
+
+       /* DLL - sync engine */
+       int    engine_dll_initstate;
+       double te0; ///< time at the beginning of the engine process
+       double te1; ///< calculated sync time
+       double ee2; ///< second order loop error
+       double be, ce, oe; ///< DLL filter coefficients
+
+       void reset (bool with_pos);
+       void queue_reset (bool with_pos);
+       void maybe_reset ();
+
+       void update_mtc_qtr (MIDI::Parser&, int, framepos_t);
+       void update_mtc_time (const MIDI::byte *, bool, framepos_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 init_mtc_dll(framepos_t, double);
+       void init_engine_dll (framepos_t, framepos_t);
+       void parse_timecode_offset();
+       void parameter_changed(std::string const & p);
+};
 
-       float       mtc_speed;
-       nframes_t   first_mtc_frame;
-       nframes_t   first_mtc_time;
+class LIBARDOUR_API LTC_Slave : public TimecodeSlave {
+public:
+       LTC_Slave (Session&);
+       ~LTC_Slave ();
 
-       static const int32_t accumulator_size = 128;
-       float   accumulator[accumulator_size];
-       int32_t accumulator_index;
-       bool    have_first_accumulated_speed;
+       bool speed_and_position (double&, framepos_t&);
 
-       void reset ();
-       void update_mtc_qtr (MIDI::Parser&);
-       void update_mtc_time (const MIDI::byte *, bool);
-       void update_mtc_status (MIDI::Parser::MTC_Status);
-       void read_current (SafeTime *) const;
+       bool locked() const;
+       bool ok() const;
+
+       framecnt_t resolution () const;
+       bool requires_seekahead () const { return false; }
+       framecnt_t seekahead_distance () const { return 0; }
+       bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const { return true; }
+
+       Timecode::TimecodeFormat apparent_timecode_format() const;
+       std::string approximate_current_position() const;
+       std::string approximate_current_delta() const;
+
+  private:
+       void parse_ltc(const pframes_t, const Sample* const, const framecnt_t);
+       void process_ltc(framepos_t const);
+       void init_engine_dll (framepos_t, int32_t);
+       bool detect_discontinuity(LTCFrameExt *, int, bool);
+       bool detect_ltc_fps(int, bool);
+       bool equal_ltc_frame_time(LTCFrame *a, LTCFrame *b);
+       void reset();
+       void resync_xrun();
+       void resync_latency();
+       void parse_timecode_offset();
+       void parameter_changed(std::string const & p);
+
+       Session&       session;
+       bool           did_reset_tc_format;
+       Timecode::TimecodeFormat saved_tc_format;
+
+       LTCDecoder *   decoder;
+       double         frames_per_ltc_frame;
+       Timecode::Time timecode;
+       LTCFrameExt    prev_frame;
+       bool           fps_detected;
+
+       framecnt_t     monotonic_cnt;
+       framecnt_t     last_timestamp;
+       framecnt_t     last_ltc_frame;
+       double         ltc_speed;
+       frameoffset_t  current_delta;
+       int            delayedlocked;
+
+       int            ltc_detect_fps_cnt;
+       int            ltc_detect_fps_max;
+       bool           printed_timecode_warning;
+       Timecode::TimecodeFormat ltc_timecode;
+       Timecode::TimecodeFormat a3e_timecode;
+
+       PBD::ScopedConnectionList port_connections;
+       PBD::ScopedConnection     config_connection;
+        LatencyRange  ltc_slave_latency;
+
+       /* DLL - chase LTC */
+       int    transport_direction;
+       int    engine_dll_initstate;
+       double t0; ///< time at the beginning of the MTC quater frame
+       double t1; ///< calculated end of the MTC quater frame
+       double e2; ///< second order loop error
+       double b, c; ///< DLL filter coefficients
 };
 
-class MIDIClock_Slave : public Slave, public sigc::trackable {
+class LIBARDOUR_API MIDIClock_Slave : public Slave {
   public:
-       MIDIClock_Slave (Session&, MIDI::Port&, int ppqn = 24);
+       MIDIClock_Slave (Session&, MidiPort&, 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&);
+       void rebind (MidiPort&);
+       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 true; }
+       framecnt_t resolution () const;
+       bool requires_seekahead () const { return false; }
+       bool give_slave_full_control_over_transport_speed() const { return true; }
 
-  private:
-       Session&    session;
-       MIDI::Port* port;
-       std::vector<sigc::connection> connections;
+       void set_bandwidth (double a_bandwith) { bandwidth = a_bandwith; }
+       std::string approximate_current_delta() const;
+
+  protected:
+       ISlaveSessionProxy* session;
+       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;
 
-       SafeTime    current;
-       nframes_t   midi_clock_frame;               /* current time */
-       nframes_t   last_inbound_frame;             /* when we got it; audio clocked */
+       /// the timestamp of the first MIDI clock message
+       framepos_t  first_timestamp;
+
+       /// the time stamp and should-be transport position of the last inbound MIDI clock message
+       framepos_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;
 
-       float       midi_clock_speed;
-       nframes_t   first_midi_clock_frame;
-       nframes_t   first_midi_clock_time;
+       /// DLL filter coefficients
+       double b, c, omega;
 
-       // keep four beats of history ( 4 * 24 ppqn )
-       static const int32_t accumulator_size = 96;
-       float   accumulator[accumulator_size];
-       int32_t accumulator_index;
-       bool    have_first_accumulated_speed;
-       float   average;
+       frameoffset_t  current_delta;
 
        void reset ();
-       void start (MIDI::Parser& parser);
-       void stop (MIDI::Parser& parser);
-       void update_midi_clock (MIDI::Parser& parser);
+       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;
-};
-
-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; }
+       /// is true if the MIDI Start message has just been received until
+       /// the first MIDI Clock Event
+       bool _starting;
 };
 
-class JACK_Slave : public Slave
+class LIBARDOUR_API Engine_Slave : public Slave
 {
   public:
-       JACK_Slave (jack_client_t*);
-       ~JACK_Slave ();
+       Engine_Slave (AudioEngine&);
+       ~Engine_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;
        bool ok() const;
-       nframes_t resolution() const { return 1; }
+       framecnt_t resolution () const { return 1; }
        bool requires_seekahead () const { return false; }
-       void reset_client (jack_client_t* jack);
        bool is_always_synced() const { return true; }
 
   private:
-       jack_client_t* jack;
-       float speed;
+        AudioEngine& engine;
+       double speed;
        bool _starting;
 };