libs/ardour/midi_buffer.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2006-2007 Paul Davis
   3     Author: David Robillard
   4
   5     This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   6     under the terms of the GNU General Public License as published by the Free
   7     Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option)
   8     any later version.
   9
  10     This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  11     ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  12     FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
  13     for more details.
  14
  15     You should have received a copy of the GNU General Public License along
  16     with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  17     675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  18 */
  19
  20 #include <iostream>
  21
  22 #include "pbd/malign.h"
  23 #include "pbd/compose.h"
  24 #include "pbd/debug.h"
  25 #include "pbd/stacktrace.h"
  26
  27 #include "ardour/debug.h"
  28 #include "ardour/midi_buffer.h"
  29
  30 using namespace std;
  31 using namespace ARDOUR;
  32 using namespace PBD;
  33
  34 // FIXME: mirroring for MIDI buffers?
  35 MidiBuffer::MidiBuffer(size_t capacity)
  36         : Buffer (DataType::MIDI)
  37         , _data (0)
  38 {
  39         if (capacity) {
  40                 resize (capacity);
  41                 silence (capacity);
  42         }
  43 }
  44
  45 MidiBuffer::~MidiBuffer()
  46 {
  47         free(_data);
  48 }
  49
  50 void
  51 MidiBuffer::resize(size_t size)
  52 {
  53         if (_data && size < _capacity) {
  54
  55                 if (_size < size) {
  56                         /* truncate */
  57                         _size = size;
  58                 }
  59
  60                 return;
  61         }
  62
  63         free (_data);
  64
  65         cache_aligned_malloc ((void**) &_data, size);
  66
  67         _size = 0;
  68         _capacity = size;
  69
  70         assert(_data);
  71 }
  72
  73 void
  74 MidiBuffer::copy(const MidiBuffer& copy)
  75 {
  76         assert(_capacity >= copy._size);
  77         _size = copy._size;
  78         memcpy(_data, copy._data, copy._size);
  79 }
  80
  81
  82 /** Read events from @a src starting at time @a offset into the START of this buffer, for
  83  * time duration @a nframes.  Relative time, where 0 = start of buffer.
  84  *
  85  * Note that offset and nframes refer to sample time, NOT buffer offsets or event counts.
  86  */
  87 void
  88 MidiBuffer::read_from (const Buffer& src, framecnt_t nframes, framecnt_t dst_offset, framecnt_t src_offset)
  89 {
  90         assert (src.type() == DataType::MIDI);
  91         assert (&src != this);
  92
  93         const MidiBuffer& msrc = (const MidiBuffer&) src;
  94
  95         assert (_capacity >= msrc.size());
  96
  97         if (dst_offset == 0) {
  98                 clear ();
  99                 assert (_size == 0);
 100         }
 101
 102         /* XXX use dst_offset somehow */
 103
 104         for (MidiBuffer::const_iterator i = msrc.begin(); i != msrc.end(); ++i) {
 105                 const Evoral::MIDIEvent<TimeType> ev(*i, false);
 106                 if (ev.time() >= src_offset && ev.time() < (nframes+src_offset)) {
 107                         push_back (ev);
 108                 } else {
 109                         cerr << "MIDI event @ " <<  ev.time() << " skipped, not within range "
 110                              << src_offset << " .. " << (nframes + src_offset) << endl;
 111                 }
 112         }
 113
 114         _silent = src.silent();
 115 }
 116
 117 void
 118 MidiBuffer::merge_from (const Buffer& src, framecnt_t /*nframes*/, framecnt_t /*dst_offset*/, framecnt_t /*src_offset*/)
 119 {
 120         const MidiBuffer* mbuf = dynamic_cast<const MidiBuffer*>(&src);
 121         assert (mbuf);
 122         assert (mbuf != this);
 123
 124         /* XXX use nframes, and possible offsets */
 125         merge_in_place (*mbuf);
 126 }
 127
 128 /** Push an event into the buffer.
 129  *
 130  * Note that the raw MIDI pointed to by ev will be COPIED and unmodified.
 131  * That is, the caller still owns it, if it needs freeing it's Not My Problem(TM).
 132  * Realtime safe.
 133  * @return false if operation failed (not enough room)
 134  */
 135 bool
 136 MidiBuffer::push_back(const Evoral::MIDIEvent<TimeType>& ev)
 137 {
 138         const size_t stamp_size = sizeof(TimeType);
 139
 140         if (_size + stamp_size + ev.size() >= _capacity) {
 141                 cerr << "MidiBuffer::push_back failed (buffer is full)" << endl;
 142                 PBD::stacktrace (cerr, 20);
 143                 return false;
 144         }
 145
 146         if (!Evoral::midi_event_is_valid(ev.buffer(), ev.size())) {
 147                 cerr << "WARNING: MidiBuffer ignoring illegal MIDI event" << endl;
 148                 return false;
 149         }
 150
 151         push_back(ev.time(), ev.size(), ev.buffer());
 152
 153         return true;
 154 }
 155
 156
 157 /** Push an event into the buffer.
 158  * @return false if operation failed (not enough room)
 159  */
 160 bool
 161 MidiBuffer::push_back(TimeType time, size_t size, const uint8_t* data)
 162 {
 163         const size_t stamp_size = sizeof(TimeType);
 164
 165 #ifndef NDEBUG
 166         if (DEBUG_ENABLED(DEBUG::MidiIO)) {
 167                 DEBUG_STR_DECL(a);
 168                 DEBUG_STR_APPEND(a, string_compose ("midibuffer %1 push event @ %2 sz %3 ", this, time, size));
 169                 for (size_t i=0; i < size; ++i) {
 170                         DEBUG_STR_APPEND(a,hex);
 171                         DEBUG_STR_APPEND(a,"0x");
 172                         DEBUG_STR_APPEND(a,(int)data[i]);
 173                         DEBUG_STR_APPEND(a,' ');
 174                 }
 175                 DEBUG_STR_APPEND(a,'\n');
 176                 DEBUG_TRACE (DEBUG::MidiIO, DEBUG_STR(a).str());
 177         }
 178 #endif
 179
 180         if (_size + stamp_size + size >= _capacity) {
 181                 cerr << "MidiBuffer::push_back2 failed (buffer is full; _size = " << _size << " capacity "
 182                      << _capacity << " stamp " << stamp_size << " size = " << size << ")" << endl;
 183                 PBD::stacktrace (cerr, 20);
 184                 return false;
 185         }
 186
 187         if (!Evoral::midi_event_is_valid(data, size)) {
 188                 cerr << "WARNING: MidiBuffer ignoring illegal MIDI event" << endl;
 189                 return false;
 190         }
 191
 192         uint8_t* const write_loc = _data + _size;
 193         *(reinterpret_cast<TimeType*>((uintptr_t)write_loc)) = time;
 194         memcpy(write_loc + stamp_size, data, size);
 195
 196         _size += stamp_size + size;
 197         _silent = false;
 198
 199         return true;
 200 }
 201
 202 bool
 203 MidiBuffer::insert_event(const Evoral::MIDIEvent<TimeType>& ev)
 204 {
 205         if (size() == 0) {
 206                 return push_back(ev);
 207         }
 208
 209         const size_t stamp_size = sizeof(TimeType);
 210         const size_t bytes_to_merge = stamp_size + ev.size();
 211
 212         if (_size + bytes_to_merge >= _capacity) {
 213                 cerr << "MidiBuffer::push_back failed (buffer is full)" << endl;
 214                 PBD::stacktrace (cerr, 20);
 215                 return false;
 216         }
 217
 218         TimeType t = ev.time();
 219
 220         ssize_t insert_offset = -1;
 221         for (MidiBuffer::iterator m = begin(); m != end(); ++m) {
 222                 if ((*m).time() < t) {
 223                         continue;
 224                 }
 225                 if ((*m).time() == t) {
 226                         const uint8_t our_midi_status_byte = *(_data + m.offset + sizeof (TimeType));
 227                         if (second_simultaneous_midi_byte_is_first (ev.type(), our_midi_status_byte)) {
 228                                 continue;
 229                         }
 230                 }
 231                 insert_offset = m.offset;
 232                 break;
 233         }
 234         if (insert_offset == -1) {
 235                 return push_back(ev);
 236         }
 237
 238         // don't use memmove - it may use malloc(!)
 239         // memmove (_data + insert_offset + bytes_to_merge, _data + insert_offset, _size - insert_offset);
 240         for (ssize_t a = _size + bytes_to_merge - 1, b = _size - 1; b >= insert_offset; --b, --a) {
 241                 _data[a] = _data[b];
 242         }
 243
 244         uint8_t* const write_loc = _data + insert_offset;
 245         *(reinterpret_cast<TimeType*>((uintptr_t)write_loc)) = t;
 246         memcpy(write_loc + stamp_size, ev.buffer(), ev.size());
 247
 248         _size += bytes_to_merge;
 249
 250         return true;
 251 }
 252
 253 uint32_t
 254 MidiBuffer::write(TimeType time, Evoral::EventType type, uint32_t size, const uint8_t* buf)
 255 {
 256         insert_event(Evoral::MIDIEvent<TimeType>(type, time, size, const_cast<uint8_t*>(buf)));
 257         return size;
 258 }
 259
 260 /** Reserve space for a new event in the buffer.
 261  *
 262  * This call is for copying MIDI directly into the buffer, the data location
 263  * (of sufficient size to write \a size bytes) is returned, or 0 on failure.
 264  * This call MUST be immediately followed by a write to the returned data
 265  * location, or the buffer will be corrupted and very nasty things will happen.
 266  */
 267 uint8_t*
 268 MidiBuffer::reserve(TimeType time, size_t size)
 269 {
 270         const size_t stamp_size = sizeof(TimeType);
 271         if (_size + stamp_size + size >= _capacity) {
 272                 return 0;
 273         }
 274
 275         // write timestamp
 276         uint8_t* write_loc = _data + _size;
 277         *(reinterpret_cast<TimeType*>((uintptr_t)write_loc)) = time;
 278
 279         // move write_loc to begin of MIDI buffer data to write to
 280         write_loc += stamp_size;
 281
 282         _size += stamp_size + size;
 283         _silent = false;
 284
 285         return write_loc;
 286 }
 287
 288
 289 void
 290 MidiBuffer::silence (framecnt_t /*nframes*/, framecnt_t /*offset*/)
 291 {
 292         /* XXX iterate over existing events, find all in range given by offset & nframes,
 293            and delete them.
 294         */
 295
 296         _size = 0;
 297         _silent = true;
 298 }
 299
 300 bool
 301 MidiBuffer::second_simultaneous_midi_byte_is_first (uint8_t a, uint8_t b)
 302 {
 303         bool b_first = false;
 304
 305         /* two events at identical times. we need to determine
 306            the order in which they should occur.
 307
 308            the rule is:
 309
 310            Controller messages
 311            Program Change
 312            Note Off
 313            Note On
 314            Note Pressure
 315            Channel Pressure
 316            Pitch Bend
 317         */
 318
 319         if ((a) >= 0xf0 || (b) >= 0xf0 || ((a & 0xf) != (b & 0xf))) {
 320
 321                 /* if either message is not a channel message, or if the channels are
 322                  * different, we don't care about the type.
 323                  */
 324
 325                 b_first = true;
 326
 327         } else {
 328
 329                 switch (b & 0xf0) {
 330                 case MIDI_CMD_CONTROL:
 331                         b_first = true;
 332                         break;
 333
 334                 case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 335                         switch (a & 0xf0) {
 336                         case MIDI_CMD_CONTROL:
 337                                 break;
 338                         case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 339                         case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 340                         case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 341                         case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 342                         case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 343                         case MIDI_CMD_BENDER:
 344                                 b_first = true;
 345                         }
 346                         break;
 347
 348                 case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 349                         switch (a & 0xf0) {
 350                         case MIDI_CMD_CONTROL:
 351                         case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 352                                 break;
 353                         case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 354                         case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 355                         case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 356                         case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 357                         case MIDI_CMD_BENDER:
 358                                 b_first = true;
 359                         }
 360                         break;
 361
 362                 case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 363                         switch (a & 0xf0) {
 364                         case MIDI_CMD_CONTROL:
 365                         case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 366                         case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 367                                 break;
 368                         case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 369                         case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 370                         case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 371                         case MIDI_CMD_BENDER:
 372                                 b_first = true;
 373                         }
 374                         break;
 375                 case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 376                         switch (a & 0xf0) {
 377                         case MIDI_CMD_CONTROL:
 378                         case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 379                         case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 380                         case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 381                                 break;
 382                         case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 383                         case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 384                         case MIDI_CMD_BENDER:
 385                                 b_first = true;
 386                         }
 387                         break;
 388
 389                 case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 390                         switch (a & 0xf0) {
 391                         case MIDI_CMD_CONTROL:
 392                         case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 393                         case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 394                         case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 395                         case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 396                                 break;
 397                         case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 398                         case MIDI_CMD_BENDER:
 399                                 b_first = true;
 400                         }
 401                         break;
 402                 case MIDI_CMD_BENDER:
 403                         switch (a & 0xf0) {
 404                         case MIDI_CMD_CONTROL:
 405                         case MIDI_CMD_PGM_CHANGE:
 406                         case MIDI_CMD_NOTE_OFF:
 407                         case MIDI_CMD_NOTE_ON:
 408                         case MIDI_CMD_NOTE_PRESSURE:
 409                         case MIDI_CMD_CHANNEL_PRESSURE:
 410                                 break;
 411                         case MIDI_CMD_BENDER:
 412                                 b_first = true;
 413                         }
 414                         break;
 415                 }
 416         }
 417
 418         return b_first;
 419 }
 420
 421 /** Merge \a other into this buffer.  Realtime safe. */
 422 bool
 423 MidiBuffer::merge_in_place (const MidiBuffer &other)
 424 {
 425         if (other.size() && size()) {
 426                 DEBUG_TRACE (DEBUG::MidiIO, string_compose ("merge in place, sizes %1/%2\n", size(), other.size()));
 427         }
 428
 429         if (other.size() == 0) {
 430                 return true;
 431         }
 432
 433         if (size() == 0) {
 434                 copy (other);
 435                 return true;
 436         }
 437
 438         if (size() + other.size() > _capacity) {
 439                 return false;
 440         }
 441
 442         const_iterator them = other.begin();
 443         iterator us = begin();
 444
 445         while (them != other.end()) {
 446
 447                 size_t bytes_to_merge;
 448                 ssize_t merge_offset;
 449
 450                 /* gather up total size of events that are earlier than
 451                    the event referenced by "us"
 452                 */
 453
 454                 merge_offset = -1;
 455                 bytes_to_merge = 0;
 456
 457                 while (them != other.end() && (*them).time() < (*us).time()) {
 458                         if (merge_offset == -1) {
 459                                 merge_offset = them.offset;
 460                         }
 461                         bytes_to_merge += sizeof (TimeType) + (*them).size();
 462                         ++them;
 463                 }
 464
 465                 /* "them" now points to either:
 466                  *
 467                  * 1) an event that has the same or later timestamp than the
 468                  *        event pointed to by "us"
 469                  *
 470                  * OR
 471                  *
 472                  * 2) the end of the "other" buffer
 473                  *
 474                  * if "sz" is non-zero, there is data to be merged from "other"
 475                  * into this buffer before we do anything else, corresponding
 476                  * to the events from "other" that we skipped while advancing
 477                  * "them".
 478                  */
 479
 480                 if (bytes_to_merge) {
 481                         assert(merge_offset >= 0);
 482                         /* move existing */
 483                         memmove (_data + us.offset + bytes_to_merge, _data + us.offset, _size - us.offset);
 484                         /* increase _size */
 485                         _size += bytes_to_merge;
 486                         assert (_size <= _capacity);
 487                         /* insert new stuff */
 488                         memcpy  (_data + us.offset, other._data + merge_offset, bytes_to_merge);
 489                         /* update iterator to our own events. this is a miserable hack */
 490                         us.offset += bytes_to_merge;
 491                 }
 492
 493                 /* if we're at the end of the other buffer, we're done */
 494
 495                 if (them == other.end()) {
 496                         break;
 497                 }
 498
 499                 /* if we have two messages messages with the same timestamp. we
 500                  * must order them correctly.
 501                  */
 502
 503                 if ((*us).time() == (*them).time()) {
 504
 505                         DEBUG_TRACE (DEBUG::MidiIO,
 506                                      string_compose ("simultaneous MIDI events discovered during merge, times %1/%2 status %3/%4\n",
 507                                                      (*us).time(), (*them).time(),
 508                                                      (int) *(_data + us.offset + sizeof (TimeType)),
 509                                                      (int) *(other._data + them.offset + sizeof (TimeType))));
 510
 511                         uint8_t our_midi_status_byte = *(_data + us.offset + sizeof (TimeType));
 512                         uint8_t their_midi_status_byte = *(other._data + them.offset + sizeof (TimeType));
 513                         bool them_first = second_simultaneous_midi_byte_is_first (our_midi_status_byte, their_midi_status_byte);
 514
 515                         DEBUG_TRACE (DEBUG::MidiIO, string_compose ("other message came first ? %1\n", them_first));
 516
 517                         if (!them_first) {
 518                                 /* skip past our own event */
 519                                 ++us;
 520                         }
 521
 522                         bytes_to_merge = sizeof (TimeType) + (*them).size();
 523
 524                         /* move our remaining events later in the buffer by
 525                          * enough to fit the one message we're going to merge
 526                          */
 527
 528                         memmove (_data + us.offset + bytes_to_merge, _data + us.offset, _size - us.offset);
 529                         /* increase _size */
 530                         _size += bytes_to_merge;
 531                         assert(_size <= _capacity);
 532                         /* insert new stuff */
 533                         memcpy  (_data + us.offset, other._data + them.offset, bytes_to_merge);
 534                         /* update iterator to our own events. this is a miserable hack */
 535                         us.offset += bytes_to_merge;
 536                         /* 'us' is now an iterator to the event right after the
 537                            new ones that we merged
 538                         */
 539                         if (them_first) {
 540                                 /* need to skip the event pointed to by 'us'
 541                                    since its at the same time as 'them'
 542                                    (still), and we'll enter
 543                                 */
 544
 545                                 if (us != end()) {
 546                                         ++us;
 547                                 }
 548                         }
 549
 550                         /* we merged one event from the other buffer, so
 551                          * advance the iterator there.
 552                          */
 553
 554                         ++them;
 555
 556                 } else {
 557
 558                         /* advance past our own events to get to the correct insertion
 559                            point for the next event(s) from "other"
 560                         */
 561
 562                         while (us != end() && (*us).time() <= (*them).time()) {
 563                                 ++us;
 564                         }
 565                 }
 566
 567                 /* check to see if we reached the end of this buffer while
 568                  * looking for the insertion point.
 569                  */
 570
 571                 if (us == end()) {
 572
 573                         /* just append the rest of other and we're done*/
 574
 575                         memcpy (_data + us.offset, other._data + them.offset, other._size - them.offset);
 576                         _size += other._size - them.offset;
 577                         assert(_size <= _capacity);
 578                         break;
 579                 }
 580         }
 581
 582         return true;
 583 }
 584