src/media/audio/win/waveout_output_win.cc

   1 // Copyright (c) 2012 The Chromium Authors. All rights reserved.
   2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
   3 // found in the LICENSE file.
   4
   5 #include "media/audio/win/waveout_output_win.h"
   6
   7 #include <windows.h>
   8 #include <mmsystem.h>
   9 #pragma comment(lib, "winmm.lib")
  10
  11 #include "base/atomicops.h"
  12 #include "base/basictypes.h"
  13 #include "base/debug/trace_event.h"
  14 #include "base/logging.h"
  15 #include "media/audio/audio_io.h"
  16 #include "media/audio/win/audio_manager_win.h"
  17
  18 namespace media {
  19
  20 // Some general thoughts about the waveOut API which is badly documented :
  21 // - We use CALLBACK_EVENT mode in which XP signals events such as buffer
  22 //   releases.
  23 // - We use RegisterWaitForSingleObject() so one of threads in thread pool
  24 //   automatically calls our callback that feeds more data to Windows.
  25 // - Windows does not provide a way to query if the device is playing or paused
  26 //   thus it forces you to maintain state, which naturally is not exactly
  27 //   synchronized to the actual device state.
  28
  29 // Sixty four MB is the maximum buffer size per AudioOutputStream.
  30 static const uint32 kMaxOpenBufferSize = 1024 * 1024 * 64;
  31
  32 // See Also
  33 // http://www.thx.com/consumer/home-entertainment/home-theater/surround-sound-speaker-set-up/
  34 // http://en.wikipedia.org/wiki/Surround_sound
  35
  36 static const int kMaxChannelsToMask = 8;
  37 static const unsigned int kChannelsToMask[kMaxChannelsToMask + 1] = {
  38   0,
  39   // 1 = Mono
  40   SPEAKER_FRONT_CENTER,
  41   // 2 = Stereo
  42   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT,
  43   // 3 = Stereo + Center
  44   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT | SPEAKER_FRONT_CENTER,
  45   // 4 = Quad
  46   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT |
  47   SPEAKER_BACK_LEFT | SPEAKER_BACK_RIGHT,
  48   // 5 = 5.0
  49   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT | SPEAKER_FRONT_CENTER |
  50   SPEAKER_BACK_LEFT | SPEAKER_BACK_RIGHT,
  51   // 6 = 5.1
  52   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT |
  53   SPEAKER_FRONT_CENTER | SPEAKER_LOW_FREQUENCY |
  54   SPEAKER_BACK_LEFT | SPEAKER_BACK_RIGHT,
  55   // 7 = 6.1
  56   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT |
  57   SPEAKER_FRONT_CENTER | SPEAKER_LOW_FREQUENCY |
  58   SPEAKER_BACK_LEFT | SPEAKER_BACK_RIGHT |
  59   SPEAKER_BACK_CENTER,
  60   // 8 = 7.1
  61   SPEAKER_FRONT_LEFT  | SPEAKER_FRONT_RIGHT |
  62   SPEAKER_FRONT_CENTER | SPEAKER_LOW_FREQUENCY |
  63   SPEAKER_BACK_LEFT | SPEAKER_BACK_RIGHT |
  64   SPEAKER_SIDE_LEFT | SPEAKER_SIDE_RIGHT
  65   // TODO(fbarchard): Add additional masks for 7.2 and beyond.
  66 };
  67
  68 inline size_t PCMWaveOutAudioOutputStream::BufferSize() const {
  69   // Round size of buffer up to the nearest 16 bytes.
  70   return (sizeof(WAVEHDR) + buffer_size_ + 15u) & static_cast<size_t>(~15);
  71 }
  72
  73 inline WAVEHDR* PCMWaveOutAudioOutputStream::GetBuffer(int n) const {
  74   DCHECK_GE(n, 0);
  75   DCHECK_LT(n, num_buffers_);
  76   return reinterpret_cast<WAVEHDR*>(&buffers_[n * BufferSize()]);
  77 }
  78
  79 PCMWaveOutAudioOutputStream::PCMWaveOutAudioOutputStream(
  80     AudioManagerWin* manager, const AudioParameters& params, int num_buffers,
  81     UINT device_id)
  82     : state_(PCMA_BRAND_NEW),
  83       manager_(manager),
  84       device_id_(device_id),
  85       waveout_(NULL),
  86       callback_(NULL),
  87       num_buffers_(num_buffers),
  88       buffer_size_(params.GetBytesPerBuffer()),
  89       volume_(1),
  90       channels_(params.channels()),
  91       pending_bytes_(0),
  92       waiting_handle_(NULL),
  93       audio_bus_(AudioBus::Create(params)) {
  94   format_.Format.wFormatTag = WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE;
  95   format_.Format.nChannels = params.channels();
  96   format_.Format.nSamplesPerSec = params.sample_rate();
  97   format_.Format.wBitsPerSample = params.bits_per_sample();
  98   format_.Format.cbSize = sizeof(format_) - sizeof(WAVEFORMATEX);
  99   // The next are computed from above.
 100   format_.Format.nBlockAlign = (format_.Format.nChannels *
 101                                 format_.Format.wBitsPerSample) / 8;
 102   format_.Format.nAvgBytesPerSec = format_.Format.nBlockAlign *
 103                                    format_.Format.nSamplesPerSec;
 104   if (params.channels() > kMaxChannelsToMask) {
 105     format_.dwChannelMask = kChannelsToMask[kMaxChannelsToMask];
 106   } else {
 107     format_.dwChannelMask = kChannelsToMask[params.channels()];
 108   }
 109   format_.SubFormat = KSDATAFORMAT_SUBTYPE_PCM;
 110   format_.Samples.wValidBitsPerSample = params.bits_per_sample();
 111 }
 112
 113 PCMWaveOutAudioOutputStream::~PCMWaveOutAudioOutputStream() {
 114   DCHECK(NULL == waveout_);
 115 }
 116
 117 bool PCMWaveOutAudioOutputStream::Open() {
 118   if (state_ != PCMA_BRAND_NEW)
 119     return false;
 120   if (BufferSize() * num_buffers_ > kMaxOpenBufferSize)
 121     return false;
 122   if (num_buffers_ < 2 || num_buffers_ > 5)
 123     return false;
 124
 125   // Create buffer event.
 126   buffer_event_.Set(::CreateEvent(NULL,    // Security attributes.
 127                                   FALSE,   // It will auto-reset.
 128                                   FALSE,   // Initial state.
 129                                   NULL));  // No name.
 130   if (!buffer_event_.Get())
 131     return false;
 132
 133   // Open the device.
 134   // We'll be getting buffer_event_ events when it's time to refill the buffer.
 135   MMRESULT result = ::waveOutOpen(
 136       &waveout_,
 137       device_id_,
 138       reinterpret_cast<LPCWAVEFORMATEX>(&format_),
 139       reinterpret_cast<DWORD_PTR>(buffer_event_.Get()),
 140       NULL,
 141       CALLBACK_EVENT);
 142   if (result != MMSYSERR_NOERROR)
 143     return false;
 144
 145   SetupBuffers();
 146   state_ = PCMA_READY;
 147   return true;
 148 }
 149
 150 void PCMWaveOutAudioOutputStream::SetupBuffers() {
 151   buffers_.reset(new char[BufferSize() * num_buffers_]);
 152   for (int ix = 0; ix != num_buffers_; ++ix) {
 153     WAVEHDR* buffer = GetBuffer(ix);
 154     buffer->lpData = reinterpret_cast<char*>(buffer) + sizeof(WAVEHDR);
 155     buffer->dwBufferLength = buffer_size_;
 156     buffer->dwBytesRecorded = 0;
 157     buffer->dwFlags = WHDR_DONE;
 158     buffer->dwLoops = 0;
 159     // Tell windows sound drivers about our buffers. Not documented what
 160     // this does but we can guess that causes the OS to keep a reference to
 161     // the memory pages so the driver can use them without worries.
 162     ::waveOutPrepareHeader(waveout_, buffer, sizeof(WAVEHDR));
 163   }
 164 }
 165
 166 void PCMWaveOutAudioOutputStream::FreeBuffers() {
 167   for (int ix = 0; ix != num_buffers_; ++ix) {
 168     ::waveOutUnprepareHeader(waveout_, GetBuffer(ix), sizeof(WAVEHDR));
 169   }
 170   buffers_.reset();
 171 }
 172
 173 // Initially we ask the source to fill up all audio buffers. If we don't do
 174 // this then we would always get the driver callback when it is about to run
 175 // samples and that would leave too little time to react.
 176 void PCMWaveOutAudioOutputStream::Start(AudioSourceCallback* callback) {
 177   if (state_ != PCMA_READY)
 178     return;
 179   callback_ = callback;
 180
 181   // Reset buffer event, it can be left in the arbitrary state if we
 182   // previously stopped the stream. Can happen because we are stopping
 183   // callbacks before stopping playback itself.
 184   if (!::ResetEvent(buffer_event_.Get())) {
 185     HandleError(MMSYSERR_ERROR);
 186     return;
 187   }
 188
 189   // Start watching for buffer events.
 190   if (!::RegisterWaitForSingleObject(&waiting_handle_,
 191                                      buffer_event_.Get(),
 192                                      &BufferCallback,
 193                                      this,
 194                                      INFINITE,
 195                                      WT_EXECUTEDEFAULT)) {
 196     HandleError(MMSYSERR_ERROR);
 197     waiting_handle_ = NULL;
 198     return;
 199   }
 200
 201   state_ = PCMA_PLAYING;
 202
 203   // Queue the buffers.
 204   pending_bytes_ = 0;
 205   for (int ix = 0; ix != num_buffers_; ++ix) {
 206     WAVEHDR* buffer = GetBuffer(ix);
 207     QueueNextPacket(buffer);  // Read more data.
 208     pending_bytes_ += buffer->dwBufferLength;
 209   }
 210
 211   // From now on |pending_bytes_| would be accessed by callback thread.
 212   // Most likely waveOutPause() or waveOutRestart() has its own memory barrier,
 213   // but issuing our own is safer.
 214   base::subtle::MemoryBarrier();
 215
 216   MMRESULT result = ::waveOutPause(waveout_);
 217   if (result != MMSYSERR_NOERROR) {
 218     HandleError(result);
 219     return;
 220   }
 221
 222   // Send the buffers to the audio driver. Note that the device is paused
 223   // so we avoid entering the callback method while still here.
 224   for (int ix = 0; ix != num_buffers_; ++ix) {
 225     result = ::waveOutWrite(waveout_, GetBuffer(ix), sizeof(WAVEHDR));
 226     if (result != MMSYSERR_NOERROR) {
 227       HandleError(result);
 228       break;
 229     }
 230   }
 231   result = ::waveOutRestart(waveout_);
 232   if (result != MMSYSERR_NOERROR) {
 233     HandleError(result);
 234     return;
 235   }
 236 }
 237
 238 // Stopping is tricky if we want it be fast.
 239 // For now just do it synchronously and avoid all the complexities.
 240 // TODO(enal): if we want faster Stop() we can create singleton that keeps track
 241 //             of all currently playing streams. Then you don't have to wait
 242 //             till all callbacks are completed. Of course access to singleton
 243 //             should be under its own lock, and checking the liveness and
 244 //             acquiring the lock on stream should be done atomically.
 245 void PCMWaveOutAudioOutputStream::Stop() {
 246   if (state_ != PCMA_PLAYING)
 247     return;
 248   state_ = PCMA_STOPPING;
 249   base::subtle::MemoryBarrier();
 250
 251   // Stop watching for buffer event, waits until outstanding callbacks finish.
 252   if (waiting_handle_) {
 253     if (!::UnregisterWaitEx(waiting_handle_, INVALID_HANDLE_VALUE))
 254       HandleError(::GetLastError());
 255     waiting_handle_ = NULL;
 256   }
 257
 258   // Stop playback.
 259   MMRESULT res = ::waveOutReset(waveout_);
 260   if (res != MMSYSERR_NOERROR)
 261     HandleError(res);
 262
 263   // Wait for lock to ensure all outstanding callbacks have completed.
 264   base::AutoLock auto_lock(lock_);
 265
 266   // waveOutReset() leaves buffers in the unpredictable state, causing
 267   // problems if we want to close, release, or reuse them. Fix the states.
 268   for (int ix = 0; ix != num_buffers_; ++ix)
 269     GetBuffer(ix)->dwFlags = WHDR_PREPARED;
 270
 271   // Don't use callback after Stop().
 272   callback_ = NULL;
 273
 274   state_ = PCMA_READY;
 275 }
 276
 277 // We can Close in any state except that trying to close a stream that is
 278 // playing Windows generates an error. We cannot propagate it to the source,
 279 // as callback_ is set to NULL. Just print it and hope somebody somehow
 280 // will find it...
 281 void PCMWaveOutAudioOutputStream::Close() {
 282   // Force Stop() to ensure it's safe to release buffers and free the stream.
 283   Stop();
 284
 285   if (waveout_) {
 286     FreeBuffers();
 287
 288     // waveOutClose() generates a WIM_CLOSE callback.  In case Start() was never
 289     // called, force a reset to ensure close succeeds.
 290     MMRESULT res = ::waveOutReset(waveout_);
 291     DCHECK_EQ(res, static_cast<MMRESULT>(MMSYSERR_NOERROR));
 292     res = ::waveOutClose(waveout_);
 293     DCHECK_EQ(res, static_cast<MMRESULT>(MMSYSERR_NOERROR));
 294     state_ = PCMA_CLOSED;
 295     waveout_ = NULL;
 296   }
 297
 298   // Tell the audio manager that we have been released. This can result in
 299   // the manager destroying us in-place so this needs to be the last thing
 300   // we do on this function.
 301   manager_->ReleaseOutputStream(this);
 302 }
 303
 304 void PCMWaveOutAudioOutputStream::SetVolume(double volume) {
 305   if (!waveout_)
 306     return;
 307   volume_ = static_cast<float>(volume);
 308 }
 309
 310 void PCMWaveOutAudioOutputStream::GetVolume(double* volume) {
 311   if (!waveout_)
 312     return;
 313   *volume = volume_;
 314 }
 315
 316 void PCMWaveOutAudioOutputStream::HandleError(MMRESULT error) {
 317   DLOG(WARNING) << "PCMWaveOutAudio error " << error;
 318   if (callback_)
 319     callback_->OnError(this);
 320 }
 321
 322 void PCMWaveOutAudioOutputStream::QueueNextPacket(WAVEHDR *buffer) {
 323   DCHECK_EQ(channels_, format_.Format.nChannels);
 324   // Call the source which will fill our buffer with pleasant sounds and
 325   // return to us how many bytes were used.
 326   // TODO(fbarchard): Handle used 0 by queueing more.
 327
 328   // TODO(sergeyu): Specify correct hardware delay for |total_delay_bytes|.
 329   uint32 total_delay_bytes = pending_bytes_;
 330   int frames_filled = callback_->OnMoreData(
 331       audio_bus_.get(), total_delay_bytes);
 332   uint32 used = frames_filled * audio_bus_->channels() *
 333       format_.Format.wBitsPerSample / 8;
 334
 335   if (used <= buffer_size_) {
 336     // Note: If this ever changes to output raw float the data must be clipped
 337     // and sanitized since it may come from an untrusted source such as NaCl.
 338     audio_bus_->Scale(volume_);
 339     audio_bus_->ToInterleaved(
 340         frames_filled, format_.Format.wBitsPerSample / 8, buffer->lpData);
 341
 342     buffer->dwBufferLength = used * format_.Format.nChannels / channels_;
 343   } else {
 344     HandleError(0);
 345     return;
 346   }
 347   buffer->dwFlags = WHDR_PREPARED;
 348 }
 349
 350 // One of the threads in our thread pool asynchronously calls this function when
 351 // buffer_event_ is signalled. Search through all the buffers looking for freed
 352 // ones, fills them with data, and "feed" the Windows.
 353 // Note: by searching through all the buffers we guarantee that we fill all the
 354 //       buffers, even when "event loss" happens, i.e. if Windows signals event
 355 //       when it did not flip into unsignaled state from the previous signal.
 356 void NTAPI PCMWaveOutAudioOutputStream::BufferCallback(PVOID lpParameter,
 357                                                        BOOLEAN timer_fired) {
 358   TRACE_EVENT0("audio", "PCMWaveOutAudioOutputStream::BufferCallback");
 359
 360   DCHECK(!timer_fired);
 361   PCMWaveOutAudioOutputStream* stream =
 362       reinterpret_cast<PCMWaveOutAudioOutputStream*>(lpParameter);
 363
 364   // Lock the stream so callbacks do not interfere with each other.
 365   // Several callbacks can be called simultaneously by different threads in the
 366   // thread pool if some of the callbacks are slow, or system is very busy and
 367   // scheduled callbacks are not called on time.
 368   base::AutoLock auto_lock(stream->lock_);
 369   if (stream->state_ != PCMA_PLAYING)
 370     return;
 371
 372   for (int ix = 0; ix != stream->num_buffers_; ++ix) {
 373     WAVEHDR* buffer = stream->GetBuffer(ix);
 374     if (buffer->dwFlags & WHDR_DONE) {
 375       // Before we queue the next packet, we need to adjust the number of
 376       // pending bytes since the last write to hardware.
 377       stream->pending_bytes_ -= buffer->dwBufferLength;
 378       stream->QueueNextPacket(buffer);
 379
 380       // QueueNextPacket() can take a long time, especially if several of them
 381       // were called back-to-back. Check if we are stopping now.
 382       if (stream->state_ != PCMA_PLAYING)
 383         return;
 384
 385       // Time to send the buffer to the audio driver. Since we are reusing
 386       // the same buffers we can get away without calling waveOutPrepareHeader.
 387       MMRESULT result = ::waveOutWrite(stream->waveout_,
 388                                        buffer,
 389                                        sizeof(WAVEHDR));
 390       if (result != MMSYSERR_NOERROR)
 391         stream->HandleError(result);
 392       stream->pending_bytes_ += buffer->dwBufferLength;
 393     }
 394   }
 395 }
 396
 397 }  // namespace media