git.sesse.net Git - nageru/blob - benchmark_audio_mixer.cpp

   1 // Rather simplistic benchmark of AudioMixer. Sets up a simple mapping
   2 // with the default settings, feeds some white noise to the inputs and
   3 // runs a while. Useful for e.g. profiling.
   4
   5 #include <assert.h>
   6 #include <bmusb/bmusb.h>
   7 #include <stdint.h>
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <algorithm>
  10 #include <chrono>
  11 #include <cmath>
  12 #include <ratio>
  13 #include <vector>
  14
  15 #include "audio_mixer.h"
  16 #include "db.h"
  17 #include "defs.h"
  18 #include "input_mapping.h"
  19 #include "resampling_queue.h"
  20 #include "timebase.h"
  21
  22 #define NUM_BENCHMARK_CARDS 4
  23 #define NUM_WARMUP_FRAMES 100
  24 #define NUM_BENCHMARK_FRAMES 1000
  25 #define NUM_TEST_FRAMES 10
  26 #define NUM_CHANNELS 8
  27 #define NUM_SAMPLES 1024
  28
  29 using namespace std;
  30 using namespace std::chrono;
  31
  32 // 16-bit samples, white noise at full volume.
  33 uint8_t samples16[(NUM_SAMPLES * NUM_CHANNELS + 1024) * sizeof(uint16_t)];
  34
  35 // 24-bit samples, white noise at low volume (-48 dB).
  36 uint8_t samples24[(NUM_SAMPLES * NUM_CHANNELS + 1024) * 3];
  37
  38 static uint32_t seed = 1234;
  39
  40 // We use our own instead of rand() to get deterministic behavior.
  41 // Quality doesn't really matter much.
  42 uint32_t lcgrand()
  43 {
  44         seed = seed * 1103515245u + 12345u;
  45         return seed;
  46 }
  47
  48 void reset_lcgrand()
  49 {
  50         seed = 1234;
  51 }
  52
  53 void callback(float level_lufs, float peak_db,
  54               std::vector<AudioMixer::BusLevel> bus_levels,
  55               float global_level_lufs, float range_low_lufs, float range_high_lufs,
  56               float final_makeup_gain_db,
  57               float correlation)
  58 {
  59         // Empty.
  60 }
  61
  62 vector<float> process_frame(unsigned frame_num, AudioMixer *mixer)
  63 {
  64         duration<int64_t, ratio<NUM_SAMPLES, OUTPUT_FREQUENCY>> frame_duration(frame_num);
  65         steady_clock::time_point ts = steady_clock::time_point::min() +
  66                 duration_cast<steady_clock::duration>(frame_duration);
  67
  68         // Feed the inputs.
  69         for (unsigned card_index = 0; card_index < NUM_BENCHMARK_CARDS; ++card_index) {
  70                 bmusb::AudioFormat audio_format;
  71                 audio_format.bits_per_sample = card_index == 3 ? 24 : 16;
  72                 audio_format.num_channels = NUM_CHANNELS;
  73
  74                 unsigned num_samples = NUM_SAMPLES + (lcgrand() % 9) - 5;
  75                 bool ok = mixer->add_audio(DeviceSpec{InputSourceType::CAPTURE_CARD, card_index},
  76                         card_index == 3 ? samples24 : samples16, num_samples, audio_format,
  77                         NUM_SAMPLES * TIMEBASE / OUTPUT_FREQUENCY, ts);
  78                 assert(ok);
  79         }
  80
  81         return mixer->get_output(ts, NUM_SAMPLES, ResamplingQueue::ADJUST_RATE);
  82 }
  83
  84 void init_mapping(AudioMixer *mixer)
  85 {
  86         InputMapping mapping;
  87
  88         InputMapping::Bus bus1;
  89         bus1.device = DeviceSpec{InputSourceType::CAPTURE_CARD, 0};
  90         bus1.source_channel[0] = 0;
  91         bus1.source_channel[1] = 1;
  92         mapping.buses.push_back(bus1);
  93
  94         InputMapping::Bus bus2;
  95         bus2.device = DeviceSpec{InputSourceType::CAPTURE_CARD, 3};
  96         bus2.source_channel[0] = 6;
  97         bus2.source_channel[1] = 4;
  98         mapping.buses.push_back(bus2);
  99
 100         mixer->set_input_mapping(mapping);
 101 }
 102
 103 void do_test(const char *filename)
 104 {
 105         AudioMixer mixer(NUM_BENCHMARK_CARDS);
 106         mixer.set_audio_level_callback(callback);
 107         init_mapping(&mixer);
 108
 109         reset_lcgrand();
 110
 111         vector<float> output;
 112         for (unsigned i = 0; i < NUM_TEST_FRAMES; ++i) {
 113                 vector<float> frame_output = process_frame(i, &mixer);
 114                 output.insert(output.end(), frame_output.begin(), frame_output.end());
 115         }
 116
 117         FILE *fp = fopen(filename, "rb");
 118         if (fp == nullptr) {
 119                 fprintf(stderr, "%s not found, writing new reference.\n", filename);
 120                 fp = fopen(filename, "wb");
 121                 fwrite(&output[0], output.size() * sizeof(float), 1, fp);
 122                 fclose(fp);
 123                 return;
 124         }
 125
 126         vector<float> ref;
 127         ref.resize(output.size());
 128         fread(&ref[0], output.size() * sizeof(float), 1, fp);
 129         fclose(fp);
 130
 131         float max_err = 0.0f, sum_sq_err = 0.0f;
 132         for (unsigned i = 0; i < output.size(); ++i) {
 133                 float err = output[i] - ref[i];
 134                 max_err = max(max_err, fabs(err));
 135                 sum_sq_err += err * err;
 136         }
 137
 138         printf("Largest error: %.6f (%+.1f dB)\n", max_err, to_db(max_err));
 139         printf("RMS error:     %+.1f dB\n", to_db(sqrt(sum_sq_err) / output.size()));
 140 }
 141
 142 void do_benchmark()
 143 {
 144         AudioMixer mixer(NUM_BENCHMARK_CARDS);
 145         mixer.set_audio_level_callback(callback);
 146         init_mapping(&mixer);
 147
 148         size_t out_samples = 0;
 149
 150         reset_lcgrand();
 151
 152         steady_clock::time_point start, end;
 153         for (unsigned i = 0; i < NUM_WARMUP_FRAMES + NUM_BENCHMARK_FRAMES; ++i) {
 154                 if (i == NUM_WARMUP_FRAMES) {
 155                         start = steady_clock::now();
 156                 }
 157                 vector<float> output = process_frame(i, &mixer);
 158                 if (i >= NUM_WARMUP_FRAMES) {
 159                         out_samples += output.size();
 160                 }
 161         }
 162         end = steady_clock::now();
 163
 164         double elapsed = duration<double>(end - start).count();
 165         double simulated = double(out_samples) / (OUTPUT_FREQUENCY * 2);
 166         printf("%ld samples produced in %.1f ms (%.1f%% CPU, %.1fx realtime).\n",
 167                 out_samples, elapsed * 1e3, 100.0 * elapsed / simulated, simulated / elapsed);
 168 }
 169
 170 int main(int argc, char **argv)
 171 {
 172         for (unsigned i = 0; i < NUM_SAMPLES * NUM_CHANNELS + 1024; ++i) {
 173                 samples16[i * 2] = lcgrand() & 0xff;
 174                 samples16[i * 2 + 1] = lcgrand() & 0xff;
 175
 176                 samples24[i * 3] = lcgrand() & 0xff;
 177                 samples24[i * 3 + 1] = lcgrand() & 0xff;
 178                 samples24[i * 3 + 2] = 0;
 179         }
 180
 181         if (argc == 2) {
 182                 do_test(argv[1]);
 183         }
 184         do_benchmark();
 185 }
 186