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         // Feed the inputs.
  65         for (unsigned card_index = 0; card_index < NUM_BENCHMARK_CARDS; ++card_index) {
  66                 bmusb::AudioFormat audio_format;
  67                 audio_format.bits_per_sample = card_index == 3 ? 24 : 16;
  68                 audio_format.num_channels = NUM_CHANNELS;
  69
  70                 unsigned num_samples = NUM_SAMPLES + (lcgrand() % 9) - 5;
  71                 bool ok = mixer->add_audio(DeviceSpec{InputSourceType::CAPTURE_CARD, card_index},
  72                         card_index == 3 ? samples24 : samples16, num_samples, audio_format,
  73                         NUM_SAMPLES * TIMEBASE / OUTPUT_FREQUENCY);
  74                 assert(ok);
  75         }
  76
  77         double pts = double(frame_num) * NUM_SAMPLES / OUTPUT_FREQUENCY;
  78         return mixer->get_output(pts, NUM_SAMPLES, ResamplingQueue::ADJUST_RATE);
  79 }
  80
  81 void init_mapping(AudioMixer *mixer)
  82 {
  83         InputMapping mapping;
  84
  85         InputMapping::Bus bus1;
  86         bus1.device = DeviceSpec{InputSourceType::CAPTURE_CARD, 0};
  87         bus1.source_channel[0] = 0;
  88         bus1.source_channel[1] = 1;
  89         mapping.buses.push_back(bus1);
  90
  91         InputMapping::Bus bus2;
  92         bus2.device = DeviceSpec{InputSourceType::CAPTURE_CARD, 3};
  93         bus2.source_channel[0] = 6;
  94         bus2.source_channel[1] = 4;
  95         mapping.buses.push_back(bus2);
  96
  97         mixer->set_input_mapping(mapping);
  98 }
  99
 100 void do_test(const char *filename)
 101 {
 102         AudioMixer mixer(NUM_BENCHMARK_CARDS);
 103         mixer.set_audio_level_callback(callback);
 104         init_mapping(&mixer);
 105
 106         reset_lcgrand();
 107
 108         vector<float> output;
 109         for (unsigned i = 0; i < NUM_TEST_FRAMES; ++i) {
 110                 vector<float> frame_output = process_frame(i, &mixer);
 111                 output.insert(output.end(), frame_output.begin(), frame_output.end());
 112         }
 113
 114         FILE *fp = fopen(filename, "rb");
 115         if (fp == nullptr) {
 116                 fprintf(stderr, "%s not found, writing new reference.\n", filename);
 117                 fp = fopen(filename, "wb");
 118                 fwrite(&output[0], output.size() * sizeof(float), 1, fp);
 119                 fclose(fp);
 120                 return;
 121         }
 122
 123         vector<float> ref;
 124         ref.resize(output.size());
 125         fread(&ref[0], output.size() * sizeof(float), 1, fp);
 126         fclose(fp);
 127
 128         float max_err = 0.0f, sum_sq_err = 0.0f;
 129         for (unsigned i = 0; i < output.size(); ++i) {
 130                 float err = output[i] - ref[i];
 131                 max_err = max(max_err, fabs(err));
 132                 sum_sq_err += err * err;
 133         }
 134
 135         printf("Largest error: %.6f (%+.1f dB)\n", max_err, to_db(max_err));
 136         printf("RMS error:     %+.1f dB\n", to_db(sqrt(sum_sq_err) / output.size()));
 137 }
 138
 139 void do_benchmark()
 140 {
 141         AudioMixer mixer(NUM_BENCHMARK_CARDS);
 142         mixer.set_audio_level_callback(callback);
 143         init_mapping(&mixer);
 144
 145         size_t out_samples = 0;
 146
 147         reset_lcgrand();
 148
 149         steady_clock::time_point start, end;
 150         for (unsigned i = 0; i < NUM_WARMUP_FRAMES + NUM_BENCHMARK_FRAMES; ++i) {
 151                 if (i == NUM_WARMUP_FRAMES) {
 152                         start = steady_clock::now();
 153                 }
 154                 vector<float> output = process_frame(i, &mixer);
 155                 if (i >= NUM_WARMUP_FRAMES) {
 156                         out_samples += output.size();
 157                 }
 158         }
 159         end = steady_clock::now();
 160
 161         double elapsed = duration<double>(end - start).count();
 162         double simulated = double(out_samples) / (OUTPUT_FREQUENCY * 2);
 163         printf("%ld samples produced in %.1f ms (%.1f%% CPU, %.1fx realtime).\n",
 164                 out_samples, elapsed * 1e3, 100.0 * elapsed / simulated, simulated / elapsed);
 165 }
 166
 167 int main(int argc, char **argv)
 168 {
 169         for (unsigned i = 0; i < NUM_SAMPLES * NUM_CHANNELS + 1024; ++i) {
 170                 samples16[i * 2] = lcgrand() & 0xff;
 171                 samples16[i * 2 + 1] = lcgrand() & 0xff;
 172
 173                 samples24[i * 3] = lcgrand() & 0xff;
 174                 samples24[i * 3 + 1] = lcgrand() & 0xff;
 175                 samples24[i * 3 + 2] = 0;
 176         }
 177
 178         if (argc == 2) {
 179                 do_test(argv[1]);
 180         }
 181         do_benchmark();
 182 }
 183