]> git.sesse.net Git - nageru/blobdiff - mixer.h
Release Nageru 1.7.2.
[nageru] / mixer.h
diff --git a/mixer.h b/mixer.h
index 7837b3568641edb415444427655d03f30510bf5b..d1bf79519452113a49183e7539596f6c96600010 100644 (file)
--- a/mixer.h
+++ b/mixer.h
@@ -23,6 +23,8 @@
 #include <thread>
 #include <vector>
 
+#include <movit/image_format.h>
+
 #include "audio_mixer.h"
 #include "bmusb/bmusb.h"
 #include "defs.h"
@@ -35,6 +37,7 @@
 #include "theme.h"
 #include "timebase.h"
 #include "video_encoder.h"
+#include "ycbcr_interpretation.h"
 
 class ALSAOutput;
 class ChromaSubsampler;
@@ -51,6 +54,59 @@ class ResourcePool;
 class YCbCrInput;
 }  // namespace movit
 
+// A class to estimate the future jitter. Used in QueueLengthPolicy (see below).
+//
+// There are many ways to estimate jitter; I've tested a few ones (and also
+// some algorithms that don't explicitly model jitter) with different
+// parameters on some real-life data in experiments/queue_drop_policy.cpp.
+// This is one based on simple order statistics where I've added some margin in
+// the number of starvation events; I believe that about one every hour would
+// probably be acceptable, but this one typically goes lower than that, at the
+// cost of 2–3 ms extra latency. (If the queue is hard-limited to one frame, it's
+// possible to get ~10 ms further down, but this would mean framedrops every
+// second or so.) The general strategy is: Take the 99.9-percentile jitter over
+// last 5000 frames, multiply by two, and that's our worst-case jitter
+// estimate. The fact that we're not using the max value means that we could
+// actually even throw away very late frames immediately, which means we only
+// get one user-visible event instead of seeing something both when the frame
+// arrives late (duplicate frame) and then again when we drop.
+class JitterHistory {
+private:
+       static constexpr size_t history_length = 5000;
+       static constexpr double percentile = 0.999;
+       static constexpr double multiplier = 2.0;
+
+public:
+       void register_metrics(const std::vector<std::pair<std::string, std::string>> &labels);
+       void unregister_metrics(const std::vector<std::pair<std::string, std::string>> &labels);
+
+       void clear() {
+               history.clear();
+               orders.clear();
+       }
+       void frame_arrived(std::chrono::steady_clock::time_point now, int64_t frame_duration, size_t dropped_frames);
+       std::chrono::steady_clock::time_point get_expected_next_frame() const { return expected_timestamp; }
+       double estimate_max_jitter() const;
+
+private:
+       // A simple O(k) based algorithm for getting the k-th largest or
+       // smallest element from our window; we simply keep the multiset
+       // ordered (insertions and deletions are O(n) as always) and then
+       // iterate from one of the sides. If we had larger values of k,
+       // we could go for a more complicated setup with two sets or heaps
+       // (one increasing and one decreasing) that we keep balanced around
+       // the point, or it is possible to reimplement std::set with
+       // counts in each node. However, since k=5, we don't need this.
+       std::multiset<double> orders;
+       std::deque<std::multiset<double>::iterator> history;
+
+       std::chrono::steady_clock::time_point expected_timestamp = std::chrono::steady_clock::time_point::min();
+
+       // Metrics. There are no direct summaries for jitter, since we already have latency summaries.
+       std::atomic<int64_t> metric_input_underestimated_jitter_frames{0};
+       std::atomic<double> metric_input_estimated_max_jitter_seconds{0.0 / 0.0};
+};
+
 // For any card that's not the master (where we pick out the frames as they
 // come, as fast as we can process), there's going to be a queue. The question
 // is when we should drop frames from that queue (apart from the obvious
@@ -62,37 +118,39 @@ class YCbCrInput;
 //   2. We don't want to add more delay than is needed.
 //
 // Our general strategy is to drop as many frames as we can (helping for #2)
-// that we think is safe for #1 given jitter. To this end, we set a lower floor N,
-// where we assume that if we have N frames in the queue, we're always safe from
-// starvation. (Typically, N will be 0 or 1. It starts off at 0.) If we have
-// more than N frames in the queue after reading out the one we need, we head-drop
-// them to reduce the queue.
+// that we think is safe for #1 given jitter. To this end, we measure the
+// deviation from the expected arrival time for all cards, and use that for
+// continuous jitter estimation.
 //
-// N is reduced as follows: If the queue has had at least one spare frame for
-// at least 50 (master) frames (ie., it's been too conservative for a second),
-// we reduce N by 1 and reset the timers.
-//
-// Whenever the queue is starved (we needed a frame but there was none),
-// and we've been at N since the last starvation, N was obviously too low,
-// so we increment it. We will never set N above 5, though.
+// We then drop everything from the queue that we're sure we won't need to
+// serve the output in the time before the next frame arrives. Typically,
+// this means the queue will contain 0 or 1 frames, although more is also
+// possible if the jitter is very high.
 class QueueLengthPolicy {
 public:
        QueueLengthPolicy() {}
        void reset(unsigned card_index) {
                this->card_index = card_index;
-               safe_queue_length = 1;
-               frames_with_at_least_one = 0;
-               been_at_safe_point_since_last_starvation = false;
        }
 
-       void update_policy(unsigned queue_length);  // Call before picking out a frame, so 0 means starvation.
+       void register_metrics(const std::vector<std::pair<std::string, std::string>> &labels);
+       void unregister_metrics(const std::vector<std::pair<std::string, std::string>> &labels);
+
+       // Call after picking out a frame, so 0 means starvation.
+       void update_policy(std::chrono::steady_clock::time_point now,
+                          std::chrono::steady_clock::time_point expected_next_frame,
+                          int64_t input_frame_duration,
+                          int64_t master_frame_duration,
+                          double max_input_card_jitter_seconds,
+                          double max_master_card_jitter_seconds);
        unsigned get_safe_queue_length() const { return safe_queue_length; }
 
 private:
-       unsigned card_index;  // For debugging only.
-       unsigned safe_queue_length = 1;  // Called N in the comments. Can never go below 1.
-       unsigned frames_with_at_least_one = 0;
-       bool been_at_safe_point_since_last_starvation = false;
+       unsigned card_index;  // For debugging and metrics only.
+       unsigned safe_queue_length = 0;  // Can never go below zero.
+
+       // Metrics.
+       std::atomic<int64_t> metric_input_queue_safe_length_frames{1};
 };
 
 class Mixer {
@@ -139,10 +197,17 @@ public:
                return output_channel[output].get_display_frame(frame);
        }
 
+       // NOTE: Callbacks will be called with a mutex held, so you should probably
+       // not do real work in them.
        typedef std::function<void()> new_frame_ready_callback_t;
-       void set_frame_ready_callback(Output output, new_frame_ready_callback_t callback)
+       void add_frame_ready_callback(Output output, void *key, new_frame_ready_callback_t callback)
+       {
+               output_channel[output].add_frame_ready_callback(key, callback);
+       }
+
+       void remove_frame_ready_callback(Output output, void *key)
        {
-               output_channel[output].set_frame_ready_callback(callback);
+               output_channel[output].remove_frame_ready_callback(key);
        }
 
        // TODO: Should this really be per-channel? Shouldn't it just be called for e.g. the live output?
@@ -209,6 +274,9 @@ public:
                return theme->set_signal_mapping(signal, card);
        }
 
+       YCbCrInterpretation get_input_ycbcr_interpretation(unsigned card_index) const;
+       void set_input_ycbcr_interpretation(unsigned card_index, const YCbCrInterpretation &interpretation);
+
        bool get_supports_set_wb(unsigned channel) const
        {
                return theme->get_supports_set_wb(channel);
@@ -220,8 +288,8 @@ public:
        }
 
        // Note: You can also get this through the global variable global_audio_mixer.
-       AudioMixer *get_audio_mixer() { return &audio_mixer; }
-       const AudioMixer *get_audio_mixer() const { return &audio_mixer; }
+       AudioMixer *get_audio_mixer() { return audio_mixer.get(); }
+       const AudioMixer *get_audio_mixer() const { return audio_mixer.get(); }
 
        void schedule_cut()
        {
@@ -254,6 +322,11 @@ public:
                return cards[card_index].output != nullptr;
        }
 
+       bool card_is_ffmpeg(unsigned card_index) const {
+               assert(card_index < num_cards + num_video_inputs);
+               return cards[card_index].type == CardType::FFMPEG_INPUT;
+       }
+
        std::map<uint32_t, bmusb::VideoMode> get_available_video_modes(unsigned card_index) const {
                assert(card_index < num_cards);
                return cards[card_index].capture->get_available_video_modes();
@@ -301,6 +374,10 @@ public:
                cards[card_index].capture->set_audio_input(input);
        }
 
+       std::string get_ffmpeg_filename(unsigned card_index) const;
+
+       void set_ffmpeg_filename(unsigned card_index, const std::string &filename);
+
        void change_x264_bitrate(unsigned rate_kbit) {
                video_encoder->change_x264_bitrate(rate_kbit);
        }
@@ -331,10 +408,31 @@ public:
                display_timecode_on_stdout = enable;
        }
 
+       int64_t get_num_connected_clients() const {
+               return httpd.get_num_connected_clients();
+       }
+
+       std::vector<Theme::MenuEntry> get_theme_menu() { return theme->get_theme_menu(); }
+
+       void theme_menu_entry_clicked(int lua_ref) { return theme->theme_menu_entry_clicked(lua_ref); }
+
+       void set_theme_menu_callback(std::function<void()> callback)
+       {
+               theme->set_theme_menu_callback(callback);
+       }
+
+       void wait_for_next_frame();
+
 private:
        struct CaptureCard;
 
-       void configure_card(unsigned card_index, bmusb::CaptureInterface *capture, bool is_fake_capture, DeckLinkOutput *output);
+       enum class CardType {
+               LIVE_CARD,
+               FAKE_CAPTURE,
+               FFMPEG_INPUT,
+               CEF_INPUT,
+       };
+       void configure_card(unsigned card_index, bmusb::CaptureInterface *capture, CardType card_type, DeckLinkOutput *output);
        void set_output_card_internal(int card_index);  // Should only be called from the mixer thread.
        void bm_frame(unsigned card_index, uint16_t timecode,
                bmusb::FrameAllocator::Frame video_frame, size_t video_offset, bmusb::VideoFormat video_format,
@@ -350,12 +448,12 @@ private:
        void audio_thread_func();
        void release_display_frame(DisplayFrame *frame);
        double pts() { return double(pts_int) / TIMEBASE; }
-       // Call this _before_ trying to pull out a frame from a capture card;
-       // it will update the policy and drop the right amount of frames for you.
-       void trim_queue(CaptureCard *card, unsigned card_index);
+       void trim_queue(CaptureCard *card, size_t safe_queue_length);
+       std::pair<std::string, std::string> get_channels_json();
+       std::pair<std::string, std::string> get_channel_color_http(unsigned channel_idx);
 
        HTTPD httpd;
-       unsigned num_cards;
+       unsigned num_cards, num_video_inputs, num_html_inputs = 0;
 
        QSurface *mixer_surface, *h264_encoder_surface, *decklink_output_surface;
        std::unique_ptr<movit::ResourcePool> resource_pool;
@@ -386,7 +484,10 @@ private:
        movit::YCbCrInput *display_input;
 
        int64_t pts_int = 0;  // In TIMEBASE units.
-       unsigned frame_num = 0;
+
+       mutable std::mutex frame_num_mutex;
+       std::condition_variable frame_num_updated;
+       unsigned frame_num = 0;  // Under <frame_num_mutex>.
 
        // Accumulated errors in number of 1/TIMEBASE audio samples. If OUTPUT_FREQUENCY divided by
        // frame rate is integer, will always stay zero.
@@ -397,8 +498,18 @@ private:
        struct CaptureCard {
                std::unique_ptr<bmusb::CaptureInterface> capture;
                bool is_fake_capture;
+               CardType type;
                std::unique_ptr<DeckLinkOutput> output;
 
+               // CEF only delivers frames when it actually has a change.
+               // If we trim the queue for latency reasons, we could thus
+               // end up in a situation trimming a frame that was meant to
+               // be displayed for a long time, which is really suboptimal.
+               // Thus, if we drop the last frame we have, may_have_dropped_last_frame
+               // is set to true, and the next starvation event will trigger
+               // us requestin a CEF repaint.
+               bool is_cef_capture, may_have_dropped_last_frame = false;
+
                // If this card is used for output (ie., output_card_index points to it),
                // it cannot simultaneously be uesd for capture, so <capture> gets replaced
                // by a FakeCapture. However, since reconstructing the real capture object
@@ -427,9 +538,31 @@ private:
                QueueLengthPolicy queue_length_policy;  // Refers to the "new_frames" queue.
 
                int last_timecode = -1;  // Unwrapped.
+
+               JitterHistory jitter_history;
+
+               // Metrics.
+               std::vector<std::pair<std::string, std::string>> labels;
+               std::atomic<int64_t> metric_input_received_frames{0};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_duped_frames{0};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_dropped_frames_jitter{0};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_dropped_frames_error{0};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_resets{0};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_queue_length_frames{0};
+
+               std::atomic<int64_t> metric_input_has_signal_bool{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_is_connected_bool{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_interlaced_bool{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_width_pixels{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_height_pixels{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_frame_rate_nom{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_frame_rate_den{-1};
+               std::atomic<int64_t> metric_input_sample_rate_hz{-1};
        };
+       JitterHistory output_jitter_history;
        CaptureCard cards[MAX_VIDEO_CARDS];  // Protected by <card_mutex>.
-       AudioMixer audio_mixer;  // Same as global_audio_mixer (see audio_mixer.h).
+       YCbCrInterpretation ycbcr_interpretation[MAX_VIDEO_CARDS];  // Protected by <card_mutex>.
+       std::unique_ptr<AudioMixer> audio_mixer;  // Same as global_audio_mixer (see audio_mixer.h).
        bool input_card_is_master_clock(unsigned card_index, unsigned master_card_index) const;
        struct OutputFrameInfo {
                int dropped_frames;  // Since last frame.
@@ -450,9 +583,10 @@ private:
        class OutputChannel {
        public:
                ~OutputChannel();
-               void output_frame(DisplayFrame frame);
+               void output_frame(DisplayFrame &&frame);
                bool get_display_frame(DisplayFrame *frame);
-               void set_frame_ready_callback(new_frame_ready_callback_t callback);
+               void add_frame_ready_callback(void *key, new_frame_ready_callback_t callback);
+               void remove_frame_ready_callback(void *key);
                void set_transition_names_updated_callback(transition_names_updated_callback_t callback);
                void set_name_updated_callback(name_updated_callback_t callback);
                void set_color_updated_callback(color_updated_callback_t callback);
@@ -465,7 +599,7 @@ private:
                std::mutex frame_mutex;
                DisplayFrame current_frame, ready_frame;  // protected by <frame_mutex>
                bool has_current_frame = false, has_ready_frame = false;  // protected by <frame_mutex>
-               new_frame_ready_callback_t new_frame_ready_callback;
+               std::map<void *, new_frame_ready_callback_t> new_frame_ready_callbacks;  // protected by <frame_mutex>
                transition_names_updated_callback_t transition_names_updated_callback;
                name_updated_callback_t name_updated_callback;
                color_updated_callback_t color_updated_callback;
@@ -500,6 +634,5 @@ private:
 };
 
 extern Mixer *global_mixer;
-extern bool uses_mlock;
 
 #endif  // !defined(_MIXER_H)