audio2.cpp

/**
 * 正弦波を出力する。引数でバッファサイズを指定
 * (※SDLのドキュメントでは AudioSpec::samples はサンプル数って書いて
 * るけど、実際はバッファサイズだと思う)
 *
 * メインスレッドで音を溜めてコールバックで出力する方式
 * スレッド間のデータのやりとりに boost::lockfree::spsc_queue を使用
 */

#include <string>
#include <array>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
#include <cstdint>
#include <cassert>

#include <boost/lockfree/spsc_queue.hpp>

#include <SDL.h>

using namespace std;

namespace{
    constexpr int FPS = 60;

    constexpr int             SPEC_FREQ     = 44100;
    constexpr SDL_AudioFormat SPEC_FORMAT   = AUDIO_S16SYS;
    constexpr int             SPEC_CHANNELS = 1;

    constexpr int SIN_AMP  = 16000;
    constexpr int SIN_FREQ = 440;

    bool is_pow2(unsigned int n)
    {
        if(n == 0) return false;
        return (n & (n-1)) == 0;
    }

    void warn(const char* msg)
    {
        fputs(msg, stderr);
        putc('\n', stderr);
    }

    void error(const char* msg)
    {
        warn(msg);
        exit(1);
    }

    void print_spec(const SDL_AudioSpec& spec, bool obtained)
    {
        printf("freq     : %d\n", spec.freq);
        printf("format   : %d\n", spec.format);
        printf("channels : %u\n", spec.channels);
        printf("samples  : %u\n", spec.samples);
        if(obtained){
            printf("silence  : %u\n", spec.silence);
            printf("size     : %u\n", spec.size);
        }
    }

    boost::lockfree::spsc_queue<
        int16_t,
        boost::lockfree::capacity<8*(SPEC_FREQ/FPS)> // 多めに取らないとunderflow発生
    > audio_queue;

    void callback(void* /*userdata*/, uint8_t* stream, int len)
    {
        assert(!(len&1));
        //printf("%d\n", len);

        unsigned int n_sample = len / 2;

        int16_t* p = reinterpret_cast<int16_t*>(stream);
        size_t n_pop = audio_queue.pop(p, n_sample);
        if(n_pop < n_sample){
            printf("UNDERFLOW: %lu samples\n", n_sample - n_pop);
            fill_n(p+n_pop, 0, n_sample-n_pop);
        }
    }

    void usage()
    {
        error("audio2 <samples>");
    }
}

int main(int argc, char** argv)
{
    if(argc != 2) usage();
    unsigned long samples;
    try{
        samples = stoul(argv[1]);
    }
    catch(const logic_error& e){
        error("invalid samples value");
    }
    if(samples > 0x8000) error("samples too large");
    if(samples < 64) error("samples too small"); // 小さすぎるとハングするっぽい
    if(!is_pow2(samples)) error("samples must be power of 2");

    if(SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER) != 0) error("SDL_Init() failed");
    atexit(SDL_Quit);

    {
        const char* driver = SDL_GetCurrentAudioDriver();
        printf("Audio driver: %s\n", driver ? driver : "(null!?)");
        puts("");
    }

    SDL_AudioSpec want = {}; // これで警告出るの納得いかない…
    want.freq     = SPEC_FREQ;
    want.format   = SPEC_FORMAT;
    want.channels = SPEC_CHANNELS;
    want.samples  = samples;
    want.callback = callback;
    puts("[Desired spec]");
    print_spec(want, false);
    puts("");

    SDL_AudioSpec have;
    SDL_AudioDeviceID dev = SDL_OpenAudioDevice(nullptr, 0, &want, &have, 0);
    if(!dev) error("SDL_OpenAudioDevice() failed");

    // samples は指定通りになるとは限らない
    if(want.freq     != have.freq ||
       want.format   != have.format ||
       want.channels != have.channels) error("spec changed");

    puts("[Obtained spec]");
    print_spec(have, true);
    puts("");

    SDL_PauseAudioDevice(dev, 0);

    unsigned int t = 0;
    array<int16_t, SPEC_FREQ/FPS> buf;
    for(;;){
        // write_available() はバージョンが古いと使えない?
        //size_t size = min(buf.size(), audio_queue.write_available());

        unsigned int n_written = 0;
        while(n_written < buf.size()){
            int16_t sample = SIN_AMP * sin(2*M_PI * SIN_FREQ/SPEC_FREQ * t);
            if(audio_queue.push(sample)){
                ++n_written;
                ++t;
            }
            else{
                printf("OVERFLOW: %lu samples\n", buf.size() - n_written);
                break;
            }
        }

        // 書き込みが追いつかないとunderflowして音がブツ切れになるので
        // ウェイトは少し減らす。overflowする分には問題ない
        SDL_Delay(1000/FPS - 5);
    }

    SDL_CloseAudioDevice(dev);

    return 0;
}