]> git.donarmstrong.com Git - lilypond.git/blobdiff - lily/dynamic-performer.cc
Web-ja: update introduction
[lilypond.git] / lily / dynamic-performer.cc
index 52939ec2e3c3f288273a1b19f622ab68f1b92025..2a2a1fbd2a2af41b63aa76b8bb68e5e42a865ab2 100644 (file)
 /*
-  dynamic-performer.cc -- implement Dynamic_performer
+  This file is part of LilyPond, the GNU music typesetter.
 
-  source file of the GNU LilyPond music typesetter
+  Copyright (C) 2000--2015 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
 
-  (c) 2000--2006 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
+  LilyPond is free software: you can redistribute it and/or modify
+  it under the terms of the GNU General Public License as published by
+  the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
+  (at your option) any later version.
+
+  LilyPond is distributed in the hope that it will be useful,
+  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+  GNU General Public License for more details.
+
+  You should have received a copy of the GNU General Public License
+  along with LilyPond.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
 #include "performer.hh"
-
 #include "audio-item.hh"
+#include "std-vector.hh"
 #include "stream-event.hh"
-#include "translator.icc"
+#include "international.hh"
 
-/*
-  TODO:
-
-  handle multiple events
+#include "translator.icc"
 
-  perform absolute (text) dynamics
-*/
 class Dynamic_performer : public Performer
 {
 public:
   TRANSLATOR_DECLARATIONS (Dynamic_performer);
 protected:
+  virtual void acknowledge_audio_element (Audio_element_info info);
+  virtual void finalize ();
   void stop_translation_timestep ();
   void process_music ();
+  Real equalize_volume (Real);
+
+  void listen_decrescendo (Stream_event *);
+  void listen_crescendo (Stream_event *);
+  void listen_absolute_dynamic (Stream_event *);
+
+private:
+  void close_and_enqueue_span ();
+  Real compute_departure_volume (Direction depart_dir,
+                                 Real start_vol,
+                                 Real end_vol,
+                                 Real min_vol,
+                                 Real max_vol);
+  bool drive_state_machine (Direction next_grow_dir);
+  // next_vol < 0 means select a target dynamic based on growth direction.
+  // return actual next volume (computed if not provided)
+  Real finish_queued_spans (Real next_vol = -1.0);
+  Real look_up_absolute_volume (SCM dynamicString,
+                                Real defaultValue);
 
-  DECLARE_TRANSLATOR_LISTENER (absolute_dynamic);
 private:
+  // This performer queues a number of dynamic spans waiting for the following
+  // pattern before computing their volume levels.
+  //
+  //  1. the first (de)crescendo, followed by ...
+  //  2. zero or more spans that either change in the same direction as the
+  //     first or do not change, followed by ...
+  //  3. zero or more spans that either change in the opposite direction as the
+  //     first or do not change
+  //
+  // The search may be cut short by an absolute dynamic or the end of the
+  // context.
+  enum State
+  {
+    STATE_INITIAL = 0, // waiting for a (de)crescendo
+    STATE_DEPART, // enqueued the first span, gathering same-direction spans
+    STATE_RETURN // gathering opposite-direction spans
+  };
+
+  struct UnfinishedSpan
+  {
+    Audio_span_dynamic *dynamic_;
+    Direction grow_dir_;
+
+    UnfinishedSpan () : dynamic_ (0), grow_dir_ (CENTER) {}
+  };
+
+  struct DynamicQueue
+  {
+    vector<UnfinishedSpan> spans_;
+    // total duration of (de)crescendi (i.e. excluding fixed-volume spans)
+    Real change_duration_;
+    Real min_target_vol_;
+    Real max_target_vol_;
+
+    DynamicQueue () : change_duration_ (0) {}
+
+    void clear ()
+    {
+      spans_.clear ();
+      change_duration_ = 0;
+    }
+
+    void push_back (const UnfinishedSpan &span,
+                    Real min_target_vol,
+                    Real max_target_vol)
+    {
+      if (span.grow_dir_ != CENTER)
+        change_duration_ += span.dynamic_->get_duration ();
+      min_target_vol_ = min_target_vol;
+      max_target_vol_ = max_target_vol;
+      spans_.push_back (span);
+    }
+
+    void set_volume (Real start_vol, Real target_vol);
+  };
+
+private:
+  vector<Audio_note *> notes_;
   Stream_event *script_event_;
-  Audio_dynamic *audio_;
+  Drul_array<Stream_event *> span_events_;
+  Direction next_grow_dir_;
+  Direction depart_dir_;
+  UnfinishedSpan open_span_;
+  DynamicQueue depart_queue_;
+  DynamicQueue return_queue_;
+  State state_;
 };
 
-Dynamic_performer::Dynamic_performer ()
+Dynamic_performer::Dynamic_performer (Context *c)
+  : Performer (c),
+    script_event_ (0),
+    next_grow_dir_ (CENTER),
+    depart_dir_ (CENTER),
+    state_ (STATE_INITIAL)
 {
-  script_event_ = 0;
-  audio_ = 0;
+  span_events_[LEFT]
+  = span_events_[RIGHT] = 0;
 }
 
 void
-Dynamic_performer::process_music ()
+Dynamic_performer::acknowledge_audio_element (Audio_element_info inf)
 {
-  if (script_event_)
+  // Keep track of the notes played in this translation time step so that they
+  // can be pointed to the current dynamic in stop_translation_timestep.
+  if (Audio_note *n = dynamic_cast<Audio_note *> (inf.elem_)) {
+    notes_.push_back (n);
+  }
+}
+
+bool
+Dynamic_performer::drive_state_machine (Direction next_grow_dir)
+{
+  switch (state_)
     {
-      SCM proc = get_property ("dynamicAbsoluteVolumeFunction");
+    case STATE_INITIAL:
+      if (next_grow_dir != CENTER)
+        {
+          state_ = STATE_DEPART;
+          depart_dir_ = next_grow_dir;
+        }
+      break;
 
-      SCM svolume = SCM_EOL;
-      if (ly_is_procedure (proc))
-       {
-         // urg
-         svolume = scm_call_1 (proc, script_event_->get_property ("text"));
-       }
+    case STATE_DEPART:
+      if (next_grow_dir == -depart_dir_)
+        state_ = STATE_RETURN;
+      break;
 
-      Real volume = robust_scm2double (svolume, 0.5);
+    case STATE_RETURN:
+      if (next_grow_dir == depart_dir_)
+        {
+          state_ = STATE_DEPART;
+          return true;
+        }
+      break;
+    }
 
+  return false;
+}
+
+void
+Dynamic_performer::close_and_enqueue_span ()
+{
+  if (!open_span_.dynamic_)
+    programming_error ("no open dynamic span");
+  else
+    {
+      DynamicQueue &dq
+      = (state_ == STATE_RETURN) ? return_queue_ : depart_queue_;
+
+      // Changing equalizer settings in the course of the performance does not
+      // seem very likely.  This is a fig leaf: Equalize these limit volumes
+      // now as the required context properties are current.  Note that only
+      // the limits at the end of the last span in the queue are kept.
+
+      // Resist diminishing to silence.  (Idea: Look up "ppppp"
+      // with dynamicAbsoluteVolumeFunction, however that would yield 0.25.)
+      const Real min_target = equalize_volume (0.1);
+      const Real max_target
+      = equalize_volume (Audio_span_dynamic::MAXIMUM_VOLUME);
+
+      open_span_.dynamic_->set_end_moment (now_mom ());
+      dq.push_back (open_span_, min_target, max_target);
+    }
+
+  open_span_ = UnfinishedSpan ();
+}
+
+// Set the starting and target volume for each span in the queue.  The gain
+// (loss) of any (de)crescendo is proportional to its share of the total time
+// spent changing.
+void
+Dynamic_performer::DynamicQueue::set_volume (Real start_vol,
+                                             Real target_vol)
+{
+  const Real gain = target_vol - start_vol;
+  Real dur = 0; // duration of (de)crescendi processed so far
+  Real vol = start_vol;
+  for (vector<UnfinishedSpan>::iterator it = spans_.begin ();
+       it != spans_.end (); ++it)
+    {
+      const Real prev_vol = vol;
+      if (it->grow_dir_ != CENTER)
+        {
+          // grant this (de)crescendo its portion of the gain
+          dur += it->dynamic_->get_duration ();
+          vol = start_vol + gain * (dur / change_duration_);
+        }
+      it->dynamic_->set_volume (prev_vol, vol);
+    }
+}
+
+// Return a volume which is reasonably distant from the given start and end
+// volumes in the given direction, for use as a peak volume in a passage with a
+// crescendo followed by a decrescendo (or vice versa).  If the given volumes
+// are equal, the returned volume is a also reasonable target volume for a
+// single (de)crescendo.
+//
+// The given minimum and maximum volumes are the allowable dynamic range.
+Real
+Dynamic_performer::compute_departure_volume (Direction depart_dir,
+                                             Real start_vol,
+                                             Real end_vol,
+                                             Real min_vol,
+                                             Real max_vol)
+{
+  if (depart_dir == CENTER)
+    return start_vol;
+
+  // Try to find a volume that is a minimum distance from the starting and
+  // ending volumes.  If the endpoint volumes differ, the nearer one is padded
+  // less than the farther one.
+  //
+  // Example: mf < ... > p.  The legacy behavior was to use a 25% of the
+  // dynamic range for a (de)crescendo to an unspecified target, and this tries
+  // to preserve that, but is not possible to use a 25% change for both the
+  // crescendo and the decrescendo and meet the constraints of this example.
+  // The decrescendo is a greater change than the crescendo.  Believing that
+  // 25% is already more than enough for either, pad using 25% for the greater
+  // change and 7% for the lesser change.
+  //
+  // Idea: Use a context property or callback, e.g. the difference between two
+  // dynamics in dynamicAbsoluteVolumeFunction.  0.25 is the default difference
+  // between "p" and "ff". (Isn't that rather wide for this purpose?)  0.07 is
+  // the default difference between "mp" and "mf".
+  const Real far_padding = 0.25;
+  const Real near_padding = 0.07;
+
+  // If for some reason one of the endpoints is already below the supposed
+  // minimum or maximum, just accept it.
+  min_vol = min (min (min_vol, start_vol), end_vol);
+  max_vol = max (max (max_vol, start_vol), end_vol);
+
+  const Real vol_range = max_vol - min_vol;
+
+  const Real near_vol = minmax (depart_dir, start_vol, end_vol)
+                    + depart_dir * near_padding * vol_range;
+  const Real far_vol = minmax (-depart_dir, start_vol, end_vol)
+                   + depart_dir * far_padding * vol_range;
+  const Real depart_vol = minmax (depart_dir, near_vol, far_vol);
+  return max (min (depart_vol, max_vol), min_vol);
+}
+
+Real
+Dynamic_performer::finish_queued_spans (Real next_vol)
+{
+  if (depart_queue_.spans_.empty ())
+    {
+      programming_error ("no dynamic span to finish");
+      return next_vol;
+    }
+
+  const Real start_vol = depart_queue_.spans_.front ().dynamic_->get_start_volume ();
+
+  if (return_queue_.spans_.empty ())
+    {
+      Real depart_vol = next_vol;
+
+      // If the next dynamic is not specified or is inconsistent with the
+      // direction of growth, choose a reasonable target.
+      if ((next_vol < 0) || (depart_dir_ != sign (next_vol - start_vol)))
+        {
+          depart_vol = compute_departure_volume (depart_dir_,
+                                                 start_vol, start_vol,
+                                                 depart_queue_.min_target_vol_,
+                                                 depart_queue_.max_target_vol_);
+        }
+
+      depart_queue_.set_volume (start_vol, depart_vol);
+      depart_queue_.clear ();
+      return (next_vol >= 0) ? next_vol : depart_vol;
+    }
+  else
+    {
+      // If the next dynamic is not specified, return to the starting volume.
+      const Real return_vol = (next_vol >= 0) ? next_vol : start_vol;
+      Real depart_vol = compute_departure_volume (depart_dir_,
+                                                  start_vol, return_vol,
+                                                  depart_queue_.min_target_vol_,
+                                                  depart_queue_.max_target_vol_);
+      depart_queue_.set_volume (start_vol, depart_vol);
+      depart_queue_.clear ();
+      return_queue_.set_volume (depart_vol, return_vol);
+      return_queue_.clear ();
+      return return_vol;
+    }
+}
+
+Real
+Dynamic_performer::equalize_volume (Real volume)
+{
+  /*
+    properties override default equaliser setting
+  */
+  SCM min = get_property ("midiMinimumVolume");
+  SCM max = get_property ("midiMaximumVolume");
+  if (scm_is_number (min) || scm_is_number (max))
+    {
+      Interval iv (Audio_span_dynamic::MINIMUM_VOLUME,
+                   Audio_span_dynamic::MAXIMUM_VOLUME);
+      if (scm_is_number (min))
+        iv[MIN] = scm_to_double (min);
+      if (scm_is_number (max))
+        iv[MAX] = scm_to_double (max);
+      volume = iv[MIN] + iv.length () * volume;
+    }
+  else
+    {
       /*
-       properties override default equaliser setting
+        urg, code duplication:: staff_performer
       */
-      SCM min = get_property ("midiMinimumVolume");
-      SCM max = get_property ("midiMaximumVolume");
-      if (scm_is_number (min) || scm_is_number (max))
-       {
-         Interval iv (0, 1);
-         if (scm_is_number (min))
-           iv[MIN] = scm_to_double (min);
-         if (scm_is_number (max))
-           iv[MAX] = scm_to_double (max);
-         volume = iv[MIN] + iv.length () * volume;
-       }
-      else
-       {
-         /*
-           urg, code duplication:: staff_performer
-         */
-         SCM s = get_property ("midiInstrument");
-
-         if (!scm_is_string (s))
-           s = get_property ("instrumentName");
-
-         if (!scm_is_string (s))
-           s = scm_from_locale_string ("piano");
-
-         SCM eq = get_property ("instrumentEqualizer");
-         if (ly_is_procedure (eq))
-           s = scm_call_1 (eq, s);
-
-         if (is_number_pair (s))
-           {
-             Interval iv = ly_scm2interval (s);
-             volume = iv[MIN] + iv.length () * volume;
-           }
-       }
-
-      audio_ = new Audio_dynamic (volume);
-      Audio_element_info info (audio_, script_event_);
-      announce_element (info);
-      script_event_ = 0;
+      SCM s = get_property ("midiInstrument");
+
+      if (!scm_is_string (s))
+        s = get_property ("instrumentName");
+
+      if (!scm_is_string (s))
+        s = scm_from_ascii_string ("piano");
+
+      SCM eq = get_property ("instrumentEqualizer");
+      if (ly_is_procedure (eq))
+        s = scm_call_1 (eq, s);
+
+      if (is_number_pair (s))
+        {
+          Interval iv = ly_scm2interval (s);
+          volume = iv[MIN] + iv.length () * volume;
+        }
+    }
+  return std::max (std::min (volume, Audio_span_dynamic::MAXIMUM_VOLUME),
+                   Audio_span_dynamic::MINIMUM_VOLUME);
+}
+
+void
+Dynamic_performer::finalize ()
+{
+  if (open_span_.dynamic_)
+    close_and_enqueue_span ();
+  finish_queued_spans ();
+}
+
+Real
+Dynamic_performer::look_up_absolute_volume (SCM dynamicString,
+                                            Real defaultValue)
+{
+  SCM proc = get_property ("dynamicAbsoluteVolumeFunction");
+
+  SCM svolume = SCM_EOL;
+  if (ly_is_procedure (proc))
+    svolume = scm_call_1 (proc, dynamicString);
+
+  return robust_scm2double (svolume, defaultValue);
+}
+
+void
+Dynamic_performer::process_music ()
+{
+  Real volume = -1;
+
+  if (script_event_) // explicit dynamic
+    {
+      volume = look_up_absolute_volume (script_event_->get_property ("text"),
+                                        Audio_span_dynamic::DEFAULT_VOLUME);
+      volume = equalize_volume (volume);
+    }
+  else if (!open_span_.dynamic_) // first time only
+    {
+      // Idea: look_up_absolute_volume (ly_symbol2scm ("mf")).
+      // It is likely to change regtests.
+      volume = equalize_volume (Audio_span_dynamic::DEFAULT_VOLUME);
+    }
+
+  // end the current span at relevant points
+  if (open_span_.dynamic_
+      && (span_events_[START] || span_events_[STOP] || script_event_))
+    {
+      close_and_enqueue_span ();
+      if (script_event_)
+        {
+          state_ = STATE_INITIAL;
+          volume = finish_queued_spans (volume);
+        }
+    }
+
+  // start a new span so that some dynamic is always in effect
+  if (!open_span_.dynamic_)
+    {
+      if (drive_state_machine (next_grow_dir_))
+        volume = finish_queued_spans (volume);
+
+      // if not known by now, use a default volume for robustness
+      if (volume < 0)
+        volume = equalize_volume (Audio_span_dynamic::DEFAULT_VOLUME);
+
+      Stream_event *cause
+      = span_events_[START] ? span_events_[START]
+        : script_event_ ? script_event_
+        : span_events_[STOP];
+
+      open_span_.dynamic_ = new Audio_span_dynamic (now_mom (), volume);
+      open_span_.grow_dir_ = next_grow_dir_;
+      announce_element (Audio_element_info (open_span_.dynamic_, cause));
     }
 }
 
 void
 Dynamic_performer::stop_translation_timestep ()
 {
-  if (audio_)
+  // link notes to the current dynamic
+  if (!open_span_.dynamic_)
+    programming_error("no current dynamic");
+  else
     {
-      audio_ = 0;
+      for (vector<Audio_note *>::const_iterator ni = notes_.begin ();
+           ni != notes_.end (); ++ni)
+        {
+          (*ni)->dynamic_ = open_span_.dynamic_;
+        }
     }
+  notes_.clear ();
+
+  script_event_ = 0;
+  span_events_[LEFT]
+  = span_events_[RIGHT] = 0;
+  next_grow_dir_ = CENTER;
+}
+
+void
+Dynamic_performer::listen_decrescendo (Stream_event *r)
+{
+  Direction d = to_dir (r->get_property ("span-direction"));
+  if (ASSIGN_EVENT_ONCE (span_events_[d], r) && (d == START))
+    next_grow_dir_ = SMALLER;
+}
+
+void
+Dynamic_performer::listen_crescendo (Stream_event *r)
+{
+  Direction d = to_dir (r->get_property ("span-direction"));
+  if (ASSIGN_EVENT_ONCE (span_events_[d], r) && (d == START))
+    next_grow_dir_ = BIGGER;
 }
 
-IMPLEMENT_TRANSLATOR_LISTENER (Dynamic_performer, absolute_dynamic);
 void
 Dynamic_performer::listen_absolute_dynamic (Stream_event *r)
 {
-  if (!script_event_)
-    script_event_ = r;
+  ASSIGN_EVENT_ONCE (script_event_, r);
+}
+
+void
+Dynamic_performer::boot ()
+{
+  ADD_LISTENER (Dynamic_performer, decrescendo);
+  ADD_LISTENER (Dynamic_performer, crescendo);
+  ADD_LISTENER (Dynamic_performer, absolute_dynamic);
 }
 
 ADD_TRANSLATOR (Dynamic_performer,
-               /* doc */                "",
-               /* create */ "",
-
-               /* read */
-               "dynamicAbsoluteVolumeFunction "
-               "instrumentEqualizer "
-               "midiMaximumVolume "
-               "midiMinimumVolume "
-               "midiInstrument "
-               ,
-               /*writes*/"");
+                /* doc */
+                "",
+
+                /* create */
+                "",
+
+                /* read */
+                "dynamicAbsoluteVolumeFunction "
+                "instrumentEqualizer "
+                "midiMaximumVolume "
+                "midiMinimumVolume "
+                "midiInstrument ",
+
+                /* write */
+                ""
+               );