]> git.tuebingen.mpg.de Git - paraslash.git/blob - web/manual.md
manual: Add lopsub installation instructions to quick start.
[paraslash.git] / web / manual.md
1 **Paraslash user manual**
2
3 This document describes how to install, configure and use the paraslash
4 network audio streaming system.  Most chapters start with a chapter
5 overview and conclude with an example section. We try to focus on
6 general concepts and on the interaction of the various pieces of the
7 paraslash package. Hence this user manual is not meant as a replacement
8 for the manual pages that describe all command line options of each
9 paraslash executable.
10
11 ============
12 Introduction
13 ============
14
15 In this chapter we give an [overview](#Overview) of the interactions of
16 the two main programs contained in the paraslash package, followed by
17 [brief descriptions](#The.paraslash.executables) of all executables.
18
19 Overview
20 --------
21
22 The core functionality of the para suite is provided by two main
23 executables, para_server and para_audiod. The former maintains a
24 database of audio files and streams these files to para_audiod which
25 receives and plays the stream.
26
27 In a typical setting, both para_server and para_audiod act as
28 background daemons whose functionality is controlled by client
29 programs: the para_audioc client controls para_audiod over a local
30 socket while the para_client program connects to para_server over a
31 local or remote networking connection.
32
33 Typically, these two daemons run on different hosts but a local setup
34 is also possible.
35
36 A simplified picture of a typical setup is as follows
37
38         server_host                                  client_host
39         ~~~~~~~~~~~                                  ~~~~~~~~~~~
40
41         +-----------+         audio stream           +-----------+
42         |para_server| -----------------------------> |para_audiod|
43         +-----------+                                +-----------+
44              ^                                            ^
45              |                                            |
46              |                                            | connect
47              |                                            |
48              |                                            |
49              |                                       +-----------+
50              |                                       |para_audioc|
51              |                                       +-----------+
52              |
53              |
54              |                  connect              +-----------+
55              +-------------------------------------- |para_client|
56                                                      +-----------+
57 The paraslash executables
58 -------------------------
59
60 ### para_server ###
61
62 para_server streams binary audio data (MP3, ...) over local and/or
63 remote networks. It listens on a TCP port and accepts commands such
64 as play, stop, pause, next from authenticated clients. There are
65 many more commands though, see the man page of para_server for a
66 description of all commands.
67
68 It supports three built-in network streaming protocols
69 (senders/receivers): HTTP, DCCP, or UDP. This is explained in more
70 detail in the section on [networking](#Networking).
71
72 The built-in audio file selector of paraslash is used to manage your
73 audio files. It maintains statistics on the usage of all available
74 audio files such as last-played time, and the number of times each
75 file was selected.
76
77 Additional information may be added to the database to allow
78 fine-grained selection based on various properties of the audio file,
79 including information found in (ID3) tags. However, old-fashioned
80 playlists are also supported.
81
82 It is also possible to store images (album covers) and lyrics in the
83 database and associate these to the corresponding audio files.
84
85 The section on the [audio file selector](#The.audio.file.selector)
86 discusses this topic.
87
88
89 ### para_client ###
90
91 The client program to connect to para_server. paraslash commands
92 are sent to para_server and the response is dumped to STDOUT. This
93 can be used by any scripting language to produce user interfaces with
94 little programming effort.
95
96 All connections between para_server and para_client are encrypted
97 with a symmetric session key. For each user of paraslash you must
98 create a public/secret RSA key pair for authentication.
99
100 If para_client is started without non-option arguments, an interactive
101 session (shell) is started. Command history and command completion are
102 supported through libreadline.
103
104 ### para_audiod ###
105
106 The local daemon that collects information from para_server.
107
108 It runs on the client side and connects to para_server. As soon as
109 para_server announces the availability of an audio stream, para_audiod
110 starts an appropriate receiver, any number of filters and a paraslash
111 writer to play the stream.
112
113 Moreover, para_audiod listens on a local socket and sends status
114 information about para_server and para_audiod to local clients on
115 request. Access via this local socket may be restricted by using Unix
116 socket credentials, if available.
117
118
119 ### para_audioc ###
120
121 The client program which talks to para_audiod. Used to control
122 para_audiod, to receive status info, or to grab the stream at any
123 point of the decoding process. Like para_client, para_audioc supports
124 interactive sessions on systems with libreadline.
125
126 ### para_recv ###
127
128 A command line HTTP/DCCP/UDP stream grabber. The http mode is
129 compatible with arbitrary HTTP streaming sources (e.g. icecast).
130 In addition to the three network streaming modes, para_recv can also
131 operate in local (afh) mode. In this mode it writes the content of
132 an audio file on the local file system in complete chunks to stdout,
133 optionally 'just in time'. This allows to cut an audio file without
134 first decoding it, and it enables third-party software which is unaware
135 of the particular audio format to send complete frames in real time.
136
137 ### para_filter ###
138
139 A filter program that reads from STDIN and writes to STDOUT.
140 Like para_recv, this is an atomic building block which can be used to
141 assemble higher-level audio receiving facilities. It combines several
142 different functionalities in one tool: decoders for multiple audio
143 formats and a number of processing filters, among these a normalizer
144 for audio volume.
145
146 ### para_afh ###
147
148 A small stand-alone program that prints tech info about the given
149 audio file to STDOUT. It can be instructed to print a "chunk table",
150 an array of offsets within the audio file.
151
152 ### para_write ###
153
154 A modular audio stream writer. It supports a simple file writer
155 output plug-in and optional WAV/raw players for ALSA (Linux) and OSS.
156 para_write can also be used as a stand-alone WAV or raw audio player.
157
158 ### para_play ###
159
160 A command line audio player.
161
162 ### para_gui ###
163
164 Curses-based gui that presents status information obtained in a curses
165 window. Appearance can be customized via themes. para_gui provides
166 key-bindings for the most common server commands and new key-bindings
167 can be added easily.
168
169 ### para_mixer ###
170
171 An alarm clock and volume-fader for OSS and ALSA.
172
173 ===========
174 Quick start
175 ===========
176
177 This chapter lists the [necessary software](#Requirements)
178 that must be installed to compile the paraslash package, describes
179 how to [compile and install](#Installation) the paraslash
180 source code and the steps that have to be performed in order to
181 [set up](#Configuration) a typical server and client.
182
183 Requirements
184 ------------
185 ### For the impatient ###
186
187         git clone git://git.tuebingen.mpg.de/lopsub
188         cd lopsub && make && sudo make install
189         git clone git://git.tuebingen.mpg.de/osl
190         cd osl && make && sudo make install && sudo ldconfig
191         sudo apt-get install autoconf libssl-dev m4 \
192               libmad0-dev libid3tag0-dev libasound2-dev libvorbis-dev \
193               libfaad-dev libspeex-dev libFLAC-dev libsamplerate-dev realpath \
194               libasound2-dev libao-dev libreadline-dev libncurses-dev \
195               libopus-dev
196
197 ### Detailed description ###
198
199 In any case you will need
200
201 - [libosl](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/osl/). The _object
202 storage layer_ library is used by para_server. To clone the source
203 code repository, execute
204
205                 git clone git://git.tuebingen.mpg.de/osl
206
207 - [lopsub](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/lopsub/). The long
208 option parser for subcommands generates the command line and config
209 file parsers for all paraslash executables. Clone the source code
210 repository with
211
212                 git clone git://git.tuebingen.mpg.de/lopsub
213
214 - [gcc](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/gcc) or
215 [clang](http://clang.llvm.org). All gcc versions >= 4.2 are currently
216 supported. Clang version 1.1 or newer should work as well.
217
218 - [gnu make](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/make) is also shipped with the
219 disto. On BSD systems the gnu make executable is often called gmake.
220
221 - [bash](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/bash). Some scripts which run
222 during compilation require the _Bourne again shell_.  It is most
223 likely already installed.
224
225 - [m4](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/m4/). Some source files are generated
226 from templates by the m4 macro processor.
227
228 Optional:
229
230 - [openssl](http://www.openssl.org/) or
231 [libgcrypt](ftp://ftp.gnupg.org/gcrypt/libgcrypt/).  At least one
232 of these two libraries is needed as the backend for cryptographic
233 routines on both the server and the client side. Both openssl and
234 libgcrypt are usually shipped with the distro, but you might have
235 to install the development package (`libssl-dev` or `libgcrypt-dev`
236 on debian systems) as well.
237
238 - [libmad](http://www.underbit.com/products/mad/). To compile in MP3
239 support for paraslash, the development package must be installed. It
240 is called `libmad0-dev` on debian-based systems. Note that libmad is
241 not necessary on the server side, i.e., for sending MP3 files.
242
243 - [libid3tag](http://www.underbit.com/products/mad/). For version-2
244 ID3 tag support, you willl need the libid3tag development package
245 `libid3tag0-dev`. Without libid3tag, only version-1 tags are
246 recognized. The mp3 tagger also needs this library for modifying
247 (id3v1 and id3v2) tags.
248
249 - [ogg vorbis](http://www.xiph.org/downloads/). For ogg vorbis streams
250 you need libogg, libvorbis, libvorbisfile. The corresponding Debian
251 packages are called `libogg-dev` and `libvorbis-dev`.
252
253 - [libfaad and mp4ff](http://www.audiocoding.com/). For aac files
254 (m4a) you need libfaad and libmp4ff (package: `libfaad-dev`). Note
255 that for some distributions, e.g. Ubuntu, mp4ff is not part of the
256 libfaad package. Install the faad library from sources (available
257 through the above link) to get the mp4ff library and header files.
258
259 - [speex](http://www.speex.org/). In order to stream or decode speex
260 files, libspeex (`libspeex-dev`) is required.
261
262 - [flac](http://flac.sourceforge.net/). To stream or decode files
263 encoded with the _Free Lossless Audio Codec_, libFLAC (`libFLAC-dev`)
264 must be installed.
265
266 - [libsamplerate](http://www.mega-nerd.com/SRC/index.html). The
267 resample filter will only be compiled if this library is
268 installed. Debian package: `libsamplerate-dev`.
269
270 - [alsa-lib](ftp://ftp.alsa-project.org/pub/lib/). On Linux, you will
271 need to have the ALSA development package `libasound2-dev` installed.
272
273 - [libao](http://downloads.xiph.org/releases/ao/). Needed to build
274 the ao writer (ESD, PulseAudio,...).  Debian package: `libao-dev`.
275
276 - [curses](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/ncurses). Needed for
277 para_gui. Debian package: `libncurses-dev`.
278
279 - [GNU
280 Readline](http://cnswww.cns.cwru.edu/php/chet/readline/rltop.html). If
281 this library (`libreadline-dev`) is installed, para_client, para_audioc
282 and para_play support interactive sessions.
283
284 Installation
285 ------------
286 To build the sources from a tarball, execute
287
288         ./configure && make
289
290 To build from git or a gitweb snapshot, run this command instead:
291
292         ./autogen.sh
293
294 There should be no errors but probably some warnings about missing
295 packages which usually implies that not all audio formats will be
296 supported. If headers or libs are installed at unusual locations you
297 might need to tell the configure script where to find them. Try
298
299         ./configure --help
300
301 to see a list of options. If the paraslash package was compiled
302 successfully, execute (optionally)
303
304         make test
305
306 to run the paraslash test suite. If all tests pass, execute as root
307
308         make install
309
310 to install executables under /usr/local/bin and the man pages under
311 /usr/local/man.
312
313 Configuration
314 -------------
315
316 ### Create a paraslash user ###
317
318 In order to control para_server at runtime you must create a paraslash
319 user. As authentication is based on the RSA crypto system you'll have
320 to create an RSA key pair. If you already have a user and an RSA key
321 pair, you may skip this step.
322
323 In this section we'll assume a typical setup: You would like to run
324 para_server on some host called server_host as user foo, and you want
325 to connect to para_server from another machine called client_host as
326 user bar.
327
328 As foo@server_host, create ~/.paraslash/server.users by typing the
329 following commands:
330
331         user=bar
332         target=~/.paraslash/server.users
333         key=~/.paraslash/id_rsa.pub.$user
334         perms=AFS_READ,AFS_WRITE,VSS_READ,VSS_WRITE
335         mkdir -p ~/.paraslash
336         echo "user $user $key $perms" >> $target
337
338 Next, change to the "bar" account on client_host and generate the
339 key pair with the commands
340
341         ssh-keygen -q -t rsa -b 2048 -N '' -f $key
342
343 This generates the two files id_rsa and id_rsa.pub in ~/.ssh.  Note
344 that para_server won't accept keys shorter than 2048 bits. Moreover,
345 para_client rejects private keys which are world-readable.
346
347 para_server only needs to know the public key of the key pair just
348 created. Copy this public key to server_host:
349
350         src=~/.ssh/id_rsa.pub
351         dest=.paraslash/id_rsa.pub.$LOGNAME
352         scp $src foo@server_host:$dest
353
354 Finally, tell para_client to connect to server_host:
355
356         conf=~/.paraslash/client.conf
357         echo 'hostname server_host' > $conf
358
359
360 ### Start para_server ###
361
362 For this first try, we'll use the info loglevel to make the output
363 of para_server more verbose.
364
365         para_server -l info
366
367 Now you can use para_client to connect to the server and issue
368 commands. Open a new shell as bar@client_host and try
369
370         para_client help
371         para_client si
372
373 to retrieve the list of available commands and some server info.
374 Don't proceed if this doesn't work.
375
376 ### Create and populate the database ###
377
378 An empty database is created with
379
380         para_client init
381
382 This initializes a couple of empty tables under
383 ~/.paraslash/afs_database-0.4. You normally don't need to look at these
384 tables, but it's good to know that you can start from scratch with
385
386         rm -rf ~/.paraslash/afs_database-0.4
387
388 in case something went wrong.
389
390 Next, you need to add some audio files to that database so that
391 para_server knows about them. Choose an absolute path to a directory
392 containing some audio files and add them to the audio file table:
393
394         para_client add /my/mp3/dir
395
396 This might take a while, so it is a good idea to start with a directory
397 containing not too many files. Note that the table only contains data
398 about the audio files found, not the files themselves.
399
400 You may print the list of all known audio files with
401
402         para_client ls
403
404 ### Configure para_audiod ###
405
406 We will have to tell para_audiod that it should receive the audio
407 stream from server_host via http:
408
409         para_audiod -l info -r '.:http -i server_host'
410
411 You should now be able to listen to the audio stream once para_server
412 starts streaming. To activate streaming, execute
413
414         para_client play
415
416 Since no playlist has been specified yet, the "dummy" mode which
417 selects all known audio files is activated automatically. See the
418 section on the [audio file selector](#The.audio.file.selector) for how
419 to use playlists and moods to specify which files should be streamed
420 in which order.
421
422 Troubleshooting
423 ---------------
424
425 If you receive a socket related error on server or audiod startup,
426 make sure you have write permissions to the /var/paraslash directory:
427
428        sudo chown $LOGNAME /var/paraslash
429
430 Alternatively, use the --afs-socket (para_server) or --socket
431 (para_audiod) option to specify a different socket pathname.
432
433 To identify streaming problems try to receive, decode and play the
434 stream manually using para_recv, para_filter and para_write as follows.
435 For simplicity we assume that you're running Linux/ALSA and that only
436 MP3 files have been added to the database.
437
438         para_recv -r 'http -i server_host' > file.mp3
439         # (interrupt with CTRL+C after a few seconds)
440         ls -l file.mp3 # should not be empty
441         para_filter -f mp3dec -f wav < file.mp3 > file.wav
442         ls -l file.wav # should be much bigger than file.mp3
443         para_write -w alsa < file.wav
444
445 Double check what is logged by para_server and use the --loglevel
446 option of para_recv, para_filter and para_write to increase verbosity.
447
448 ===============
449 User management
450 ===============
451
452 para_server uses a challenge-response mechanism to authenticate
453 requests from incoming connections, similar to ssh's public key
454 authentication method. Authenticated connections are encrypted using
455 the AES stream cipher in integer counter mode.
456
457 In this chapter we briefly describe RSA and AES, and sketch the
458 [authentication handshake](#Client-server.authentication)
459 between para_client and para_server. User management is discussed
460 in the section on [the user_list file](#The.user_list.file).
461 These sections are all about communication between the client and the
462 server. Connecting para_audiod is a different matter and is described
463 in a [separate section](#Connecting.para_audiod).
464
465 RSA and AES
466 -----------
467
468 A block cipher is a transformation which operates on fixed-length
469 blocks. For symmetric block ciphers the transformation is determined
470 by a single key for both encryption and decryption. For asymmetric
471 block ciphers, on the other hand, the key consists of two parts,
472 called the public key and the private key. A message can be encrypted
473 with either key and only the counterpart of that key can decrypt the
474 message. Asymmetric block ciphers can be used for both signing and
475 encrypting a message.
476
477 RSA is an asymmetric block cipher which is used in many applications,
478 including ssh and gpg. The RSA public key encryption and signatures
479 algorithms are defined in detail in RFC 2437. Paraslash relies on
480 RSA for authentication.
481
482 Stream ciphers XOR the input with a pseudo-random key stream to produce
483 the output. Decryption uses the same function calls as encryption.
484 Any block cipher can be turned into a stream cipher by generating the
485 pseudo-random key stream by encrypting successive values of a counter
486 (counter mode).
487
488 AES, the advanced encryption standard, is a well-known symmetric block
489 cipher. Paraslash employs AES in counter mode as described above to
490 encrypt communications. Since a stream cipher key must not be used
491 twice, a random key is generated for every new connection.
492
493 Client-server authentication
494 ----------------------------
495
496 The authentication handshake between para_client and para_server goes
497 as follows:
498
499 - para_client connects to para_server and sends an authentication
500 request for a user. It does so by connecting to TCP port 2990 of the
501 server host. This port is called the para_server _control port_.
502
503 - para_server accepts the connection and forks a child process which
504 handles the incoming request. The parent process keeps listening on the
505 control port while the child process (also called para_server below)
506 continues as follows.
507
508 - para_server loads the RSA public key of that user, fills a
509 fixed-length buffer with random bytes, encrypts that buffer using the
510 public key and sends the encrypted buffer to the client. The first
511 part of the buffer is the challenge which is used for authentication
512 while the second part is the session key.
513
514 - para_client receives the encrypted buffer and decrypts it with the
515 user's private key, thereby obtaining the challenge buffer and the
516 session key. It sends the SHA1 hash value of the challenge back to
517 para_server and stores the session key for further use.
518
519 - para_server also computes the SHA1 hash of the challenge and compares
520 it against what was sent back by the client.
521
522 - If the two hashes do not match, the authentication has failed and
523 para_server closes the connection.
524
525 - Otherwise the user is considered authenticated and the client is
526 allowed to proceed by sending a command to be executed. From this
527 point on the communication is encrypted using the stream cipher with
528 the session key known to both peers.
529
530 paraslash relies on the quality of the pseudo-random bytes provided
531 by the crypto library (openssl or libgcrypt), on the security of
532 the implementation of the RSA and AES crypto routines and on the
533 infeasibility to invert the SHA1 function.
534
535 Neither para_server or para_client create RSA keys on their
536 own. This has to be done once for each user as sketched in
537 [Quick start](#Quick.start) and discussed in more detail
538 [below](#The.user_list.file).
539
540 The user_list file
541 ------------------
542
543 At startup para_server reads the user list file which contains one
544 line per user. The default location of the user list file may be
545 changed with the --user-list option.
546
547 There should be at least one user in this file. Each user must have
548 an RSA key pair. The public part of the key is needed by para_server
549 while the private key is needed by para_client. Each line of the
550 user list file must be of the form
551
552         user <username> <key> <perms>
553
554 where _username_ is an arbitrary string (usually the user's login
555 name), _key_ is the full path to that user's public RSA key, and
556 _perms_ is a comma-separated list of zero or more of the following
557 permission bits:
558
559         +---------------------------------------------------------+
560         | AFS_READ  | read the contents of the databases          |
561         +-----------+---------------------------------------------+
562         | AFS_WRITE | change database contents                    |
563         +-----------+---------------------------------------------+
564         | VSS_READ  | obtain information about the current stream |
565         +-----------+---------------------------------------------+
566         | VSS_WRITE | change the current stream                   |
567         +---------------------------------------------------------+
568
569 The permission bits specify which commands the user is allowed to
570 execute. The output of
571
572         para_client help
573
574 contains in the third column the permissions needed to execute the
575 command.
576
577 It is possible to make para_server reread the user_list file by
578 executing the paraslash "hup" command or by sending SIGHUP to the
579 PID of para_server.
580
581 Connecting para_audiod
582 ----------------------
583
584 para_audiod listens on a Unix domain socket. Those sockets are
585 for local communication only, so only local users can connect to
586 para_audiod. The default is to let any user connect but this can be
587 restricted on platforms that support UNIX socket credentials which
588 allow para_audiod to obtain the Unix credentials of the connecting
589 process.
590
591 Use para_audiod's --user-allow option to allow connections only for
592 a limited set of users.
593
594 =======================
595 The audio file selector
596 =======================
597
598 paraslash comes with a sophisticated audio file selector (AFS),
599 whose main task is to determine which file to stream next, based on
600 information on the audio files stored in a database. It communicates
601 also with para_client whenever an AFS command is executed, for example
602 to answer a database query.
603
604 Besides the traditional playlists, AFS supports audio file selection
605 based on _moods_ which act as a filter that limits the set of all
606 known audio files to those which satisfy certain criteria.  It also
607 maintains tables containing images (e.g. album cover art) and lyrics
608 that can be associated with one or more audio files.
609
610 AFS employs [libosl](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/osl/), the
611 object storage layer library, as the backend library for storing
612 information on audio files, playlists, etc. This library offers
613 functionality similar to a relational database, but is much more
614 lightweight than a full database backend.
615
616 In this chapter we sketch the setup of the [AFS
617 process](#The.AFS.process) during server startup and proceed with the
618 description of the [layout](#Database.layout) of the various database
619 tables. The section on [playlists and moods](#Playlists.and.moods)
620 explains these two audio file selection mechanisms in detail
621 and contains pratical examples. The way [file renames and content
622 changes](#File.renames.and.content.changes) are detected is discussed
623 briefly before the [Troubleshooting](#Troubleshooting) section
624 concludes the chapter.
625
626 The AFS process
627 ---------------
628
629 On startup, para_server forks to create the AFS process which opens
630 the OSL database tables. The server process communicates with the
631 AFS process via pipes and shared memory. Usually, the AFS process
632 awakes only briefly whenever the current audio file changes. The AFS
633 process determines the next audio file, opens it, verifies it has
634 not been changed since it was added to the database and passes the
635 open file descriptor to the server process, along with audio file
636 meta-data such as file name, duration, audio format and so on. The
637 server process then starts to stream the audio file.
638
639 The AFS process also accepts connections from local clients via
640 a well-known socket. However, only child processes of para_server
641 may connect through this socket. All server commands that have the
642 AFS_READ or AFS_WRITE permission bits use this mechanism to query or
643 change the database.
644
645 Database layout
646 ---------------
647
648 ### The audio file table ###
649
650 This is the most important and usually also the largest table of the
651 AFS database. It contains the information needed to stream each audio
652 file. In particular the following data is stored for each audio file.
653
654 - SHA1 hash value of the audio file contents. This is computed once
655 when the file is added to the database. Whenever AFS selects this
656 audio file for streaming the hash value is recomputed and checked
657 against the value stored in the database to detect content changes.
658
659 - The time when this audio file was last played.
660
661 - The number of times the file has been played so far.
662
663 - The attribute bitmask.
664
665 - The image id which describes the image associated with this audio
666 file.
667
668 - The lyrics id which describes the lyrics associated with this
669 audio file.
670
671 - The audio format id (MP3, OGG, ...).
672
673 - An amplification value that can be used by the amplification filter
674 to pre-amplify the decoded audio stream.
675
676 - The chunk table. It describes the location and the timing of the
677 building blocks of the audio file. This is used by para_server to
678 send chunks of the file at appropriate times.
679
680 - The duration of the audio file.
681
682 - Tag information contained in the audio file (ID3 tags, Vorbis
683 comments, ...).
684
685 - The number of channels
686
687 - The encoding bitrate.
688
689 - The sampling frequency.
690
691 To add or refresh the data contained in the audio file table, the _add_
692 command is used. It takes the full path of either an audio file or a
693 directory. In the latter case, the directory is traversed recursively
694 and all files which are recognized as valid audio files are added to
695 the database.
696
697 ### The attribute table ###
698
699 The attribute table contains two columns, _name_ and _bitnum_. An
700 attribute is simply a name for a certain bit number in the attribute
701 bitmask of the audio file table.
702
703 Each of the 64 bits of the attribute bitmask can be set for each
704 audio file individually. Hence up to 64  different attributes may be
705 defined. For example, "pop", "rock", "blues", "jazz", "instrumental",
706 "german_lyrics", "speech", whatever. You are free to choose as
707 many attributes as you like and there are no naming restrictions
708 for attributes.
709
710 A new attribute "test" is created by
711
712         para_client addatt test
713 and
714         para_client lsatt
715
716 lists all available attributes. You can set the "test" attribute for
717 an audio file by executing
718
719         para_client setatt test+ /path/to/the/audio/file
720
721 Similarly, the "test" bit can be removed from an audio file with
722
723         para_client setatt test- /path/to/the/audio/file
724
725 Instead of a path you may use a shell wildcard pattern. The attribute
726 is applied to all audio files matching this pattern:
727
728         para_client setatt test+ '/test/directory/*'
729
730 The command
731
732         para_client -- ls -l=v
733
734 gives you a verbose listing of your audio files also showing which
735 attributes are set.
736
737 In case you wonder why the double-dash in the above command is needed:
738 It tells para_client to not interpret the options after the dashes. If
739 you find this annoying, just say
740
741         alias para='para_client --'
742
743 and be happy. In what follows we shall use this alias.
744
745 The "test" attribute can be dropped from the database with
746
747         para rmatt test
748
749 Read the output of
750
751         para help ls
752         para help setatt
753
754 for more information and a complete list of command line options to
755 these commands.
756
757 ### Blob tables ###
758
759 The image, lyrics, moods and playlists tables are all blob tables.
760 Blob tables consist of three columns each: The identifier which is
761 a positive number that is auto-incremented, the name (an arbitrary
762 string) and the content (the blob).
763
764 All blob tables support the same set of actions: cat, ls, mv, rm
765 and add. Of course, _add_ is used for adding new blobs to the table
766 while the other actions have the same meaning as the corresponding
767 Unix commands. The paraslash commands to perform these actions are
768 constructed as the concatenation of the table name and the action. For
769 example addimg, catimg, lsimg, mvimg, rmimg are the commands that
770 manipulate or query the image table.
771
772 The add variant of these commands is special as these commands read
773 the blob contents from stdin. To add an image to the image table the
774 command
775
776         para addimg image_name < file.jpg
777
778 can be used.
779
780 Note that the images and lyrics are not interpreted at all, and also
781 the playlist and the mood blobs are only investigated when the mood
782 or playlist is activated with the select command.
783
784 ### The score table ###
785
786 The score table describes those audio files which are admissible for
787 the current mood or playlist (see below). The table has two columns:
788 a pointer to a row of the audio file table and a score value.
789
790 Unlike all other tables of the database, the score table remains in
791 memory and is never stored on disk. It is initialized at startup and
792 recomputed when the select command loads a new mood or playlist.
793
794 When the audio file selector is asked to open the next audio file,
795 it picks the row with the highest score, opens the corresponding
796 file and passes the file descriptor to the virtual streaming system.
797 At this point the last_played and the num_played fields of the selected
798 file are updated and the score is recomputed.
799
800 Playlists and moods
801 -------------------
802
803 Playlists and moods offer two different ways of specifying the set of
804 admissible files. A playlist in itself describes a set of admissible
805 files. A mood, in contrast, describes the set of admissible files in
806 terms of attributes and other type of information available in the
807 audio file table. As an example, a mood can define a filename pattern,
808 which is then matched against the names of audio files in the table.
809
810 ### Playlists ###
811
812 Playlists are accommodated in the playlist table of the afs database,
813 using the aforementioned blob format for tables. A new playlist is
814 created with the addpl command by specifying the full (absolute)
815 paths of all desired audio files, separated by newlines. Example:
816
817         find /my/mp3/dir -name "*.mp3" | para addpl my_playlist
818
819 If _my_playlist_ already exists it is overwritten. To activate the
820 new playlist, execute
821
822         para select p/my_playlist
823
824 The audio file selector will assign scores to each entry of the list,
825 in descending order so that files will be selected in order. If a
826 file could not be opened for streaming, its entry is removed from
827 the score table (but not from the playlist).
828
829 ### Moods ###
830
831 A mood consists of a unique name and its *mood definition*, which is
832 a set of *mood lines* containing expressions in terms of attributes
833 and other data contained in the database.
834
835 At any time at most one mood can be *active* which means that
836 para_server is going to select only files from that subset of
837 admissible files.
838
839 So in order to create a mood definition one has to write a set of
840 mood lines. Mood lines come in three flavours: Accept lines, deny
841 lines and score lines.
842
843 The general syntax of the three types of mood lines is
844
845
846         accept [with score <score>] [if] [not] <mood_method> [options]
847         deny [with score <score>] [if] [not] <mood_method> [options]
848         score <score>  [if] [not] <mood_method> [options]
849
850
851 Here <score> is either an integer or the string "random" which assigns
852 a random score to all matching files. The score value changes the
853 order in which admissible files are going to be selected, but is of
854 minor importance for this introduction.
855
856 So we concentrate on the first two forms, i.e. accept and deny
857 lines. As usual, everything in square brackets is optional, i.e.
858 accept/deny lines take the following form when ignoring scores:
859
860         accept [if] [not] <mood_method> [options]
861
862 and analogously for the deny case. The "if" keyword is only syntactic
863 sugar and has no function. The "not" keyword just inverts the result,
864 so the essence of a mood line is the mood method part and the options
865 following thereafter.
866
867 A *mood method* is realized as a function which takes an audio file
868 and computes a number from the data contained in the database.
869 If this number is non-negative, we say the file *matches* the mood
870 method. The file matches the full mood line if it either
871
872         - matches the mood method and the "not" keyword is not given,
873 or
874         - does not match the mood method, but the "not" keyword is given.
875
876 The set of admissible files for the whole mood is now defined as those
877 files which match at least one accept mood line, but no deny mood line.
878 More formally, an audio file F is admissible if and only if
879
880         (F ~ AL1 or F ~ AL2...) and not (F ~ DL1 or F ~ DN2 ...)
881
882 where AL1, AL2... are the accept lines, DL1, DL2... are the deny
883 lines and "~" means "matches".
884
885 The cases where no mood lines of accept/deny type are defined need
886 special treatment:
887
888         - Neither accept nor deny lines: This treats all files as
889         admissible (in fact, that is the definition of the dummy mood
890         which is activated automatically if no moods are available).
891
892         - Only accept lines: A file is admissible iff it matches at
893         least one accept line:
894
895                 F ~ AL1 or F ~ AL2 or ...
896
897         - Only deny lines: A file is admissible iff it matches no
898         deny line:
899
900                 not (F ~ DL1 or F ~ DN2 ...)
901
902
903
904 ### List of mood_methods ###
905
906         no_attributes_set
907
908 Takes no arguments and matches an audio file if and only if no
909 attributes are set.
910
911         is_set <attribute_name>
912
913 Takes the name of an attribute and matches iff that attribute is set.
914
915         path_matches <pattern>
916
917 Takes a filename pattern and matches iff the path of the audio file
918 matches the pattern.
919
920         artist_matches <pattern>
921         album_matches <pattern>
922         title_matches <pattern>
923         comment_matches <pattern>
924
925 Takes an extended regular expression and matches iff the text of the
926 corresponding tag of the audio file matches the pattern. If the tag
927 is not set, the empty string is matched against the pattern.
928
929         year ~ <num>
930         bitrate ~ <num>
931         frequency ~ <num>
932         channels ~ <num>
933         num_played ~ <num>
934         image_id ~ <num>
935         lyrics_id ~ <num>
936
937 Takes a comparator ~ of the set {<, =, <=, >, >=, !=} and a number
938 <num>. Matches an audio file iff the condition <val> ~ <num> is
939 satisfied where val is the corresponding value of the audio file
940 (value of the year tag, bitrate in kbit/s, etc.).
941
942 The year tag is special as its value is undefined if the audio file
943 has no year tag or the content of the year tag is not a number. Such
944 audio files never match. Another difference is the special treatment
945 if the year tag is a two-digit number. In this case either 1900 or
946 2000 is added to the tag value, depending on whether the number is
947 greater than 2000 plus the current year.
948
949
950 ### Mood usage ###
951
952 To create a new mood called "my_mood", write its definition into
953 some temporary file, say "tmpfile", and add it to the mood table
954 by executing
955
956         para addmood my_mood < tmpfile
957
958 If the mood definition is really short, you may just pipe it to the
959 client instead of using temporary files. Like this:
960
961         echo "$MOOD_DEFINITION" | para addmood my_mood
962
963 There is no need to keep the temporary file since you can always use
964 the catmood command to get it back:
965
966         para catmood my_mood
967
968 A mood can be activated by executing
969
970         para select m/my_mood
971
972 Once active, the list of admissible files is shown by the ls command
973 if the "-a" switch is given:
974
975         para ls -a
976
977
978 ### Example mood definition ###
979
980 Suppose you have defined attributes "punk" and "rock" and want to define
981 a mood containing only Punk-Rock songs. That is, an audio file should be
982 admissible if and only if both attributes are set. Since
983
984         punk and rock
985
986 is obviously the same as
987
988         not (not punk or not rock)
989
990 (de Morgan's rule), a mood definition that selects only Punk-Rock
991 songs is
992
993         deny if not is_set punk
994         deny if not is_set rock
995
996
997
998 File renames and content changes
999 --------------------------------
1000
1001 Since the audio file selector knows the SHA1 of each audio file that
1002 has been added to the afs database, it recognizes if the content of
1003 a file has changed, e.g. because an ID3 tag was added or modified.
1004 Also, if a file has been renamed or moved to a different location,
1005 afs will detect that an entry with the same hash value already exists
1006 in the audio file table.
1007
1008 In both cases it is enough to just re-add the new file. In the
1009 first case (file content changed), the audio table is updated, while
1010 metadata such as the num_played and last_played fields, as well as
1011 the attributes, remain unchanged. In the other case, when the file
1012 is moved or renamed, only the path information is updated, all other
1013 data remains as before.
1014
1015 It is possible to change the behaviour of the add command by using the
1016 "-l" (lazy add) or the "-f" (force add) option.
1017
1018 Troubleshooting
1019 ---------------
1020
1021 Use the debug loglevel (-l debug) to show debugging info. All paraslash
1022 executables have a brief online help which is displayed when -h is
1023 given. The --detailed-help option prints the full help text.
1024
1025 If para_server crashed or was killed by SIGKILL (signal 9), it
1026 may refuse to start again because of "dirty osl tables". In this
1027 case you'll have to run the oslfsck program of libosl to fix your
1028 database:
1029
1030         oslfsck -fd ~/.paraslash/afs_database-0.4
1031
1032 However, make sure para_server isn't running before executing oslfsck.
1033
1034 If you don't mind to recreate your database you can start
1035 from scratch by removing the entire database directory, i.e.
1036
1037         rm -rf ~/.paraslash/afs_database-0.4
1038
1039 Be aware that this removes all attribute definitions, all playlists
1040 and all mood definitions and requires to re-initialize the tables.
1041
1042 Although oslfsck fixes inconsistencies in database tables it doesn't
1043 care about the table contents. To check for invalid table contents, use
1044
1045         para_client check
1046
1047 This prints out references to missing audio files as well as invalid
1048 playlists and mood definitions.
1049
1050 Similarly, para_audiod refuses to start if its socket file exists, since
1051 this indicates that another instance of para_audiod is running. After
1052 a crash a stale socket file might remain and you must run
1053
1054         para_audiod --force
1055
1056 once to fix it up.
1057
1058 =======================================
1059 Audio formats and audio format handlers
1060 =======================================
1061
1062 Audio formats
1063 -------------
1064
1065 The following audio formats are supported by paraslash:
1066
1067 ### MP3 ###
1068
1069 Mp3, MPEG-1 Audio Layer 3, is a common audio format for audio storage,
1070 designed as part of its MPEG-1 standard.  An MP3 file is made up of
1071 multiple MP3 frames, which consist of a header and a data block. The
1072 size of an MP3 frame depends on the bit rate and on the number
1073 of channels. For a typical CD-audio file (sample rate of 44.1 kHz
1074 stereo), encoded with a bit rate of 128 kbit, an MP3 frame is about
1075 400 bytes large.
1076
1077 ### OGG/Vorbis ###
1078
1079 OGG is a standardized audio container format, while Vorbis is an
1080 open source codec for lossy audio compression. Since Vorbis is most
1081 commonly made available via the OGG container format, it is often
1082 referred to as OGG/Vorbis. The OGG container format divides data into
1083 chunks called OGG pages. A typical OGG page is about 4KB large. The
1084 Vorbis codec creates variable-bitrate (VBR) data, where the bitrate
1085 may vary considerably.
1086
1087 ### OGG/Speex ###
1088
1089 Speex is an open-source speech codec that is based on CELP (Code
1090 Excited Linear Prediction) coding. It is designed for voice
1091 over IP applications, has modest complexity and a small memory
1092 footprint. Wideband and narrowband (telephone quality) speech are
1093 supported. As for Vorbis audio, Speex bit-streams are often stored
1094 in OGG files. As of 2012 this codec is considered obsolete since the
1095 Oppus codec, described below, surpasses its performance in all areas.
1096
1097 ### OGG/Opus ###
1098
1099 Opus is a lossy audio compression format standardized through RFC
1100 6716 in 2012. It combines the speech-oriented SILK codec and the
1101 low-latency CELT (Constrained Energy Lapped Transform) codec. Like
1102 OGG/Vorbis and OGG/Speex, Opus data is usually encapsulated in OGG
1103 containers. All known software patents which cover Opus are licensed
1104 under royalty-free terms.
1105
1106 ### AAC ###
1107
1108 Advanced Audio Coding (AAC) is a standardized, lossy compression
1109 and encoding scheme for digital audio which is the default audio
1110 format for Apple's iPhone, iPod, iTunes. Usually MPEG-4 is used as
1111 the container format and audio files encoded with AAC have the .m4a
1112 extension. A typical AAC frame is about 700 bytes large.
1113
1114 ### WMA ###
1115
1116 Windows Media Audio (WMA) is an audio data compression technology
1117 developed by Microsoft. A WMA file is usually encapsulated in the
1118 Advanced Systems Format (ASF) container format, which also specifies
1119 how meta data about the file is to be encoded. The bit stream of WMA
1120 is composed of superframes, each containing one or more frames of
1121 2048 samples. For 16 bit stereo a WMA superframe is about 8K large.
1122
1123 ### FLAC ###
1124
1125 The Free Lossless Audio Codec (FLAC) compresses audio without quality
1126 loss. It gives better compression ratios than a general purpose
1127 compressor like zip or bzip2 because FLAC is designed specifically
1128 for audio. A FLAC-encoded file consists of frames of varying size, up
1129 to 16K. Each frame starts with a header that contains all information
1130 necessary to decode the frame.
1131
1132 Meta data
1133 ---------
1134
1135 Unfortunately, each audio format has its own conventions how meta
1136 data is added as tags to the audio file.
1137
1138 For MP3 files, ID3, version 1 and 2 are widely used. ID3 version 1
1139 is rather simple but also very limited as it supports only artist,
1140 title, album, year and comment tags. Each of these can only be at most
1141 32 characters long. ID3, version 2 is much more flexible but requires
1142 a separate library being installed for paraslash to support it.
1143
1144 Ogg vorbis, ogg speex and flac files contain meta data as Vorbis
1145 comments, which are typically implemented as strings of the form
1146 "[TAG]=[VALUE]". Unlike ID3 version 1 tags, one may use whichever
1147 tags are appropriate for the content.
1148
1149 AAC files usually use the MPEG-4 container format for storing meta
1150 data while WMA files wrap meta data as special objects within the
1151 ASF container format.
1152
1153 paraslash only tracks the most common tags that are supported by
1154 all tag variants: artist, title, year, album, comment. When a file
1155 is added to the AFS database, the meta data of the file is extracted
1156 and stored in the audio file table.
1157
1158 Chunks and chunk tables
1159 -----------------------
1160
1161 paraslash uses the word "chunk" as common term for the building blocks
1162 of an audio file. For MP3 files, a chunk is the same as an MP3 frame,
1163 while for OGG files a chunk is an OGG page, etc.  Therefore the chunk
1164 size varies considerably between audio formats, from a few hundred
1165 bytes (MP3) up to 16K (FLAC).
1166
1167 The chunk table contains the offsets within the audio file that
1168 correspond to the chunk boundaries of the file. Like the meta data,
1169 the chunk table is computed and stored in the database whenever an
1170 audio file is added.
1171
1172 The paraslash senders (see below) always send complete chunks. The
1173 granularity for seeking is therefore determined by the chunk size.
1174
1175 Audio format handlers
1176 ---------------------
1177
1178 For each audio format paraslash contains an audio format handler whose
1179 first task is to tell whether a given file is a valid audio file of
1180 this type. If so, the audio file handler extracts some technical data
1181 (duration, sampling rate, number of channels etc.), computes the
1182 chunk table and reads the meta data.
1183
1184 The audio format handler code is linked into para_server and executed
1185 via the _add_ command. The same code is also available as a stand-alone
1186 tool, para_afh, which prints the technical data, the chunk table
1187 and the meta data of a file. Moreover, all audio format handlers are
1188 combined in the afh receiver which is part of para_recv and para_play.
1189
1190 ==========
1191 Networking
1192 ==========
1193
1194 Paraslash uses different network connections for control and data.
1195 para_client communicates with para_server over a dedicated TCP control
1196 connection. To transport audio data, separate data connections are
1197 used. For these data connections, a variety of transports (UDP, DCCP,
1198 HTTP) can be chosen.
1199
1200 The chapter starts with the [control
1201 service](#The.paraslash.control.service), followed by a section
1202 on the various [streaming protocols](#Streaming.protocols)
1203 in which the data connections are described. The way
1204 audio file headers are embedded into the stream is discussed
1205 [briefly](#Streams.with.headers.and.headerless.streams) before the
1206 [example section](#Networking.examples) which illustrates typical
1207 commands for real-life scenarios.
1208
1209 Both IPv4 and IPv6 are supported.
1210
1211 The paraslash control service
1212 -----------------------------
1213
1214 para_server is controlled at runtime via the paraslash control
1215 connection. This connection is used for server commands (play, stop,
1216 ...) as well as for afs commands (ls, select, ...).
1217
1218 The server listens on a TCP port and accepts connections from clients
1219 that connect the open port. Each connection causes the server to fork
1220 off a client process which inherits the connection and deals with that
1221 client only. In this classical accept/fork approach the server process
1222 is unaffected if the child dies or goes crazy for whatever reason. In
1223 fact, the child process can not change address space of server process.
1224
1225 The section on [client-server
1226 authentication](#Client-server.authentication) above described the
1227 early connection establishment from the crypto point of view. Here
1228 it is described what happens after the connection (including crypto
1229 setup) has been established.  There are four processes involved during
1230 command dispatch as sketched in the following diagram.
1231
1232         server_host                                   client_host
1233         ~~~~~~~~~~~                                   ~~~~~~~~~~~
1234
1235         +-----------+             connect            +-----------+
1236         |para_server|<------------------------------ |para_client|
1237         +-----------+                                +-----------+
1238              |                                             ^
1239              |     fork   +---+                            |
1240              +----------> |AFS|                            |
1241              |            +---+                            |
1242              |              ^                              |
1243              |              |                              |
1244              |              | connect (cookie)             |
1245              |              |                              |
1246              |              |                              |
1247              |    fork   +-----+    inherited connection   |
1248              +---------->|child|<--------------------------+
1249                          +-----+
1250
1251 Note that the child process is not a child of the afs process,
1252 so communication of these two processes has to happen via local
1253 sockets. In order to avoid abuse of the local socket by unrelated
1254 processes, a magic cookie is created once at server startup time just
1255 before the server process forks off the AFS process. This cookie is
1256 known to the server, AFS and the child, but not to unrelated processes.
1257
1258 There are two different kinds of commands: First there are commands
1259 that cause the server to respond with some answer such as the list
1260 of all audio files. All but the addblob commands (addimg, addlyr,
1261 addpl, addmood) are of this kind. The addblob commands add contents
1262 to the database, so they need to transfer data the other way round,
1263 from the client to the server.
1264
1265 There is no knowledge about the server commands built into para_client,
1266 so it does not know about addblob commands. Instead, the server sends
1267 a special "awaiting data" packet for these commands. If the client
1268 receives this packet, it sends STDIN to the server, otherwise it
1269 dumps data from the server to STDOUT.
1270
1271 Streaming protocols
1272 -------------------
1273
1274 A network (audio) stream usually consists of one streaming source,
1275 the _sender_, and one or more _receivers_ which read data over the
1276 network from the streaming source.
1277
1278 Senders are thus part of para_server while receivers are part of
1279 para_audiod. Moreover, there is the stand-alone tool para_recv which
1280 can be used to manually download a stream, either from para_server
1281 or from a web-based audio streaming service.
1282
1283 The following three streaming protocols are supported by paraslash:
1284
1285 - HTTP. Recommended for public streams that can be played by any
1286 player like mpg123, xmms, itunes, winamp, etc. The HTTP sender is
1287 supported on all operating systems and all platforms.
1288
1289 - DCCP. Recommended for LAN streaming. DCCP is currently available
1290 only for Linux.
1291
1292 - UDP. Recommended for multicast LAN streaming.
1293
1294 See the Appendix on [network protocols](/#Network.protocols)
1295 for brief descriptions of the various protocols relevant for network
1296 audio streaming with paraslash.
1297
1298 It is possible to activate more than one sender simultaneously.
1299 Senders can be controlled at run time and via config file and command
1300 line options.
1301
1302 Note that audio connections are _not_ encrypted. Transport or Internet
1303 layer encryption should be used if encrypted data connections are
1304 needed.
1305
1306 Since DCCP and TCP are both connection-oriented protocols, connection
1307 establishment/teardown and access control are very similar between
1308 these two streaming protocols. UDP is the most lightweight option,
1309 since in contrast to TCP/DCCP it is connectionless. It is also the
1310 only protocol supporting IP multicast.
1311
1312 The HTTP and the DCCP sender listen on a (TCP/DCCP) port waiting for
1313 clients to connect and establish a connection via some protocol-defined
1314 handshake mechanism. Both senders maintain two linked lists each:
1315 The list of all clients which are currently connected, and the list
1316 of access control entries which determines who is allowed to connect.
1317 IP-based access control may be configured through config file and
1318 command line options and via the "allow" and "deny" sender subcommands.
1319
1320 Upon receiving a GET request from the client, the HTTP sender sends
1321 back a status line and a message. The body of this message is the
1322 audio stream. This is common practice and is supported by many popular
1323 clients which can thus be used to play a stream offered by para_server.
1324 For DCCP things are a bit simpler: No messages are exchanged between
1325 the receiver and sender. The client simply connects and the sender
1326 starts to stream.
1327
1328 DCCP is an experimental protocol which offers a number of new features
1329 not available for TCP. Both ends can negotiate these features using
1330 a built-in negotiation mechanism. In contrast to TCP/HTTP, DCCP is
1331 datagram-based (no retransmissions) and thus should not be used over
1332 lossy media (e.g. WiFi networks). One useful feature offered by DCCP
1333 is access to a variety of different congestion-control mechanisms
1334 called CCIDs. Two different CCIDs are available per default on Linux:
1335
1336
1337 - _CCID 2_. A Congestion Control mechanism similar to that of TCP. The
1338 sender maintains a congestion window and halves this window in response
1339 to congestion.
1340
1341
1342 - _CCID-3_. Designed to be fair when competing for bandwidth.
1343 It has lower variation of throughput over time compared with TCP,
1344 which makes it suitable for streaming media.
1345
1346 Unlike the HTTP and DCCP senders, the UDP sender maintains only a
1347 single list, the _target list_. This list describes the set of clients
1348 to which the stream is sent. There is no list for access control and
1349 no "allow" and "deny" commands for the UDP sender. Instead, the "add"
1350 and "delete" commands can be used to modify the target list.
1351
1352 Since both UDP and DCCP offer an unreliable datagram-based transport,
1353 additional measures are necessary to guard against disruptions over
1354 networks that are lossy or which may be subject to interference (as
1355 is for instance the case with WiFi). Paraslash uses FEC (Forward
1356 Error Correction) to guard against packet losses and reordering. The
1357 stream is FEC-encoded before it is sent through the UDP socket and
1358 must be decoded accordingly on the receiver side.
1359
1360 The packet size and the amount of redundancy introduced by FEC can
1361 be configured via the FEC parameters which are dictated by server
1362 and may also be configured through the "sender" command.  The FEC
1363 parameters are encoded in the header of each network packet, so no
1364 configuration is necessary on the receiver side. See the section on
1365 [FEC](#Forward.error.correction) below.
1366
1367 Streams with headers and headerless streams
1368 -------------------------------------------
1369
1370 For OGG/Vorbis, OGG/Speex and wma streams, some of the information
1371 needed to decode the stream is only contained in the audio file
1372 header of the container format but not in each data chunk. Clients
1373 must be able to obtain this information in case streaming starts in
1374 the middle of the file or if para_audiod is started while para_server
1375 is already sending a stream.
1376
1377 This is accomplished in different ways, depending on the streaming
1378 protocol. For connection-oriented streams (HTTP, DCCP) the audio file
1379 header is sent prior to audio file data. This technique however does
1380 not work for the connectionless UDP transport. Hence the audio file
1381 header is periodically being embedded into the UDP audio data stream.
1382 By default, the header is resent after five seconds. The receiver has
1383 to wait until the next header arrives before it can start decoding
1384 the stream.
1385
1386 Networking examples
1387 -------------------
1388
1389 The "si" (server info) command lists some information about the
1390 currently running server process.
1391
1392 -> Show PIDs, number of connected clients, uptime, and more:
1393
1394         para_client si
1395
1396 The sender command of para_server prints information about senders,
1397 like the various access control lists, and it allows to (de-)activate
1398 senders and to change the access permissions at runtime.
1399
1400 -> List all senders
1401
1402         para_client sender
1403
1404 -> Obtain general help for the sender command:
1405
1406         para_client help sender
1407
1408 -> Get help for a specific sender (contains further examples):
1409
1410         s=http # or dccp or udp
1411         para_client sender $s help
1412
1413 -> Show status of the http sender
1414
1415         para_client sender http status
1416
1417 By default para_server activates both the HTTP and th DCCP sender on
1418 startup. This can be changed via command line options or para_server's
1419 config file.
1420
1421 -> List config file options for senders:
1422
1423         para_server -h
1424
1425 All senders share the "on" and "off" commands, so senders may be
1426 activated and deactivated independently of each other.
1427
1428 -> Switch off the http sender:
1429
1430         para_client sender http off
1431
1432 -> Receive a DCCP stream using CCID2 and write the output into a file:
1433
1434         host=foo.org; ccid=2; filename=bar
1435         para_recv --receiver "dccp --host $host --ccid $ccid" > $filename
1436
1437 Note the quotes around the arguments for the dccp receiver. Each
1438 receiver has its own set of command line options and its own command
1439 line parser, so arguments for the dccp receiver must be protected
1440 from being interpreted by para_recv.
1441
1442 -> Start UDP multicast, using the default multicast address:
1443
1444         para_client sender udp add 224.0.1.38
1445
1446 -> Receive FEC-encoded multicast stream and write the output into a file:
1447
1448         filename=foo
1449         para_recv -r udp > $filename
1450
1451 -> Add an UDP unicast for a client to the target list of the UDP sender:
1452
1453         t=client.foo.org
1454         para_client sender udp add $t
1455
1456 -> Receive this (FEC-encoded) unicast stream:
1457
1458         filename=foo
1459         para_recv -r 'udp -i 0.0.0.0' > $filename
1460
1461 -> Create a minimal config for para_audiod for HTTP streams:
1462
1463         c=$HOME/.paraslash/audiod.conf.min; s=server.foo.com
1464         echo receiver \".:http -i $s\" > $c
1465         para_audiod --config $c
1466
1467 =======
1468 Filters
1469 =======
1470
1471 A paraslash filter is a module which transforms an input stream into
1472 an output stream. Filters are included in the para_audiod executable
1473 and in the stand-alone tool para_filter which usually contains the
1474 same modules.
1475
1476 While para_filter reads its input stream from STDIN and writes
1477 the output to STDOUT, the filter modules of para_audiod are always
1478 connected to a receiver which produces the input stream and a writer
1479 which absorbs the output stream.
1480
1481 Some filters depend on a specific library and are not compiled in
1482 if this library was not found at compile time. To see the list of
1483 supported filters, run para_filter and para_audiod with the --help
1484 option. The output looks similar to the following:
1485
1486         Available filters:
1487                 compress wav amp fecdec wmadec prebuffer oggdec aacdec mp3dec
1488
1489 Out of these filter modules, a chain of filters can be constructed,
1490 much in the way Unix pipes can be chained, and analogous to the use
1491 of modules in gstreamer: The output of the first filter becomes the
1492 input of the second filter. There is no limitation on the number of
1493 filters and the same filter may occur more than once.
1494
1495 Like receivers, each filter has its own command line options which
1496 must be quoted to protect them from the command line options of
1497 the driving application (para_audiod or para_filter). Example:
1498
1499         para_filter -f 'mp3dec --ignore-crc' -f 'compress --damp 1'
1500
1501 For para_audiod, each audio format has its own set of filters. The
1502 name of the audio format for which the filter should be applied can
1503 be used as the prefix for the filter option. Example:
1504
1505         para_audiod -f 'mp3:prebuffer --duration 300'
1506
1507 The "mp3" prefix above is actually interpreted as a POSIX extended
1508 regular expression. Therefore
1509
1510         para_audiod -f '.:prebuffer --duration 300'
1511
1512 activates the prebuffer filter for all supported audio formats (because
1513 "." matches all audio formats) while
1514
1515         para_audiod -f 'wma|ogg:prebuffer --duration 300'
1516
1517 activates it only for wma and ogg streams.
1518
1519 Decoders
1520 --------
1521
1522 For each supported audio format there is a corresponding filter
1523 which decodes audio data in this format to 16 bit PCM data which
1524 can be directly sent to the sound device or any other software that
1525 operates on undecoded PCM data (visualizers, equalizers etc.). Such
1526 filters are called _decoders_ in general, and xxxdec is the name of
1527 the paraslash decoder for the audio format xxx. For example, the mp3
1528 decoder is called mp3dec.
1529
1530 Note that the output of the decoder is about 10 times larger than
1531 its input. This means that filters that operate on the decoded audio
1532 stream have to deal with much more data than filters that transform
1533 the audio stream before it is fed to the decoder.
1534
1535 Paraslash relies on external libraries for most decoders, so these
1536 libraries must be installed for the decoder to be included in the
1537 executables. For example, the mp3dec filter depends on the mad library.
1538
1539 Forward error correction
1540 ------------------------
1541
1542 As already mentioned [earlier](#Streaming.protocols), paraslash
1543 uses forward error correction (FEC) for the unreliable UDP and
1544 DCCP transports. FEC is a technique which was invented already in
1545 1960 by Reed and Solomon and which is widely used for the parity
1546 calculations of storage devices (RAID arrays). It is based on the
1547 algebraic concept of finite fields, today called Galois fields, in
1548 honour of the mathematician Galois (1811-1832). The FEC implementation
1549 of paraslash is based on code by Luigi Rizzo.
1550
1551 Although the details require a sound knowledge of the underlying
1552 mathematics, the basic idea is not hard to understand: For positive
1553 integers k and n with k < n it is possible to compute for any k given
1554 data bytes d_1, ..., d_k the corresponding r := n -k parity bytes p_1,
1555 ..., p_r such that all data bytes can be reconstructed from *any*
1556 k bytes of the set
1557
1558         {d_1, ..., d_k, p_1, ..., p_r}.
1559
1560 FEC-encoding for unreliable network transports boils down to slicing
1561 the audio stream into groups of k suitably sized pieces called _slices_
1562 and computing the r corresponding parity slices. This step is performed
1563 in para_server which then sends both the data and the parity slices
1564 over the unreliable network connection. If the client was able
1565 to receive at least k of the n = k + r slices, it can reconstruct
1566 (FEC-decode) the original audio stream.
1567
1568 From these observations it is clear that there are three different
1569 FEC parameters: The slice size, the number of data slices k, and the
1570 total number of slices n. It is crucial to choose the slice size
1571 such that no fragmentation of network packets takes place because
1572 FEC only guards against losses and reordering but fails if slices are
1573 received partially.
1574
1575 FEC decoding in paralash is performed through the fecdec filter which
1576 usually is the first filter (there can be other filters before fecdec
1577 if these do not alter the audio stream).
1578
1579 Volume adjustment (amp and compress)
1580 ------------------------------------
1581
1582 The amp and the compress filter both adjust the volume of the audio
1583 stream. These filters operate on uncompressed audio samples. Hence
1584 they are usually placed directly after the decoding filter. Each
1585 sample is multiplied with a scaling factor (>= 1) which makes amp
1586 and compress quite expensive in terms of computing power.
1587
1588 ### amp ###
1589
1590 The amp filter amplifies the audio stream by a fixed scaling factor
1591 that must be known in advance. For para_audiod this factor is derived
1592 from the amplification field of the audio file's entry in the audio
1593 file table while para_filter uses the value given at the command line.
1594
1595 The optimal scaling factor F for an audio file is the largest real
1596 number F >= 1 such that after multiplication with F all samples still
1597 fit into the sample interval [-32768, 32767]. One can use para_filter
1598 in combination with the sox utility to compute F:
1599
1600         para_filter -f mp3dec -f wav < file.mp3 | sox -t wav - -e stat -v
1601
1602 The amplification value V which is stored in the audio file table,
1603 however, is an integer between 0 and 255 which is connected to F
1604 through the formula
1605
1606         V = (F - 1) * 64.
1607
1608 To store V in the audio file table, the command
1609
1610         para_client -- touch -a=V file.mp3
1611
1612 is used. The reader is encouraged to write a script that performs
1613 these computations :)
1614
1615 ### compress ###
1616
1617 Unlike the amplification filter, the compress filter adjusts the volume
1618 of the audio stream dynamically without prior knowledge about the peak
1619 value. It maintains the maximal volume of the last n samples of the
1620 audio stream and computes a suitable amplification factor based on that
1621 value and the various configuration options. It tries to chose this
1622 factor such that the adjusted volume meets the desired target level.
1623
1624 Note that it makes sense to combine amp and compress.
1625
1626 Misc filters (wav and prebuffer)
1627 --------------------------------
1628
1629 These filters are rather simple and do not modify the audio stream at
1630 all. The wav filter is only useful with para_filter and in connection
1631 with a decoder. It asks the decoder for the number of channels and the
1632 sample rate of the stream and adds a Microsoft wave header containing
1633 this information at the beginning. This allows to write wav files
1634 rather than raw PCM files (which do not contain any information about
1635 the number of channels and the sample rate).
1636
1637 The prebuffer filter simply delays the output until the given time has
1638 passed (starting from the time the first byte was available in its
1639 input queue) or until the given amount of data has accumulated. It
1640 is mainly useful for para_audiod if the standard parameters result
1641 in buffer underruns.
1642
1643 Both filters require almost no additional computing time, even when
1644 operating on uncompressed audio streams, since data buffers are simply
1645 "pushed down" rather than copied.
1646
1647 Examples
1648 --------
1649
1650 -> Decode an mp3 file to wav format:
1651
1652         para_filter -f mp3dec -f wav < file.mp3 > file.wav
1653
1654 -> Amplify a raw audio file by a factor of 1.5:
1655
1656         para_filter -f amp --amp 32 < foo.raw > bar.raw
1657
1658 ======
1659 Output
1660 ======
1661
1662 Once an audio stream has been received and decoded to PCM format,
1663 it can be sent to a sound device for playback. This part is performed
1664 by paraslash _writers_ which are described in this chapter.
1665
1666 Writers
1667 -------
1668
1669 A paraslash writer acts as a data sink that consumes but does not
1670 produce audio data. Paraslash writers operate on the client side and
1671 are contained in para_audiod and in the stand-alone tool para_write.
1672
1673 The para_write program reads uncompressed audio data from STDIN. If
1674 this data starts with a wav header, sample rate, sample format and
1675 channel count are read from the header. Otherwise CD audio (44.1KHz
1676 16 bit little endian, stereo) is assumed but this can be overridden
1677 by command line options. para_audiod, on the other hand, obtains
1678 the sample rate and the number of channels from the decoder.
1679
1680 Like receivers and filters, each writer has an individual set of
1681 command line options, and for para_audiod writers can be configured
1682 per audio format separately. It is possible to activate more than
1683 one writer for the same stream simultaneously.
1684
1685 OS-dependent APIs
1686 -----------------
1687
1688 Unfortunately, the various flavours of Unix on which paraslash
1689 runs on have different APIs for opening a sound device and starting
1690 playback. Hence for each such API there is a paraslash writer that
1691 can play the audio stream via this API.
1692
1693 - *ALSA*. The _Advanced Linux Sound Architecture_ is only available on
1694 Linux systems. Although there are several mid-layer APIs in use by
1695 the various Linux distributions (ESD, Jack, PulseAudio), paraslash
1696 currently supports only the low-level ALSA API which is not supposed
1697 to be change. ALSA is very feature-rich, in particular it supports
1698 software mixing via its DMIX plugin. ALSA is the default writer on
1699 Linux systems.
1700
1701 - *OSS*. The _Open Sound System_ is the only API on \*BSD Unixes and
1702 is also available on Linux systems, usually provided by ALSA as an
1703 emulation for backwards compatibility. This API is rather simple but
1704 also limited. For example only one application can open the device
1705 at any time. The OSS writer is activated by default on BSD Systems.
1706
1707 - *FILE*. The file writer allows to capture the audio stream and
1708 write the PCM data to a file on the file system rather than playing
1709 it through a sound device. It is supported on all platforms and is
1710 always compiled in.
1711
1712 - *AO*. _Libao_ is a cross-platform audio library which supports a wide
1713 variety of platforms including PulseAudio (gnome), ESD (Enlightened
1714 Sound Daemon), AIX, Solaris and IRIX.  The ao writer plays audio
1715 through an output plugin of libao.
1716
1717 Examples
1718 --------
1719
1720 -> Use the OSS writer to play a wav file:
1721
1722         para_write --writer oss < file.wav
1723
1724 -> Enable ALSA software mixing for mp3 streams:
1725
1726         para_audiod --writer 'mp3:alsa -d plug:swmix'
1727
1728
1729 ===
1730 Gui
1731 ===
1732
1733 para_gui executes an arbitrary command which is supposed to print
1734 status information to STDOUT. It then displays this information in
1735 a curses window. By default the command
1736
1737         para_audioc -- stat -p
1738
1739 is executed, but this can be customized via the --stat-cmd option. In
1740 particular it possible to use
1741
1742         para_client -- stat -p
1743
1744 to make para_gui work on systems on which para_audiod is not running.
1745
1746 Key bindings
1747 ------------
1748
1749 It is possible to bind keys to arbitrary commands via custom
1750 key-bindings. Besides the internal keys which can not be changed (help,
1751 quit, loglevel, version...), the following flavours of key-bindings
1752 are supported:
1753
1754 - external: Shutdown curses before launching the given command.
1755 Useful for starting other ncurses programs from within para_gui,
1756 e.g. aumix or dialog scripts. Or, use the mbox output format to write
1757 a mailbox containing one mail for each (admissible) file the audio
1758 file selector knows about. Then start mutt from within para_gui to
1759 browse your collection!
1760
1761 - display: Launch the command and display its stdout in para_gui's
1762 bottom window.
1763
1764 - para: Like display, but start "para_client <specified command>"
1765 instead of "<specified command>".
1766
1767 The general form of a key binding is
1768
1769         key_map k:m:c
1770
1771 which maps key k to command c using mode m. Mode may be x, d or p
1772 for external, display and paraslash commands, respectively.
1773
1774 Themes
1775 ------
1776
1777 Currently there are only two themes for para_gui. It is easy, however,
1778 to add more themes. To create a new theme one has to define the
1779 position, color and geometry for for each status item that should be
1780 shown by this theme. See gui_theme.c for examples.
1781
1782 The "." and "," keys are used to switch between themes.
1783
1784 Examples
1785 --------
1786
1787 -> Show server info:
1788
1789         key_map "i:p:si"
1790
1791 -> Jump to the middle of the current audio file by pressing F5:
1792
1793         key_map "<F5>:p:jmp 50"
1794
1795 -> vi-like bindings for jumping around:
1796
1797         key_map "l:p:ff 10"
1798         key_map "h:p:ff 10-"
1799         key_map "w:p:ff 60"
1800         key_map "b:p:ff 60-"
1801
1802 -> Print the current date and time:
1803
1804         key_map "D:d:date"
1805
1806 -> Call other curses programs:
1807
1808         key_map "U:x:aumix"
1809         key_map "!:x:/bin/bash"
1810         key_map "^E:x:/bin/sh -c 'vi ~/.paraslash/gui.conf'"
1811
1812 ===========
1813 Development
1814 ===========
1815
1816 Contributing
1817 ------------
1818
1819 Paraslash is an open source project and contributions are
1820 welcome. Here's a list of things you can do to help the project:
1821
1822 - Report problems with building, installing or running the software.
1823   In particular, test the experimental git branches ("next" and "pu").
1824   This helps to identify and fix problems before the code gets merged
1825   and thus keeps the master branch as stable as possible.
1826 - Proofread the documentation (manual, web pages, man pages, source
1827   code documentation) and point out unclear or poorly written parts. If
1828   you are a native English speaker you will easily find a lot of text
1829   that could be improved.
1830 - Run analysis tools (coverity, afl, sparse, etc.) and report issues
1831   found by those tools.
1832 - Suggest new features you would like to see implemented.
1833 - Compile and test on your favorite architecture or operating
1834   system. The code is tested only on a limited set of systems, so you
1835   will probably encounter problems when building on different systems.
1836 - Post about about paraslash on your blog or on social networks.
1837 - Build and maintain Debian/RPM packages for your favorite distribution.
1838
1839 Note that there is no mailing list, no bug tracker and no discussion
1840 forum for paraslash. If you'd like to contribute, or have questions
1841 about contributing, send email to Andre Noll <maan@tuebingen.mpg.de>.
1842
1843 Tools
1844 -----
1845
1846 In order to compile the sources from the git repository (rather than
1847 from tar balls) and for contributing non-trivial changes to the
1848 paraslash project, some additional tools should be installed on a
1849 developer machine.
1850
1851 - [git](http://git.or.cz/). As described in more detail
1852 [below](#Git.branches), the git source code management tool is used for
1853 paraslash development. It is necessary for cloning the git repository
1854 and for getting updates.
1855
1856 - [autoconf](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/autoconf/) GNU autoconf creates
1857 the configure file which is shipped in the tarballs but has to be
1858 generated when compiling from git.
1859
1860 - [discount](http://www.pell.portland.or.us/~orc/Code/discount). The
1861 HTML version of this manual and some of the paraslash web pages are
1862 written in the Markdown markup language and are translated into html
1863 with the converter of the *Discount* package.
1864
1865 - [doxygen](http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen/). The documentation
1866 of paraslash's C sources uses the doxygen documentation system. The
1867 conventions for documenting the source code is described in the
1868 [Doxygen section](#Doxygen).
1869
1870 - [global](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/global). This is used to generate
1871 browsable HTML from the C sources. It is needed by doxygen.
1872
1873 Git branches
1874 ------------
1875
1876 Paraslash has been developed using the git source code management
1877 tool since 2006. Development is organized roughly in the same spirit
1878 as the git development itself, as described below.
1879
1880 The following text passage is based on "A note from the maintainer",
1881 written by Junio C Hamano, the maintainer of git.
1882
1883 There are four branches in the paraslash repository that track the
1884 source tree: "master", "maint", "next", and "pu".
1885
1886 The "master" branch is meant to contain what is well tested and
1887 ready to be used in a production setting. There could occasionally be
1888 minor breakages or brown paper bag bugs but they are not expected to
1889 be anything major, and more importantly quickly and easily fixable.
1890 Every now and then, a "feature release" is cut from the tip of this
1891 branch, named with three dotted decimal digits, like 0.4.2.
1892
1893 Whenever changes are about to be included that will eventually lead to
1894 a new major release (e.g. 0.5.0), a "maint" branch is forked off from
1895 "master" at that point. Obvious, safe and urgent fixes after the major
1896 release are applied to this branch and maintenance releases are cut
1897 from it. New features never go to this branch. This branch is also
1898 merged into "master" to propagate the fixes forward.
1899
1900 A trivial and safe enhancement goes directly on top of "master".
1901 New development does not usually happen on "master", however.
1902 Instead, a separate topic branch is forked from the tip of "master",
1903 and it first is tested in isolation; Usually there are a handful such
1904 topic branches that are running ahead of "master". The tip of these
1905 branches is not published in the public repository to keep the number
1906 of branches that downstream developers need to worry about low.
1907
1908 The quality of topic branches varies widely. Some of them start out as
1909 "good idea but obviously is broken in some areas" and then with some
1910 more work become "more or less done and can now be tested by wider
1911 audience". Luckily, most of them start out in the latter, better shape.
1912
1913 The "next" branch is to merge and test topic branches in the latter
1914 category.  In general, this branch always contains the tip of "master".
1915 It might not be quite rock-solid production ready, but is expected to
1916 work more or less without major breakage. The maintainer usually uses
1917 the "next" version of paraslash for his own pleasure, so it cannot
1918 be _that_ broken. The "next" branch is where new and exciting things
1919 take place.
1920
1921 The two branches "master" and "maint" are never rewound, and "next"
1922 usually will not be either (this automatically means the topics that
1923 have been merged into "next" are usually not rebased, and you can find
1924 the tip of topic branches you are interested in from the output of
1925 "git log next"). You should be able to safely build on top of them.
1926
1927 However, at times "next" will be rebuilt from the tip of "master" to
1928 get rid of merge commits that will never be in "master". The commit
1929 that replaces "next" will usually have the identical tree, but it
1930 will have different ancestry from the tip of "master".
1931
1932 The "pu" (proposed updates) branch bundles the remainder of the
1933 topic branches.  The "pu" branch, and topic branches that are only in
1934 "pu", are subject to rebasing in general.  By the above definition
1935 of how "next" works, you can tell that this branch will contain quite
1936 experimental and obviously broken stuff.
1937
1938 When a topic that was in "pu" proves to be in testable shape, it
1939 graduates to "next".  This is done with
1940
1941                 git checkout next
1942                 git merge that-topic-branch
1943
1944 Sometimes, an idea that looked promising turns out to be not so good
1945 and the topic can be dropped from "pu" in such a case.
1946
1947 A topic that is in "next" is expected to be polished to perfection
1948 before it is merged to "master".  Similar to the above, this is
1949 done with
1950
1951                 git checkout master
1952                 git merge that-topic-branch
1953                 git branch -d that-topic-branch
1954
1955 Note that being in "next" is not a guarantee to appear in the next
1956 release (being in "master" is such a guarantee, unless it is later
1957 found seriously broken and reverted), nor even in any future release.
1958
1959 Coding Style
1960 ------------
1961
1962 The preferred coding style for paraslash coincides more or less
1963 with the style of the Linux kernel. So rather than repeating what is
1964 written [there](http://www.kernel.org/doc/Documentation/process/coding-style.rst),
1965 here are the most important points.
1966
1967 - Burn the GNU coding standards.
1968 - Never use spaces for indentation.
1969 - Tabs are 8 characters, and thus indentations are also 8 characters.
1970 - Don't put multiple assignments on a single line.
1971 - Avoid tricky expressions.
1972 - Don't leave whitespace at the end of lines.
1973 - The limit on the length of lines is 80 columns.
1974 - Use K&R style for placing braces and spaces:
1975
1976                 if (x is true) {
1977                         we do y
1978                 }
1979
1980 - Use a space after (most) keywords.
1981 - Do not add spaces around (inside) parenthesized expressions.
1982 - Use one space around (on each side of) most binary and ternary operators.
1983 - Do not use cute names like ThisVariableIsATemporaryCounter, call it tmp.
1984 - Mixed-case names are frowned upon.
1985 - Descriptive names for global variables are a must.
1986 - Avoid typedefs.
1987 - Functions should be short and sweet, and do just one thing.
1988 - The number of local variables shouldn't exceed 10.
1989 - Gotos are fine if they improve readability and reduce nesting.
1990 - Don't use C99-style "// ..." comments.
1991 - Names of macros defining constants and labels in enums are capitalized.
1992 - Enums are preferred when defining several related constants.
1993 - Always use the paraslash wrappers for allocating memory.
1994 - If the name of a function is an action or an imperative.
1995   command, the function should return an error-code integer
1996   (<0 means error, >=0 means success). If the name is a
1997   predicate, the function should return a "succeeded" boolean.
1998
1999 Doxygen
2000 -------
2001
2002 Doxygen is a documentation system for various programming
2003 languages. The API reference on the paraslash web page is generated
2004 by doxygen.
2005
2006 It is more illustrative to look at the source code for examples than
2007 to describe the conventions in this manual, so we only describe which
2008 parts of the code need doxygen comments, but leave out details on
2009 documentation conventions.
2010
2011 As a rule, only the public part of the C source is documented with
2012 Doxygen. This includes structures, defines and enumerations in header
2013 files as well as public (non-static) C functions.  These should be
2014 documented completely. For example, each parameter and the return
2015 value of a public function should get a descriptive doxygen comment.
2016
2017 No doxygen comments are necessary for static functions and for
2018 structures and enumerations in C files (which are used only within
2019 this file). This does not mean, however, that those entities need
2020 no documentation at all. Instead, common sense should be applied to
2021 document what is not obvious from reading the code.
2022
2023 ========
2024 Appendix
2025 ========
2026
2027 Network protocols
2028 -----------------
2029
2030 ### IP ###
2031
2032 The _Internet Protocol_ is the primary networking protocol used for
2033 the Internet. All protocols described below use IP as the underlying
2034 layer. Both the prevalent IPv4 and the next-generation IPv6 variant
2035 are being deployed actively worldwide.
2036
2037 ### Connection-oriented and connectionless protocols ###
2038
2039 Connectionless protocols differ from connection-oriented ones in
2040 that state associated with the sending/receiving endpoints is treated
2041 implicitly. Connectionless protocols maintain no internal knowledge
2042 about the state of the connection. Hence they are not capable of
2043 reacting to state changes, such as sudden loss or congestion on the
2044 connection medium. Connection-oriented protocols, in contrast, make
2045 this knowledge explicit. The connection is established only after
2046 a bidirectional handshake which requires both endpoints to agree
2047 on the state of the connection, and may also involve negotiating
2048 specific parameters for the particular connection. Maintaining an
2049 up-to-date internal state of the connection also in general means
2050 that the sending endpoints perform congestion control, adapting to
2051 qualitative changes of the connection medium.
2052
2053 ### Reliability ###
2054
2055 In IP networking, packets can be lost, duplicated, or delivered
2056 out of order, and different network protocols handle these
2057 problems in different ways. We call a transport-layer protocol
2058 _reliable_, if it turns the unreliable IP delivery into an ordered,
2059 duplicate- and loss-free delivery of packets. Sequence numbers
2060 are used to discard duplicates and re-arrange packets delivered
2061 out-of-order. Retransmission is used to guarantee loss-free
2062 delivery. Unreliable protocols, in contrast, do not guarantee ordering
2063 or data integrity.
2064
2065 ### Classification ###
2066
2067 With these definitions the protocols which are used by paraslash for
2068 steaming audio data may be classified as follows.
2069
2070         - HTTP/TCP: connection-oriented, reliable,
2071         - UDP: connectionless, unreliable,
2072         - DCCP: connection-oriented, unreliable.
2073
2074 Below we give a short descriptions of these protocols.
2075
2076 ### TCP ###
2077
2078 The _Transmission Control Protocol_ provides reliable, ordered delivery
2079 of a stream and a classic window-based congestion control. In contrast
2080 to UDP and DCCP (see below), TCP does not have record-oriented or
2081 datagram-based syntax, i.e. it provides a stream which is unaware
2082 and independent of any record (packet) boundaries.  TCP is used
2083 extensively by many application layers. Besides HTTP (the Hypertext
2084 Transfer Protocol), also FTP (the File Transfer protocol), SMTP (Simple
2085 Mail Transfer Protocol), SSH (Secure Shell) all sit on top of TCP.
2086
2087 ### UDP ###
2088
2089 The _User Datagram Protocol_ is the simplest transport-layer protocol,
2090 built as a thin layer directly on top of IP. For this reason, it offers
2091 the same best-effort service as IP itself, i.e. there is no detection
2092 of duplicate or reordered packets. Being a connectionless protocol,
2093 only minimal internal state about the connection is maintained, which
2094 means that there is no protection against packet loss or network
2095 congestion. Error checking and correction (if at all) are performed
2096 in the application.
2097
2098 ### DCCP ###
2099
2100 The _Datagram Congestion Control Protocol_ combines the
2101 connection-oriented state maintenance known from TCP with the
2102 unreliable, datagram-based transport of UDP. This means that it
2103 is capable of reacting to changes in the connection by performing
2104 congestion control, offering multiple alternative approaches. But it
2105 is bound to datagram boundaries (the maximum packet size supported
2106 by a medium), and like UDP it lacks retransmission to protect
2107 against loss. Due to the use of sequence numbers, it is however
2108 able to react to loss (interpreted as a congestion indication) and
2109 to ignore out-of-order and duplicate packets. Unlike TCP it allows
2110 to negotiate specific, binding features for a connection, such as
2111 the choice of congestion control: classic, window-based congestion
2112 control known from TCP is available as CCID-2, rate-based, "smooth"
2113 congestion control is offered as CCID-3.
2114
2115 ### HTTP ###
2116
2117 The _Hypertext Transfer Protocol_ is an application layer protocol
2118 on top of TCP. It is spoken by web servers and is most often used
2119 for web services.  However, as can be seen by the many Internet radio
2120 stations and YouTube/Flash videos, http is by far not limited to the
2121 delivery of web pages only. Being a simple request/response based
2122 protocol, the semantics of the protocol also allow the delivery of
2123 multimedia content, such as audio over http.
2124
2125 ### Multicast ###
2126
2127 IP multicast is not really a protocol but a technique for one-to-many
2128 communication over an IP network. The challenge is to deliver
2129 information to a group of destinations simultaneously using the
2130 most efficient strategy to send the messages over each link of the
2131 network only once. This has benefits for streaming multimedia: the
2132 standard one-to-one unicast offered by TCP/DCCP means that n clients
2133 listening to the same stream also consume n-times the resources,
2134 whereas multicast requires to send the stream just once, irrespective
2135 of the number of receivers.  Since it would be costly to maintain state
2136 for each listening receiver, multicast often implies connectionless
2137 transport, which is the reason that it is currently only available
2138 via UDP.
2139
2140 Abstract socket namespace
2141 -------------------------
2142 UNIX domain sockets are a traditional way to communicate between
2143 processes on the same machine. They are always reliable (see above)
2144 and don't reorder datagrams. Unlike TCP and UDP, UNIX domain sockets
2145 support passing open file descriptors or process credentials to
2146 other processes.
2147
2148 The usual way to set up a UNIX domain socket (as obtained from
2149 socket(2)) for listening is to first bind the socket to a file system
2150 pathname and then call listen(2), then accept(2). Such sockets are
2151 called _pathname sockets_ because bind(2) creates a special socket
2152 file at the specified path. Pathname sockets allow unrelated processes
2153 to communicate with the listening process by binding to the same path
2154 and calling connect(2).
2155
2156 There are two problems with pathname sockets:
2157
2158         * The listing process must be able to (safely) create the
2159         socket special in a directory which is also accessible to
2160         the connecting process.
2161
2162         * After an unclean shutdown of the listening process, a stale
2163         socket special may reside on the file system.
2164
2165 The abstract socket namespace is a non-portable Linux feature which
2166 avoids these problems. Abstract sockets are still bound to a name,
2167 but the name has no connection with file system pathnames.
2168
2169 License
2170 -------
2171
2172 Paraslash is licensed under the GPL, version 2. Most of the code
2173 base has been written from scratch, and those parts are GPL V2
2174 throughout. Notable exceptions are FEC and the WMA decoder. See the
2175 corresponding source files for licencing details for these parts. Some
2176 code sniplets of several other third party software packages have
2177 been incorporated into the paraslash sources, for example log message
2178 coloring was taken from the git sources. These third party software
2179 packages are all published under the GPL or some other license
2180 compatible to the GPL.
2181
2182 Acknowledgements
2183 ----------------
2184
2185 Many thanks to Gerrit Renker who read an early draft of this manual
2186 and contributed significant improvements.
2187
2188 ==========
2189 References
2190 ==========
2191
2192 Articles
2193 --------
2194 - [Polynomial Codes over Certain Finite
2195 Fields](http://kom.aau.dk/~heb/kurser/NOTER/KOFA01.PDF) by Reed, Irving
2196 S.; Solomon, Gustave (1960), Journal of the Society for Industrial
2197 and Applied Mathematics (SIAM) 8 (2): 300-304, doi:10.1137/0108018)
2198
2199 RFCs
2200 ----
2201
2202 - [RFC 768](http://www.ietf.org/rfc/rfc768.txt) (1980): User Datagram
2203 Protocol
2204
2205 - [RFC 791](http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt) (1981): Internet
2206 Protocol
2207
2208 - [RFC 2437](http://www.ietf.org/rfc/rfc2437.txt) (1998): RSA
2209 Cryptography Specifications
2210
2211 - [RFC 4340](http://www.ietf.org/rfc/rfc4340.txt) (2006): Datagram
2212 Congestion Control Protocol (DCCP)
2213
2214 - [RFC 4341](http://www.ietf.org/rfc/rfc4341.txt) (2006): Congestion
2215 Control ID 2: TCP-like Congestion Control
2216
2217 - [RFC 4342](http://www.ietf.org/rfc/rfc4342.txt) (2006): Congestion
2218 Control ID 3: TCP-Friendly Rate Control (TFRC)
2219
2220 - [RFC 6716](http://www.ietf.org/rfc/rfc6716.txt) (2012): Definition
2221 of the Opus Audio Codec
2222
2223 Application web pages
2224 ---------------------
2225
2226 - [paraslash](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/paraslash/)
2227 - [xmms](http://xmms2.org/wiki/Main_Page)
2228 - [mpg123](http://www.mpg123.de/)
2229 - [gstreamer](http://gstreamer.freedesktop.org/)
2230 - [icecast](http://www.icecast.org/)
2231 - [Audio Compress](http://beesbuzz.biz/code/audiocompress.php)
2232
2233 External documentation
2234 ----------------------
2235
2236 - [The mathematics of
2237 Raid6](http://kernel.org/pub/linux/kernel/people/hpa/raid6.pdf)
2238 by H. Peter Anvin
2239
2240 - [Effective Erasure Codes for reliable Computer Communication
2241 Protocols](http://info.iet.unipi.it/~luigi/fec_ccr.ps.gz) by Luigi
2242 Rizzo
2243
2244 Code
2245 ----
2246 - [Original FEC
2247 implementation](http://info.iet.unipi.it/~luigi/vdm.tar.gz) by
2248 Luigi Rizzo)