]> git.tuebingen.mpg.de Git - paraslash.git/blob - web/manual.md
Convert manual and NEWS from grutatxt to markdown.
[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 for
156 coreaudio (Mac OS). para_write can also be used as a stand-alone WAV
157 or raw audio player.
158
159 ### para_play ###
160
161 A command line audio player.
162
163 ### para_gui ###
164
165 Curses-based gui that presents status information obtained in a curses
166 window. Appearance can be customized via themes. para_gui provides
167 key-bindings for the most common server commands and new key-bindings
168 can be added easily.
169
170 ### para_fade ###
171
172 An alarm clock and volume-fader for OSS and ALSA.
173
174 ===========
175 Quick start
176 ===========
177
178 This chapter lists the [necessary software](#Requirements)
179 that must be installed to compile the paraslash package, describes
180 how to [compile and install](#Installation) the paraslash
181 source code and the steps that have to be performed in order to
182 [set up](#Configuration) a typical server and client.
183
184 Requirements
185 ------------
186 ### For the impatient ###
187
188         git clone git://git.tuebingen.mpg.de/osl
189         cd osl && make && sudo make install && sudo ldconfig
190         sudo apt-get install autoconf libssl-dev help2man gengetopt \
191               libmad0-dev libid3tag0-dev libasound2-dev libvorbis-dev \
192               libfaad-dev libspeex-dev libFLAC-dev libsamplerate-dev \
193               libasound2-dev libao-dev libreadline-dev libncurses-dev \
194               libopus-dev
195
196 ### Detailed description ###
197
198 In any case you will need
199
200 - [libosl](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/osl/). The _object
201 storage layer_ library is used by para_server. To clone the source
202 code repository, execute
203
204                 git clone git://git.tuebingen.mpg.de/osl
205
206 - [gcc](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/gcc) or
207 [clang](http://clang.llvm.org). All gcc versions >= 3.3 are currently
208 supported. Clang version 1.1 or newer should work as well.
209
210 - [gnu make](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/make) is also shipped with the
211 disto. On BSD systems the gnu make executable is often called gmake.
212
213 - [bash](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/bash). Some scripts which run
214 during compilation require the _Bourne again shell_.  It is most
215 likely already installed.
216
217 - [gengetopt](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/gengetopt/) is needed to
218 generate the C code for the command line parsers of all paraslash
219 executables.
220
221 - [help2man](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/help2man) is used to create
222 the man pages.
223
224 Optional:
225
226 - [openssl](http://www.openssl.org/) or
227 [libgcrypt](ftp://ftp.gnupg.org/gcrypt/libgcrypt/).  At least one
228 of these two libraries is needed as the backend for cryptographic
229 routines on both the server and the client side. Both openssl and
230 libgcrypt are usually shipped with the distro, but you might have
231 to install the development package (`libssl-dev` or `libgcrypt-dev`
232 on debian systems) as well.
233
234 - [libmad](http://www.underbit.com/products/mad/). To compile in MP3
235 support for paraslash, the development package must be installed. It
236 is called `libmad0-dev` on debian-based systems. Note that libmad is
237 not necessary on the server side, i.e., for sending MP3 files.
238
239 - [libid3tag](http://www.underbit.com/products/mad/). For version-2
240 ID3 tag support, you willl need the libid3tag development package
241 `libid3tag0-dev`. Without libid3tag, only version-1 tags are
242 recognized. The mp3 tagger also needs this library for modifying
243 (id3v1 and id3v2) tags.
244
245 - [ogg vorbis](http://www.xiph.org/downloads/). For ogg vorbis streams
246 you need libogg, libvorbis, libvorbisfile. The corresponding Debian
247 packages are called `libogg-dev` and `libvorbis-dev`.
248
249 - [libfaad](http://www.audiocoding.com/). For aac files (m4a) you
250 need libfaad (`libfaad-dev`).
251
252 - [speex](http://www.speex.org/). In order to stream or decode speex
253 files, libspeex (`libspeex-dev`) is required.
254
255 - [flac](http://flac.sourceforge.net/). To stream or decode files
256 encoded with the _Free Lossless Audio Codec_, libFLAC (`libFLAC-dev`)
257 must be installed.
258
259 - [libsamplerate](http://www.mega-nerd.com/SRC/index.html). The
260 resample filter will only be compiled if this library is
261 installed. Debian package: `libsamplerate-dev`.
262
263 - [alsa-lib](ftp://ftp.alsa-project.org/pub/lib/). On Linux, you will
264 need to have the ALSA development package `libasound2-dev` installed.
265
266 - [libao](http://downloads.xiph.org/releases/ao/). Needed to build
267 the ao writer (ESD, PulseAudio,...).  Debian package: `libao-dev`.
268
269 - [curses](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/ncurses). Needed for
270 para_gui. Debian package: `libncurses-dev`.
271
272 - [GNU
273 Readline](http://cnswww.cns.cwru.edu/php/chet/readline/rltop.html). If
274 this library (`libreadline-dev`) is installed, para_client, para_audioc
275 and para_play support interactive sessions.
276
277 Installation
278 ------------
279 To build the sources from a tarball, execute
280
281         ./configure && make
282
283 To build from git or a gitweb snapshot, run this command instead:
284
285         ./autogen.sh
286
287 There should be no errors but probably some warnings about missing
288 packages which usually implies that not all audio formats will be
289 supported. If headers or libs are installed at unusual locations you
290 might need to tell the configure script where to find them. Try
291
292         ./configure --help
293
294 to see a list of options. If the paraslash package was compiled
295 successfully, execute (optionally)
296
297         make test
298
299 to run the paraslash test suite. If all tests pass, execute as root
300
301         make install
302
303 to install executables under /usr/local/bin and the man pages under
304 /usr/local/man.
305
306 Configuration
307 -------------
308
309 ### Create a paraslash user ###
310
311 In order to control para_server at runtime you must create a paraslash
312 user. As authentication is based on the RSA crypto system you'll have
313 to create an RSA key pair. If you already have a user and an RSA key
314 pair, you may skip this step.
315
316 In this section we'll assume a typical setup: You would like to run
317 para_server on some host called server_host as user foo, and you want
318 to connect to para_server from another machine called client_host as
319 user bar.
320
321 As foo@server_host, create ~/.paraslash/server.users by typing the
322 following commands:
323
324         user=bar
325         target=~/.paraslash/server.users
326         key=~/.paraslash/id_rsa.pub.$user
327         perms=AFS_READ,AFS_WRITE,VSS_READ,VSS_WRITE
328         mkdir -p ~/.paraslash
329         echo "user $user $key $perms" >> $target
330
331 Next, change to the "bar" account on client_host and generate the
332 key pair with the commands
333
334         ssh-keygen -q -t rsa -b 2048 -N '' -f $key
335
336 This generates the two files id_rsa and id_rsa.pub in ~/.ssh.  Note
337 that para_server won't accept keys shorter than 2048 bits. Moreover,
338 para_client rejects private keys which are world-readable.
339
340 para_server only needs to know the public key of the key pair just
341 created. Copy this public key to server_host:
342
343         src=~/.ssh/id_rsa.pub
344         dest=.paraslash/id_rsa.pub.$LOGNAME
345         scp $src foo@server_host:$dest
346
347 Finally, tell para_client to connect to server_host:
348
349         conf=~/.paraslash/client.conf
350         echo 'hostname server_host' > $conf
351
352
353 ### Start para_server ###
354
355 For this first try, we'll use the info loglevel to make the output
356 of para_server more verbose.
357
358         para_server -l info
359
360 Now you can use para_client to connect to the server and issue
361 commands. Open a new shell as bar@client_host and try
362
363         para_client help
364         para_client si
365
366 to retrieve the list of available commands and some server info.
367 Don't proceed if this doesn't work.
368
369 ### Create and populate the database ###
370
371 An empty database is created with
372
373         para_client init
374
375 This initializes a couple of empty tables under
376 ~/.paraslash/afs_database-0.4. You normally don't need to look at these
377 tables, but it's good to know that you can start from scratch with
378
379         rm -rf ~/.paraslash/afs_database-0.4
380
381 in case something went wrong.
382
383 Next, you need to add some audio files to that database so that
384 para_server knows about them. Choose an absolute path to a directory
385 containing some audio files and add them to the audio file table:
386
387         para_client add /my/mp3/dir
388
389 This might take a while, so it is a good idea to start with a directory
390 containing not too many files. Note that the table only contains data
391 about the audio files found, not the files themselves.
392
393 You may print the list of all known audio files with
394
395         para_client ls
396
397 ### Configure para_audiod ###
398
399 We will have to tell para_audiod that it should receive the audio
400 stream from server_host via http:
401
402         para_audiod -l info -r '.:http -i server_host'
403
404 You should now be able to listen to the audio stream once para_server
405 starts streaming. To activate streaming, execute
406
407         para_client play
408
409 Since no playlist has been specified yet, the "dummy" mode which
410 selects all known audio files is activated automatically. See the
411 section on the [audio file selector](#The.audio.file.selector) for how
412 to use playlists and moods to specify which files should be streamed
413 in which order.
414
415 Troubleshooting
416 ---------------
417
418 If you receive a socket related error on server or audiod startup,
419 make sure you have write permissions to the /var/paraslash directory:
420
421        sudo chown $LOGNAME /var/paraslash
422
423 Alternatively, use the --afs-socket (para_server) or --socket
424 (para_audiod) option to specify a different socket pathname.
425
426 To identify streaming problems try to receive, decode and play the
427 stream manually using para_recv, para_filter and para_write as follows.
428 For simplicity we assume that you're running Linux/ALSA and that only
429 MP3 files have been added to the database.
430
431         para_recv -r 'http -i server_host' > file.mp3
432         # (interrupt with CTRL+C after a few seconds)
433         ls -l file.mp3 # should not be empty
434         para_filter -f mp3dec -f wav < file.mp3 > file.wav
435         ls -l file.wav # should be much bigger than file.mp3
436         para_write -w alsa < file.wav
437
438 Double check what is logged by para_server and use the --loglevel
439 option of para_recv, para_filter and para_write to increase verbosity.
440
441 ===============
442 User management
443 ===============
444
445 para_server uses a challenge-response mechanism to authenticate
446 requests from incoming connections, similar to ssh's public key
447 authentication method. Authenticated connections are encrypted using
448 a stream cipher, either RC4 or AES in integer counter mode.
449
450 In this chapter we briefly describe RSA, RC4 and AES, and sketch the
451 [authentication handshake](#Client-server.authentication)
452 between para_client and para_server. User management is discussed
453 in the section on [the user_list file](#The.user_list.file).
454 These sections are all about communication between the client and the
455 server. Connecting para_audiod is a different matter and is described
456 in a [separate section](#Connecting.para_audiod).
457
458 RSA, RC4, AES
459 -------------
460
461 RSA is an asymmetric block cipher which is used in many applications,
462 including ssh and gpg. An RSA key consists in fact of two keys,
463 called the public key and the private key. A message can be encrypted
464 with either key and only the counterpart of that key can decrypt
465 the message. While RSA can be used for both signing and encrypting
466 a message, paraslash uses RSA only for the latter purpose. The
467 RSA public key encryption and signatures algorithms are defined in
468 detail in RFC 2437.
469
470 RC4 is a stream cipher, i.e. the input is XORed with a pseudo-random
471 key stream to produce the output. Decryption uses the same function
472 calls as encryption. While RC4 supports variable key lengths,
473 paraslash uses a fixed length of 256 bits, which is considered a
474 strong encryption by today's standards. Since the same key must never
475 be used twice, a different, randomly-generated key is used for every
476 new connection.
477
478 AES, the advanced encryption standard, is a well-known symmetric block
479 cipher, i.e. a transformation operating on fixed-length blocks which
480 is determined by a single key for both encryption and decryption. Any
481 block cipher can be turned into a stream cipher by generating
482 a pseudo-random key stream by encrypting successive values of a
483 counter. The AES_CTR128 stream cipher used in paraslash is obtained
484 in this way from the AES block cipher with a 128 bit block size.
485
486 Client-server authentication
487 ----------------------------
488
489 The authentication handshake between para_client and para_server goes
490 as follows:
491
492 - para_client connects to para_server and sends an authentication
493 request for a user. It does so by connecting to TCP port 2990 of the
494 server host. This port is called the para_server _control port_.
495
496 - para_server accepts the connection and forks a child process which
497 handles the incoming request. The parent process keeps listening on the
498 control port while the child process (also called para_server below)
499 continues as follows.
500
501 - para_server loads the RSA public key of that user, fills a
502 fixed-length buffer with random bytes, encrypts that buffer using the
503 public key and sends the encrypted buffer to the client. The first
504 part of the buffer is the challenge which is used for authentication
505 while the second part is the session key.
506
507 - para_client receives the encrypted buffer and decrypts it with the
508 user's private key, thereby obtaining the challenge buffer and the
509 session key. It sends the SHA1 hash value of the challenge back to
510 para_server and stores the session key for further use.
511
512 - para_server also computes the SHA1 hash of the challenge and compares
513 it against what was sent back by the client.
514
515 - If the two hashes do not match, the authentication has failed and
516 para_server closes the connection.
517
518 - Otherwise the user is considered authenticated and the client is
519 allowed to proceed by sending a command to be executed. From this
520 point on the communication is encrypted using the stream cipher with
521 the session key known to both peers.
522
523 paraslash relies on the quality of the pseudo-random bytes provided
524 by the crypto library (openssl or libgcrypt), on the security of the
525 implementation of the RSA, RC4 and AES crypto routines and on the
526 infeasibility to invert the SHA1 function.
527
528 Neither para_server or para_client create RSA keys on their
529 own. This has to be done once for each user as sketched in
530 [Quick start](#Quick.start) and discussed in more detail
531 [below](#The.user_list.file).
532
533 The user_list file
534 ------------------
535
536 At startup para_server reads the user list file which contains one
537 line per user. The default location of the user list file may be
538 changed with the --user-list option.
539
540 There should be at least one user in this file. Each user must have
541 an RSA key pair. The public part of the key is needed by para_server
542 while the private key is needed by para_client. Each line of the
543 user list file must be of the form
544
545         user <username> <key> <perms>
546
547 where _username_ is an arbitrary string (usually the user's login
548 name), _key_ is the full path to that user's public RSA key, and
549 _perms_ is a comma-separated list of zero or more of the following
550 permission bits:
551
552         +---------------------------------------------------------+
553         | AFS_READ  | read the contents of the databases          |
554         +-----------+---------------------------------------------+
555         | AFS_WRITE | change database contents                    |
556         +-----------+---------------------------------------------+
557         | VSS_READ  | obtain information about the current stream |
558         +-----------+---------------------------------------------+
559         | VSS_WRITE | change the current stream                   |
560         +---------------------------------------------------------+
561
562 The permission bits specify which commands the user is allowed to
563 execute. The output of
564
565         para_client help
566
567 contains in the third column the permissions needed to execute the
568 command.
569
570 It is possible to make para_server reread the user_list file by
571 executing the paraslash "hup" command or by sending SIGHUP to the
572 PID of para_server.
573
574 Connecting para_audiod
575 ----------------------
576
577 para_audiod listens on a Unix domain socket. Those sockets are
578 for local communication only, so only local users can connect to
579 para_audiod. The default is to let any user connect but this can be
580 restricted on platforms that support UNIX socket credentials which
581 allow para_audiod to obtain the Unix credentials of the connecting
582 process.
583
584 Use para_audiod's --user-allow option to allow connections only for
585 a limited set of users.
586
587 =======================
588 The audio file selector
589 =======================
590
591 paraslash comes with a sophisticated audio file selector (AFS),
592 whose main task is to determine which file to stream next, based on
593 information on the audio files stored in a database. It communicates
594 also with para_client whenever an AFS command is executed, for example
595 to answer a database query.
596
597 Besides the traditional playlists, AFS supports audio file selection
598 based on _moods_ which act as a filter that limits the set of all
599 known audio files to those which satisfy certain criteria.  It also
600 maintains tables containing images (e.g. album cover art) and lyrics
601 that can be associated with one or more audio files.
602
603 AFS employs [libosl](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/osl/), the
604 object storage layer library, as the backend library for storing
605 information on audio files, playlists, etc. This library offers
606 functionality similar to a relational database, but is much more
607 lightweight than a full database backend.
608
609 In this chapter we sketch the setup of the [AFS
610 process](#The.AFS.process) during server startup and proceed with the
611 description of the [layout](#Database.layout) of the various database
612 tables. The section on [playlists and moods](#Playlists.and.moods)
613 explains these two audio file selection mechanisms in detail
614 and contains pratical examples. The way [file renames and content
615 changes](#File.renames.and.content.changes) are detected is discussed
616 briefly before the [Troubleshooting](#Troubleshooting) section
617 concludes the chapter.
618
619 The AFS process
620 ---------------
621
622 On startup, para_server forks to create the AFS process which opens
623 the OSL database tables. The server process communicates with the
624 AFS process via pipes and shared memory. Usually, the AFS process
625 awakes only briefly whenever the current audio file changes. The AFS
626 process determines the next audio file, opens it, verifies it has
627 not been changed since it was added to the database and passes the
628 open file descriptor to the server process, along with audio file
629 meta-data such as file name, duration, audio format and so on. The
630 server process then starts to stream the audio file.
631
632 The AFS process also accepts connections from local clients via
633 a well-known socket. However, only child processes of para_server
634 may connect through this socket. All server commands that have the
635 AFS_READ or AFS_WRITE permission bits use this mechanism to query or
636 change the database.
637
638 Database layout
639 ---------------
640
641 ### The audio file table ###
642
643 This is the most important and usually also the largest table of the
644 AFS database. It contains the information needed to stream each audio
645 file. In particular the following data is stored for each audio file.
646
647 - SHA1 hash value of the audio file contents. This is computed once
648 when the file is added to the database. Whenever AFS selects this
649 audio file for streaming the hash value is recomputed and checked
650 against the value stored in the database to detect content changes.
651
652 - The time when this audio file was last played.
653
654 - The number of times the file has been played so far.
655
656 - The attribute bitmask.
657
658 - The image id which describes the image associated with this audio
659 file.
660
661 - The lyrics id which describes the lyrics associated with this
662 audio file.
663
664 - The audio format id (MP3, OGG, ...).
665
666 - An amplification value that can be used by the amplification filter
667 to pre-amplify the decoded audio stream.
668
669 - The chunk table. It describes the location and the timing of the
670 building blocks of the audio file. This is used by para_server to
671 send chunks of the file at appropriate times.
672
673 - The duration of the audio file.
674
675 - Tag information contained in the audio file (ID3 tags, Vorbis
676 comments, ...).
677
678 - The number of channels
679
680 - The encoding bitrate.
681
682 - The sampling frequency.
683
684 To add or refresh the data contained in the audio file table, the _add_
685 command is used. It takes the full path of either an audio file or a
686 directory. In the latter case, the directory is traversed recursively
687 and all files which are recognized as valid audio files are added to
688 the database.
689
690 ### The attribute table ###
691
692 The attribute table contains two columns, _name_ and _bitnum_. An
693 attribute is simply a name for a certain bit number in the attribute
694 bitmask of the audio file table.
695
696 Each of the 64 bits of the attribute bitmask can be set for each
697 audio file individually. Hence up to 64  different attributes may be
698 defined. For example, "pop", "rock", "blues", "jazz", "instrumental",
699 "german_lyrics", "speech", whatever. You are free to choose as
700 many attributes as you like and there are no naming restrictions
701 for attributes.
702
703 A new attribute "test" is created by
704
705         para_client addatt test
706 and
707         para_client lsatt
708
709 lists all available attributes. You can set the "test" attribute for
710 an audio file by executing
711
712         para_client setatt test+ /path/to/the/audio/file
713
714 Similarly, the "test" bit can be removed from an audio file with
715
716         para_client setatt test- /path/to/the/audio/file
717
718 Instead of a path you may use a shell wildcard pattern. The attribute
719 is applied to all audio files matching this pattern:
720
721         para_client setatt test+ '/test/directory/*'
722
723 The command
724
725         para_client -- ls -l=v
726
727 gives you a verbose listing of your audio files also showing which
728 attributes are set.
729
730 In case you wonder why the double-dash in the above command is needed:
731 It tells para_client to not interpret the options after the dashes. If
732 you find this annoying, just say
733
734         alias para='para_client --'
735
736 and be happy. In what follows we shall use this alias.
737
738 The "test" attribute can be dropped from the database with
739
740         para rmatt test
741
742 Read the output of
743
744         para help ls
745         para help setatt
746
747 for more information and a complete list of command line options to
748 these commands.
749
750 ### Blob tables ###
751
752 The image, lyrics, moods and playlists tables are all blob tables.
753 Blob tables consist of three columns each: The identifier which is
754 a positive non-negative number that is auto-incremented, the name
755 (an arbitrary string) and the content (the blob).
756
757 All blob tables support the same set of actions: cat, ls, mv, rm
758 and add. Of course, _add_ is used for adding new blobs to the table
759 while the other actions have the same meaning as the corresponding
760 Unix commands. The paraslash commands to perform these actions are
761 constructed as the concatenation of the table name and the action. For
762 example addimg, catimg, lsimg, mvimg, rmimg are the commands that
763 manipulate or query the image table.
764
765 The add variant of these commands is special as these commands read
766 the blob contents from stdin. To add an image to the image table the
767 command
768
769         para addimg image_name < file.jpg
770
771 can be used.
772
773 Note that the images and lyrics are not interpreted at all, and also
774 the playlist and the mood blobs are only investigated when the mood
775 or playlist is activated with the select command.
776
777 ### The score table ###
778
779 Unlike all other tables the contents of the score table remain in
780 memory and are never stored on disk. The score table contains two
781 columns: The SHA1 hash value (of an audio file) and its current
782 score.
783
784 However, only those files which are admissible for the current mood
785 or playlist are contained in the score table. The audio file selector
786 always chooses the row with the highest score as the file to stream
787 next. While doing so, it computes the new score and updates the
788 last_played and the num_played fields in the audio file table.
789
790 The score table is recomputed by the select command which loads a
791 mood or playlist. Audio files are chosen for streaming from the rows
792 of the score table on a highest-score-first basis.
793
794
795 Playlists and moods
796 -------------------
797
798 Playlists and moods offer two different ways of specifying the set of
799 admissible files. A playlist in itself describes a set of admissible
800 files. A mood, in contrast, describes the set of admissible files in
801 terms of attributes and other type of information available in the
802 audio file table. As an example, a mood can define a filename pattern,
803 which is then matched against the names of audio files in the table.
804
805 ### Playlists ###
806
807 Playlists are accommodated in the playlist table of the afs database,
808 using the aforementioned blob format for tables. A new playlist is
809 created with the addpl command by specifying the full (absolute)
810 paths of all desired audio files, separated by newlines. Example:
811
812         find /my/mp3/dir -name "*.mp3" | para addpl my_playlist
813
814 If _my_playlist_ already exists it is overwritten. To activate the
815 new playlist, execute
816
817         para select p/my_playlist
818
819 The audio file selector will assign scores to each entry of the list,
820 in descending order so that files will be selected in order. If a
821 file could not be opened for streaming, its entry is removed from
822 the score table (but not from the playlist).
823
824 ### Moods ###
825
826 A mood consists of a unique name and its *mood definition*, which is
827 a set of *mood lines* containing expressions in terms of attributes
828 and other data contained in the database.
829
830 At any time at most one mood can be *active* which means that
831 para_server is going to select only files from that subset of
832 admissible files.
833
834 So in order to create a mood definition one has to write a set of
835 mood lines. Mood lines come in three flavours: Accept lines, deny
836 lines and score lines.
837
838 The general syntax of the three types of mood lines is
839
840
841         accept [with score <score>] [if] [not] <mood_method> [options]
842         deny [with score <score>] [if] [not] <mood_method> [options]
843         score <score>  [if] [not] <mood_method> [options]
844
845
846 Here <score> is either an integer or the string "random" which assigns
847 a random score to all matching files. The score value changes the
848 order in which admissible files are going to be selected, but is of
849 minor importance for this introduction.
850
851 So we concentrate on the first two forms, i.e. accept and deny
852 lines. As usual, everything in square brackets is optional, i.e.
853 accept/deny lines take the following form when ignoring scores:
854
855         accept [if] [not] <mood_method> [options]
856
857 and analogously for the deny case. The "if" keyword is only syntactic
858 sugar and has no function. The "not" keyword just inverts the result,
859 so the essence of a mood line is the mood method part and the options
860 following thereafter.
861
862 A *mood method* is realized as a function which takes an audio file
863 and computes a number from the data contained in the database.
864 If this number is non-negative, we say the file *matches* the mood
865 method. The file matches the full mood line if it either
866
867         - matches the mood method and the "not" keyword is not given,
868 or
869         - does not match the mood method, but the "not" keyword is given.
870
871 The set of admissible files for the whole mood is now defined as those
872 files which match at least one accept mood line, but no deny mood line.
873 More formally, an audio file F is admissible if and only if
874
875         (F ~ AL1 or F ~ AL2...) and not (F ~ DL1 or F ~ DN2 ...)
876
877 where AL1, AL2... are the accept lines, DL1, DL2... are the deny
878 lines and "~" means "matches".
879
880 The cases where no mood lines of accept/deny type are defined need
881 special treatment:
882
883         - Neither accept nor deny lines: This treats all files as
884         admissible (in fact, that is the definition of the dummy mood
885         which is activated automatically if no moods are available).
886
887         - Only accept lines: A file is admissible iff it matches at
888         least one accept line:
889
890                 F ~ AL1 or F ~ AL2 or ...
891
892         - Only deny lines: A file is admissible iff it matches no
893         deny line:
894
895                 not (F ~ DL1 or F ~ DN2 ...)
896
897
898
899 ### List of mood_methods ###
900
901         no_attributes_set
902
903 Takes no arguments and matches an audio file if and only if no
904 attributes are set.
905
906         is_set <attribute_name>
907
908 Takes the name of an attribute and matches iff that attribute is set.
909
910         path_matches <pattern>
911
912 Takes a filename pattern and matches iff the path of the audio file
913 matches the pattern.
914
915         artist_matches <pattern>
916         album_matches <pattern>
917         title_matches <pattern>
918         comment_matches <pattern>
919
920 Takes an extended regular expression and matches iff the text of the
921 corresponding tag of the audio file matches the pattern. If the tag
922 is not set, the empty string is matched against the pattern.
923
924         year ~ <num>
925         bitrate ~ <num>
926         frequency ~ <num>
927         channels ~ <num>
928         num_played ~ <num>
929
930 Takes a comparator ~ of the set {<, =, <=, >, >=, !=} and a number
931 <num>. Matches an audio file iff the condition <val> ~ <num> is
932 satisfied where val is the corresponding value of the audio file
933 (value of the year tag, bitrate in kbit/s, frequency in Hz, channel
934 count, play count).
935
936 The year tag is special as its value is undefined if the audio file
937 has no year tag or the content of the year tag is not a number. Such
938 audio files never match. Another difference is the special treatment
939 if the year tag is a two-digit number. In this case either 1900 or
940 2000 is added to the tag value, depending on whether the number is
941 greater than 2000 plus the current year.
942
943
944 ### Mood usage ###
945
946 To create a new mood called "my_mood", write its definition into
947 some temporary file, say "tmpfile", and add it to the mood table
948 by executing
949
950         para addmood my_mood < tmpfile
951
952 If the mood definition is really short, you may just pipe it to the
953 client instead of using temporary files. Like this:
954
955         echo "$MOOD_DEFINITION" | para addmood my_mood
956
957 There is no need to keep the temporary file since you can always use
958 the catmood command to get it back:
959
960         para catmood my_mood
961
962 A mood can be activated by executing
963
964         para select m/my_mood
965
966 Once active, the list of admissible files is shown by the ls command
967 if the "-a" switch is given:
968
969         para ls -a
970
971
972 ### Example mood definition ###
973
974 Suppose you have defined attributes "punk" and "rock" and want to define
975 a mood containing only Punk-Rock songs. That is, an audio file should be
976 admissible if and only if both attributes are set. Since
977
978         punk and rock
979
980 is obviously the same as
981
982         not (not punk or not rock)
983
984 (de Morgan's rule), a mood definition that selects only Punk-Rock
985 songs is
986
987         deny if not is_set punk
988         deny if not is_set rock
989
990
991
992 File renames and content changes
993 --------------------------------
994
995 Since the audio file selector knows the SHA1 of each audio file that
996 has been added to the afs database, it recognizes if the content of
997 a file has changed, e.g. because an ID3 tag was added or modified.
998 Also, if a file has been renamed or moved to a different location,
999 afs will detect that an entry with the same hash value already exists
1000 in the audio file table.
1001
1002 In both cases it is enough to just re-add the new file. In the
1003 first case (file content changed), the audio table is updated, while
1004 metadata such as the num_played and last_played fields, as well as
1005 the attributes, remain unchanged. In the other case, when the file
1006 is moved or renamed, only the path information is updated, all other
1007 data remains as before.
1008
1009 It is possible to change the behaviour of the add command by using the
1010 "-l" (lazy add) or the "-f" (force add) option.
1011
1012 Troubleshooting
1013 ---------------
1014
1015 Use the debug loglevel (-l debug) to show debugging info. All paraslash
1016 executables have a brief online help which is displayed when -h is
1017 given. The --detailed-help option prints the full help text.
1018
1019 If para_server crashed or was killed by SIGKILL (signal 9), it
1020 may refuse to start again because of "dirty osl tables". In this
1021 case you'll have to run the oslfsck program of libosl to fix your
1022 database:
1023
1024         oslfsck -fd ~/.paraslash/afs_database-0.4
1025
1026 However, make sure para_server isn't running before executing oslfsck.
1027
1028 If you don't mind to recreate your database you can start
1029 from scratch by removing the entire database directory, i.e.
1030
1031         rm -rf ~/.paraslash/afs_database-0.4
1032
1033 Be aware that this removes all attribute definitions, all playlists
1034 and all mood definitions and requires to re-initialize the tables.
1035
1036 Although oslfsck fixes inconsistencies in database tables it doesn't
1037 care about the table contents. To check for invalid table contents, use
1038
1039         para_client check
1040
1041 This prints out references to missing audio files as well as invalid
1042 playlists and mood definitions.
1043
1044 Similarly, para_audiod refuses to start if its socket file exists, since
1045 this indicates that another instance of para_audiod is running. After
1046 a crash a stale socket file might remain and you must run
1047
1048         para_audiod --force
1049
1050 once to fix it up.
1051
1052 =======================================
1053 Audio formats and audio format handlers
1054 =======================================
1055
1056 Audio formats
1057 -------------
1058
1059 The following audio formats are supported by paraslash:
1060
1061 ### MP3 ###
1062
1063 Mp3, MPEG-1 Audio Layer 3, is a common audio format for audio storage,
1064 designed as part of its MPEG-1 standard.  An MP3 file is made up of
1065 multiple MP3 frames, which consist of a header and a data block. The
1066 size of an MP3 frame depends on the bit rate and on the number
1067 of channels. For a typical CD-audio file (sample rate of 44.1 kHz
1068 stereo), encoded with a bit rate of 128 kbit, an MP3 frame is about
1069 400 bytes large.
1070
1071 ### OGG/Vorbis ###
1072
1073 OGG is a standardized audio container format, while Vorbis is an
1074 open source codec for lossy audio compression. Since Vorbis is most
1075 commonly made available via the OGG container format, it is often
1076 referred to as OGG/Vorbis. The OGG container format divides data into
1077 chunks called OGG pages. A typical OGG page is about 4KB large. The
1078 Vorbis codec creates variable-bitrate (VBR) data, where the bitrate
1079 may vary considerably.
1080
1081 ### OGG/Speex ###
1082
1083 Speex is an open-source speech codec that is based on CELP (Code
1084 Excited Linear Prediction) coding. It is designed for voice
1085 over IP applications, has modest complexity and a small memory
1086 footprint. Wideband and narrowband (telephone quality) speech are
1087 supported. As for Vorbis audio, Speex bit-streams are often stored
1088 in OGG files. As of 2012 this codec is considered obsolete since the
1089 Oppus codec, described below, surpasses its performance in all areas.
1090
1091 ### OGG/Opus ###
1092
1093 Opus is a lossy audio compression format standardized through RFC
1094 6716 in 2012. It combines the speech-oriented SILK codec and the
1095 low-latency CELT (Constrained Energy Lapped Transform) codec. Like
1096 OGG/Vorbis and OGG/Speex, Opus data is usually encapsulated in OGG
1097 containers. All known software patents which cover Opus are licensed
1098 under royalty-free terms.
1099
1100 ### AAC ###
1101
1102 Advanced Audio Coding (AAC) is a standardized, lossy compression
1103 and encoding scheme for digital audio which is the default audio
1104 format for Apple's iPhone, iPod, iTunes. Usually MPEG-4 is used as
1105 the container format and audio files encoded with AAC have the .m4a
1106 extension. A typical AAC frame is about 700 bytes large.
1107
1108 ### WMA ###
1109
1110 Windows Media Audio (WMA) is an audio data compression technology
1111 developed by Microsoft. A WMA file is usually encapsulated in the
1112 Advanced Systems Format (ASF) container format, which also specifies
1113 how meta data about the file is to be encoded. The bit stream of WMA
1114 is composed of superframes, each containing one or more frames of
1115 2048 samples. For 16 bit stereo a WMA superframe is about 8K large.
1116
1117 ### FLAC ###
1118
1119 The Free Lossless Audio Codec (FLAC) compresses audio without quality
1120 loss. It gives better compression ratios than a general purpose
1121 compressor like zip or bzip2 because FLAC is designed specifically
1122 for audio. A FLAC-encoded file consists of frames of varying size, up
1123 to 16K. Each frame starts with a header that contains all information
1124 necessary to decode the frame.
1125
1126 Meta data
1127 ---------
1128
1129 Unfortunately, each audio format has its own conventions how meta
1130 data is added as tags to the audio file.
1131
1132 For MP3 files, ID3, version 1 and 2 are widely used. ID3 version 1
1133 is rather simple but also very limited as it supports only artist,
1134 title, album, year and comment tags. Each of these can only be at most
1135 32 characters long. ID3, version 2 is much more flexible but requires
1136 a separate library being installed for paraslash to support it.
1137
1138 Ogg vorbis, ogg speex and flac files contain meta data as Vorbis
1139 comments, which are typically implemented as strings of the form
1140 "[TAG]=[VALUE]". Unlike ID3 version 1 tags, one may use whichever
1141 tags are appropriate for the content.
1142
1143 AAC files usually use the MPEG-4 container format for storing meta
1144 data while WMA files wrap meta data as special objects within the
1145 ASF container format.
1146
1147 paraslash only tracks the most common tags that are supported by
1148 all tag variants: artist, title, year, album, comment. When a file
1149 is added to the AFS database, the meta data of the file is extracted
1150 and stored in the audio file table.
1151
1152 Chunks and chunk tables
1153 -----------------------
1154
1155 paraslash uses the word "chunk" as common term for the building blocks
1156 of an audio file. For MP3 files, a chunk is the same as an MP3 frame,
1157 while for OGG files a chunk is an OGG page, etc.  Therefore the chunk
1158 size varies considerably between audio formats, from a few hundred
1159 bytes (MP3) up to 16K (FLAC).
1160
1161 The chunk table contains the offsets within the audio file that
1162 correspond to the chunk boundaries of the file. Like the meta data,
1163 the chunk table is computed and stored in the database whenever an
1164 audio file is added.
1165
1166 The paraslash senders (see below) always send complete chunks. The
1167 granularity for seeking is therefore determined by the chunk size.
1168
1169 Audio format handlers
1170 ---------------------
1171
1172 For each audio format paraslash contains an audio format handler whose
1173 first task is to tell whether a given file is a valid audio file of
1174 this type. If so, the audio file handler extracts some technical data
1175 (duration, sampling rate, number of channels etc.), computes the
1176 chunk table and reads the meta data.
1177
1178 The audio format handler code is linked into para_server and executed
1179 via the _add_ command. The same code is also available as a stand-alone
1180 tool, para_afh, which prints the technical data, the chunk table
1181 and the meta data of a file. Moreover, all audio format handlers are
1182 combined in the afh receiver which is part of para_recv and para_play.
1183
1184 ==========
1185 Networking
1186 ==========
1187
1188 Paraslash uses different network connections for control and data.
1189 para_client communicates with para_server over a dedicated TCP control
1190 connection. To transport audio data, separate data connections are
1191 used. For these data connections, a variety of transports (UDP, DCCP,
1192 HTTP) can be chosen.
1193
1194 The chapter starts with the [control
1195 service](#The.paraslash.control.service), followed by a section
1196 on the various [streaming protocols](#Streaming.protocols)
1197 in which the data connections are described. The way
1198 audio file headers are embedded into the stream is discussed
1199 [briefly](#Streams.with.headers.and.headerless.streams) before the
1200 [example section](#Networking.examples) which illustrates typical
1201 commands for real-life scenarios.
1202
1203 Both IPv4 and IPv6 are supported.
1204
1205 The paraslash control service
1206 -----------------------------
1207
1208 para_server is controlled at runtime via the paraslash control
1209 connection. This connection is used for server commands (play, stop,
1210 ...) as well as for afs commands (ls, select, ...).
1211
1212 The server listens on a TCP port and accepts connections from clients
1213 that connect the open port. Each connection causes the server to fork
1214 off a client process which inherits the connection and deals with that
1215 client only. In this classical accept/fork approach the server process
1216 is unaffected if the child dies or goes crazy for whatever reason. In
1217 fact, the child process can not change address space of server process.
1218
1219 The section on [client-server
1220 authentication](#Client-server.authentication) above described the
1221 early connection establishment from the crypto point of view. Here
1222 it is described what happens after the connection (including crypto
1223 setup) has been established.  There are four processes involved during
1224 command dispatch as sketched in the following diagram.
1225
1226         server_host                                   client_host
1227         ~~~~~~~~~~~                                   ~~~~~~~~~~~
1228
1229         +-----------+             connect            +-----------+
1230         |para_server|<------------------------------ |para_client|
1231         +-----------+                                +-----------+
1232              |                                             ^
1233              |     fork   +---+                            |
1234              +----------> |AFS|                            |
1235              |            +---+                            |
1236              |              ^                              |
1237              |              |                              |
1238              |              | connect (cookie)             |
1239              |              |                              |
1240              |              |                              |
1241              |    fork   +-----+    inherited connection   |
1242              +---------->|child|<--------------------------+
1243                          +-----+
1244
1245 Note that the child process is not a child of the afs process,
1246 so communication of these two processes has to happen via local
1247 sockets. In order to avoid abuse of the local socket by unrelated
1248 processes, a magic cookie is created once at server startup time just
1249 before the server process forks off the AFS process. This cookie is
1250 known to the server, AFS and the child, but not to unrelated processes.
1251
1252 There are two different kinds of commands: First there are commands
1253 that cause the server to respond with some answer such as the list
1254 of all audio files. All but the addblob commands (addimg, addlyr,
1255 addpl, addmood) are of this kind. The addblob commands add contents
1256 to the database, so they need to transfer data the other way round,
1257 from the client to the server.
1258
1259 There is no knowledge about the server commands built into para_client,
1260 so it does not know about addblob commands. Instead, the server sends
1261 a special "awaiting data" packet for these commands. If the client
1262 receives this packet, it sends STDIN to the server, otherwise it
1263 dumps data from the server to STDOUT.
1264
1265 Streaming protocols
1266 -------------------
1267
1268 A network (audio) stream usually consists of one streaming source,
1269 the _sender_, and one or more _receivers_ which read data over the
1270 network from the streaming source.
1271
1272 Senders are thus part of para_server while receivers are part of
1273 para_audiod. Moreover, there is the stand-alone tool para_recv which
1274 can be used to manually download a stream, either from para_server
1275 or from a web-based audio streaming service.
1276
1277 The following three streaming protocols are supported by paraslash:
1278
1279 - HTTP. Recommended for public streams that can be played by any
1280 player like mpg123, xmms, itunes, winamp, etc. The HTTP sender is
1281 supported on all operating systems and all platforms.
1282
1283 - DCCP. Recommended for LAN streaming. DCCP is currently available
1284 only for Linux.
1285
1286 - UDP. Recommended for multicast LAN streaming.
1287
1288 See the Appendix on [network protocols](/#Network.protocols)
1289 for brief descriptions of the various protocols relevant for network
1290 audio streaming with paraslash.
1291
1292 It is possible to activate more than one sender simultaneously.
1293 Senders can be controlled at run time and via config file and command
1294 line options.
1295
1296 Note that audio connections are _not_ encrypted. Transport or Internet
1297 layer encryption should be used if encrypted data connections are
1298 needed.
1299
1300 Since DCCP and TCP are both connection-oriented protocols, connection
1301 establishment/teardown and access control are very similar between
1302 these two streaming protocols. UDP is the most lightweight option,
1303 since in contrast to TCP/DCCP it is connectionless. It is also the
1304 only protocol supporting IP multicast.
1305
1306 The HTTP and the DCCP sender listen on a (TCP/DCCP) port waiting for
1307 clients to connect and establish a connection via some protocol-defined
1308 handshake mechanism. Both senders maintain two linked lists each:
1309 The list of all clients which are currently connected, and the list
1310 of access control entries which determines who is allowed to connect.
1311 IP-based access control may be configured through config file and
1312 command line options and via the "allow" and "deny" sender subcommands.
1313
1314 Upon receiving a GET request from the client, the HTTP sender sends
1315 back a status line and a message. The body of this message is the
1316 audio stream. This is common practice and is supported by many popular
1317 clients which can thus be used to play a stream offered by para_server.
1318 For DCCP things are a bit simpler: No messages are exchanged between
1319 the receiver and sender. The client simply connects and the sender
1320 starts to stream.
1321
1322 DCCP is an experimental protocol which offers a number of new features
1323 not available for TCP. Both ends can negotiate these features using
1324 a built-in negotiation mechanism. In contrast to TCP/HTTP, DCCP is
1325 datagram-based (no retransmissions) and thus should not be used over
1326 lossy media (e.g. WiFi networks). One useful feature offered by DCCP
1327 is access to a variety of different congestion-control mechanisms
1328 called CCIDs. Two different CCIDs are available per default on Linux:
1329
1330
1331 - _CCID 2_. A Congestion Control mechanism similar to that of TCP. The
1332 sender maintains a congestion window and halves this window in response
1333 to congestion.
1334
1335
1336 - _CCID-3_. Designed to be fair when competing for bandwidth.
1337 It has lower variation of throughput over time compared with TCP,
1338 which makes it suitable for streaming media.
1339
1340 Unlike the HTTP and DCCP senders, the UDP sender maintains only a
1341 single list, the _target list_. This list describes the set of clients
1342 to which the stream is sent. There is no list for access control and
1343 no "allow" and "deny" commands for the UDP sender. Instead, the "add"
1344 and "delete" commands can be used to modify the target list.
1345
1346 Since both UDP and DCCP offer an unreliable datagram-based transport,
1347 additional measures are necessary to guard against disruptions over
1348 networks that are lossy or which may be subject to interference (as
1349 is for instance the case with WiFi). Paraslash uses FEC (Forward
1350 Error Correction) to guard against packet losses and reordering. The
1351 stream is FEC-encoded before it is sent through the UDP socket and
1352 must be decoded accordingly on the receiver side.
1353
1354 The packet size and the amount of redundancy introduced by FEC can
1355 be configured via the FEC parameters which are dictated by server
1356 and may also be configured through the "sender" command.  The FEC
1357 parameters are encoded in the header of each network packet, so no
1358 configuration is necessary on the receiver side. See the section on
1359 [FEC](#Forward.error.correction) below.
1360
1361 Streams with headers and headerless streams
1362 -------------------------------------------
1363
1364 For OGG/Vorbis, OGG/Speex and wma streams, some of the information
1365 needed to decode the stream is only contained in the audio file
1366 header of the container format but not in each data chunk. Clients
1367 must be able to obtain this information in case streaming starts in
1368 the middle of the file or if para_audiod is started while para_server
1369 is already sending a stream.
1370
1371 This is accomplished in different ways, depending on the streaming
1372 protocol. For connection-oriented streams (HTTP, DCCP) the audio file
1373 header is sent prior to audio file data. This technique however does
1374 not work for the connectionless UDP transport. Hence the audio file
1375 header is periodically being embedded into the UDP audio data stream.
1376 By default, the header is resent after five seconds. The receiver has
1377 to wait until the next header arrives before it can start decoding
1378 the stream.
1379
1380 Networking examples
1381 -------------------
1382
1383 The "si" (server info) command lists some information about the
1384 currently running server process.
1385
1386 -> Show PIDs, number of connected clients, uptime, and more:
1387
1388         para_client si
1389
1390 The sender command of para_server prints information about senders,
1391 like the various access control lists, and it allows to (de-)activate
1392 senders and to change the access permissions at runtime.
1393
1394 -> List all senders
1395
1396         para_client sender
1397
1398 -> Obtain general help for the sender command:
1399
1400         para_client help sender
1401
1402 -> Get help for a specific sender (contains further examples):
1403
1404         s=http # or dccp or udp
1405         para_client sender $s help
1406
1407 -> Show status of the http sender
1408
1409         para_client sender http status
1410
1411 By default para_server activates both the HTTP and th DCCP sender on
1412 startup. This can be changed via command line options or para_server's
1413 config file.
1414
1415 -> List config file options for senders:
1416
1417         para_server -h
1418
1419 All senders share the "on" and "off" commands, so senders may be
1420 activated and deactivated independently of each other.
1421
1422 -> Switch off the http sender:
1423
1424         para_client sender http off
1425
1426 -> Receive a DCCP stream using CCID2 and write the output into a file:
1427
1428         host=foo.org; ccid=2; filename=bar
1429         para_recv --receiver "dccp --host $host --ccid $ccid" > $filename
1430
1431 Note the quotes around the arguments for the dccp receiver. Each
1432 receiver has its own set of command line options and its own command
1433 line parser, so arguments for the dccp receiver must be protected
1434 from being interpreted by para_recv.
1435
1436 -> Start UDP multicast, using the default multicast address:
1437
1438         para_client sender udp add 224.0.1.38
1439
1440 -> Receive FEC-encoded multicast stream and write the output into a file:
1441
1442         filename=foo
1443         para_recv -r udp > $filename
1444
1445 -> Add an UDP unicast for a client to the target list of the UDP sender:
1446
1447         t=client.foo.org
1448         para_client sender udp add $t
1449
1450 -> Receive this (FEC-encoded) unicast stream:
1451
1452         filename=foo
1453         para_recv -r 'udp -i 0.0.0.0' > $filename
1454
1455 -> Create a minimal config for para_audiod for HTTP streams:
1456
1457         c=$HOME/.paraslash/audiod.conf.min; s=server.foo.com
1458         echo receiver \".:http -i $s\" > $c
1459         para_audiod --config $c
1460
1461 =======
1462 Filters
1463 =======
1464
1465 A paraslash filter is a module which transforms an input stream into
1466 an output stream. Filters are included in the para_audiod executable
1467 and in the stand-alone tool para_filter which usually contains the
1468 same modules.
1469
1470 While para_filter reads its input stream from STDIN and writes
1471 the output to STDOUT, the filter modules of para_audiod are always
1472 connected to a receiver which produces the input stream and a writer
1473 which absorbs the output stream.
1474
1475 Some filters depend on a specific library and are not compiled in
1476 if this library was not found at compile time. To see the list of
1477 supported filters, run para_filter and para_audiod with the --help
1478 option. The output looks similar to the following:
1479
1480         Available filters:
1481                 compress wav amp fecdec wmadec prebuffer oggdec aacdec mp3dec
1482
1483 Out of these filter modules, a chain of filters can be constructed,
1484 much in the way Unix pipes can be chained, and analogous to the use
1485 of modules in gstreamer: The output of the first filter becomes the
1486 input of the second filter. There is no limitation on the number of
1487 filters and the same filter may occur more than once.
1488
1489 Like receivers, each filter has its own command line options which
1490 must be quoted to protect them from the command line options of
1491 the driving application (para_audiod or para_filter). Example:
1492
1493         para_filter -f 'mp3dec --ignore-crc' -f 'compress --damp 1'
1494
1495 For para_audiod, each audio format has its own set of filters. The
1496 name of the audio format for which the filter should be applied can
1497 be used as the prefix for the filter option. Example:
1498
1499         para_audiod -f 'mp3:prebuffer --duration 300'
1500
1501 The "mp3" prefix above is actually interpreted as a POSIX extended
1502 regular expression. Therefore
1503
1504         para_audiod -f '.:prebuffer --duration 300'
1505
1506 activates the prebuffer filter for all supported audio formats (because
1507 "." matches all audio formats) while
1508
1509         para_audiod -f 'wma|ogg:prebuffer --duration 300'
1510
1511 activates it only for wma and ogg streams.
1512
1513 Decoders
1514 --------
1515
1516 For each supported audio format there is a corresponding filter
1517 which decodes audio data in this format to 16 bit PCM data which
1518 can be directly sent to the sound device or any other software that
1519 operates on undecoded PCM data (visualizers, equalizers etc.). Such
1520 filters are called _decoders_ in general, and xxxdec is the name of
1521 the paraslash decoder for the audio format xxx. For example, the mp3
1522 decoder is called mp3dec.
1523
1524 Note that the output of the decoder is about 10 times larger than
1525 its input. This means that filters that operate on the decoded audio
1526 stream have to deal with much more data than filters that transform
1527 the audio stream before it is fed to the decoder.
1528
1529 Paraslash relies on external libraries for most decoders, so these
1530 libraries must be installed for the decoder to be included in the
1531 executables. For example, the mp3dec filter depends on the mad library.
1532
1533 Forward error correction
1534 ------------------------
1535
1536 As already mentioned [earlier](#Streaming.protocols), paraslash
1537 uses forward error correction (FEC) for the unreliable UDP and
1538 DCCP transports. FEC is a technique which was invented already in
1539 1960 by Reed and Solomon and which is widely used for the parity
1540 calculations of storage devices (RAID arrays). It is based on the
1541 algebraic concept of finite fields, today called Galois fields, in
1542 honour of the mathematician Galois (1811-1832). The FEC implementation
1543 of paraslash is based on code by Luigi Rizzo.
1544
1545 Although the details require a sound knowledge of the underlying
1546 mathematics, the basic idea is not hard to understand: For positive
1547 integers k and n with k < n it is possible to compute for any k given
1548 data bytes d_1, ..., d_k the corresponding r := n -k parity bytes p_1,
1549 ..., p_r such that all data bytes can be reconstructed from *any*
1550 k bytes of the set
1551
1552         {d_1, ..., d_k, p_1, ..., p_r}.
1553
1554 FEC-encoding for unreliable network transports boils down to slicing
1555 the audio stream into groups of k suitably sized pieces called _slices_
1556 and computing the r corresponding parity slices. This step is performed
1557 in para_server which then sends both the data and the parity slices
1558 over the unreliable network connection. If the client was able
1559 to receive at least k of the n = k + r slices, it can reconstruct
1560 (FEC-decode) the original audio stream.
1561
1562 From these observations it is clear that there are three different
1563 FEC parameters: The slice size, the number of data slices k, and the
1564 total number of slices n. It is crucial to choose the slice size
1565 such that no fragmentation of network packets takes place because
1566 FEC only guards against losses and reordering but fails if slices are
1567 received partially.
1568
1569 FEC decoding in paralash is performed through the fecdec filter which
1570 usually is the first filter (there can be other filters before fecdec
1571 if these do not alter the audio stream).
1572
1573 Volume adjustment (amp and compress)
1574 ------------------------------------
1575
1576 The amp and the compress filter both adjust the volume of the audio
1577 stream. These filters operate on uncompressed audio samples. Hence
1578 they are usually placed directly after the decoding filter. Each
1579 sample is multiplied with a scaling factor (>= 1) which makes amp
1580 and compress quite expensive in terms of computing power.
1581
1582 ### amp ###
1583
1584 The amp filter amplifies the audio stream by a fixed scaling factor
1585 that must be known in advance. For para_audiod this factor is derived
1586 from the amplification field of the audio file's entry in the audio
1587 file table while para_filter uses the value given at the command line.
1588
1589 The optimal scaling factor F for an audio file is the largest real
1590 number F >= 1 such that after multiplication with F all samples still
1591 fit into the sample interval [-32768, 32767]. One can use para_filter
1592 in combination with the sox utility to compute F:
1593
1594         para_filter -f mp3dec -f wav < file.mp3 | sox -t wav - -e stat -v
1595
1596 The amplification value V which is stored in the audio file table,
1597 however, is an integer between 0 and 255 which is connected to F
1598 through the formula
1599
1600         V = (F - 1) * 64.
1601
1602 To store V in the audio file table, the command
1603
1604         para_client -- touch -a=V file.mp3
1605
1606 is used. The reader is encouraged to write a script that performs
1607 these computations :)
1608
1609 ### compress ###
1610
1611 Unlike the amplification filter, the compress filter adjusts the volume
1612 of the audio stream dynamically without prior knowledge about the peak
1613 value. It maintains the maximal volume of the last n samples of the
1614 audio stream and computes a suitable amplification factor based on that
1615 value and the various configuration options. It tries to chose this
1616 factor such that the adjusted volume meets the desired target level.
1617
1618 Note that it makes sense to combine amp and compress.
1619
1620 Misc filters (wav and prebuffer)
1621 --------------------------------
1622
1623 These filters are rather simple and do not modify the audio stream at
1624 all. The wav filter is only useful with para_filter and in connection
1625 with a decoder. It asks the decoder for the number of channels and the
1626 sample rate of the stream and adds a Microsoft wave header containing
1627 this information at the beginning. This allows to write wav files
1628 rather than raw PCM files (which do not contain any information about
1629 the number of channels and the sample rate).
1630
1631 The prebuffer filter simply delays the output until the given time has
1632 passed (starting from the time the first byte was available in its
1633 input queue) or until the given amount of data has accumulated. It
1634 is mainly useful for para_audiod if the standard parameters result
1635 in buffer underruns.
1636
1637 Both filters require almost no additional computing time, even when
1638 operating on uncompressed audio streams, since data buffers are simply
1639 "pushed down" rather than copied.
1640
1641 Examples
1642 --------
1643
1644 -> Decode an mp3 file to wav format:
1645
1646         para_filter -f mp3dec -f wav < file.mp3 > file.wav
1647
1648 -> Amplify a raw audio file by a factor of 1.5:
1649
1650         para_filter -f amp --amp 32 < foo.raw > bar.raw
1651
1652 ======
1653 Output
1654 ======
1655
1656 Once an audio stream has been received and decoded to PCM format,
1657 it can be sent to a sound device for playback. This part is performed
1658 by paraslash _writers_ which are described in this chapter.
1659
1660 Writers
1661 -------
1662
1663 A paraslash writer acts as a data sink that consumes but does not
1664 produce audio data. Paraslash writers operate on the client side and
1665 are contained in para_audiod and in the stand-alone tool para_write.
1666
1667 The para_write program reads uncompressed audio data from STDIN. If
1668 this data starts with a wav header, sample rate, sample format and
1669 channel count are read from the header. Otherwise CD audio (44.1KHz
1670 16 bit little endian, stereo) is assumed but this can be overridden
1671 by command line options. para_audiod, on the other hand, obtains
1672 the sample rate and the number of channels from the decoder.
1673
1674 Like receivers and filters, each writer has an individual set of
1675 command line options, and for para_audiod writers can be configured
1676 per audio format separately. It is possible to activate more than
1677 one writer for the same stream simultaneously.
1678
1679 OS-dependent APIs
1680 -----------------
1681
1682 Unfortunately, the various flavours of Unix on which paraslash
1683 runs on have different APIs for opening a sound device and starting
1684 playback. Hence for each such API there is a paraslash writer that
1685 can play the audio stream via this API.
1686
1687 - *ALSA*. The _Advanced Linux Sound Architecture_ is only available on
1688 Linux systems. Although there are several mid-layer APIs in use by
1689 the various Linux distributions (ESD, Jack, PulseAudio), paraslash
1690 currently supports only the low-level ALSA API which is not supposed
1691 to be change. ALSA is very feature-rich, in particular it supports
1692 software mixing via its DMIX plugin. ALSA is the default writer on
1693 Linux systems.
1694
1695 - *OSS*. The _Open Sound System_ is the only API on \*BSD Unixes and
1696 is also available on Linux systems, usually provided by ALSA as an
1697 emulation for backwards compatibility. This API is rather simple but
1698 also limited. For example only one application can open the device
1699 at any time. The OSS writer is activated by default on BSD Systems.
1700
1701 - *OSX*. Mac OS X has yet another API called CoreAudio. The OSX writer
1702 for this API is only compiled in on such systems and is of course
1703 the default there.
1704
1705 - *FILE*. The file writer allows to capture the audio stream and
1706 write the PCM data to a file on the file system rather than playing
1707 it through a sound device. It is supported on all platforms and is
1708 always compiled in.
1709
1710 - *AO*. _Libao_ is a cross-platform audio library which supports a wide
1711 variety of platforms including PulseAudio (gnome), ESD (Enlightened
1712 Sound Daemon), AIX, Solaris and IRIX.  The ao writer plays audio
1713 through an output plugin of libao.
1714
1715 Examples
1716 --------
1717
1718 -> Use the OSS writer to play a wav file:
1719
1720         para_write --writer oss < file.wav
1721
1722 -> Enable ALSA software mixing for mp3 streams:
1723
1724         para_audiod --writer 'mp3:alsa -d plug:swmix'
1725
1726
1727 ===
1728 Gui
1729 ===
1730
1731 para_gui executes an arbitrary command which is supposed to print
1732 status information to STDOUT. It then displays this information in
1733 a curses window. By default the command
1734
1735         para_audioc -- stat -p
1736
1737 is executed, but this can be customized via the --stat-cmd option. In
1738 particular it possible to use
1739
1740         para_client -- stat -p
1741
1742 to make para_gui work on systems on which para_audiod is not running.
1743
1744 Key bindings
1745 ------------
1746
1747 It is possible to bind keys to arbitrary commands via custom
1748 key-bindings. Besides the internal keys which can not be changed (help,
1749 quit, loglevel, version...), the following flavours of key-bindings
1750 are supported:
1751
1752 - external: Shutdown curses before launching the given command.
1753 Useful for starting other ncurses programs from within para_gui,
1754 e.g. aumix or dialog scripts. Or, use the mbox output format to write
1755 a mailbox containing one mail for each (admissible) file the audio
1756 file selector knows about. Then start mutt from within para_gui to
1757 browse your collection!
1758
1759 - display: Launch the command and display its stdout in para_gui's
1760 bottom window.
1761
1762 - para: Like display, but start "para_client <specified command>"
1763 instead of "<specified command>".
1764
1765 The general form of a key binding is
1766
1767         key_map k:m:c
1768
1769 which maps key k to command c using mode m. Mode may be x, d or p
1770 for external, display and paraslash commands, respectively.
1771
1772 Themes
1773 ------
1774
1775 Currently there are only two themes for para_gui. It is easy, however,
1776 to add more themes. To create a new theme one has to define the
1777 position, color and geometry for for each status item that should be
1778 shown by this theme. See gui_theme.c for examples.
1779
1780 The "." and "," keys are used to switch between themes.
1781
1782 Examples
1783 --------
1784
1785 -> Show server info:
1786
1787         key_map "i:p:si"
1788
1789 -> Jump to the middle of the current audio file by pressing F5:
1790
1791         key_map "<F5>:p:jmp 50"
1792
1793 -> vi-like bindings for jumping around:
1794
1795         key_map "l:p:ff 10"
1796         key_map "h:p:ff 10-"
1797         key_map "w:p:ff 60"
1798         key_map "b:p:ff 60-"
1799
1800 -> Print the current date and time:
1801
1802         key_map "D:d:date"
1803
1804 -> Call other curses programs:
1805
1806         key_map "U:x:aumix"
1807         key_map "!:x:/bin/bash"
1808         key_map "^E:x:/bin/sh -c 'vi ~/.paraslash/gui.conf'"
1809
1810 ===========
1811 Development
1812 ===========
1813
1814 Tools
1815 -----
1816
1817 In order to compile the sources from the git repository (rather than
1818 from tar balls) and for contributing non-trivial changes to the
1819 paraslash project, some additional tools should be installed on a
1820 developer machine.
1821
1822 - [git](http://git.or.cz/). As described in more detail
1823 [below](#Git.branches), the git source code management tool is used for
1824 paraslash development. It is necessary for cloning the git repository
1825 and for getting updates.
1826
1827 - [m4](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/m4/). Some input files for gengetopt
1828 are generated from templates by the m4 macro processor.
1829
1830 - [autoconf](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/autoconf/) GNU autoconf creates
1831 the configure file which is shipped in the tarballs but has to be
1832 generated when compiling from git.
1833
1834 - [discount](http://www.pell.portland.or.us/~orc/Code/discount). The
1835 HTML version of this manual and some of the paraslash web pages are
1836 written in the Markdown markup language and are translated into html
1837 with the converter of the *Discount* package.
1838
1839 - [doxygen](http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen/). The documentation
1840 of paraslash's C sources uses the doxygen documentation system. The
1841 conventions for documenting the source code is described in the
1842 [Doxygen section](#Doxygen).
1843
1844 - [global](ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu/global). This is used to generate
1845 browsable HTML from the C sources. It is needed by doxygen.
1846
1847 Git branches
1848 ------------
1849
1850 Paraslash has been developed using the git source code management
1851 tool since 2006. Development is organized roughly in the same spirit
1852 as the git development itself, as described below.
1853
1854 The following text passage is based on "A note from the maintainer",
1855 written by Junio C Hamano, the maintainer of git.
1856
1857 There are four branches in the paraslash repository that track the
1858 source tree: "master", "maint", "next", and "pu".
1859
1860 The "master" branch is meant to contain what is well tested and
1861 ready to be used in a production setting. There could occasionally be
1862 minor breakages or brown paper bag bugs but they are not expected to
1863 be anything major, and more importantly quickly and easily fixable.
1864 Every now and then, a "feature release" is cut from the tip of this
1865 branch, named with three dotted decimal digits, like 0.4.2.
1866
1867 Whenever changes are about to be included that will eventually lead to
1868 a new major release (e.g. 0.5.0), a "maint" branch is forked off from
1869 "master" at that point. Obvious, safe and urgent fixes after the major
1870 release are applied to this branch and maintenance releases are cut
1871 from it. New features never go to this branch. This branch is also
1872 merged into "master" to propagate the fixes forward.
1873
1874 A trivial and safe enhancement goes directly on top of "master".
1875 New development does not usually happen on "master", however.
1876 Instead, a separate topic branch is forked from the tip of "master",
1877 and it first is tested in isolation; Usually there are a handful such
1878 topic branches that are running ahead of "master". The tip of these
1879 branches is not published in the public repository to keep the number
1880 of branches that downstream developers need to worry about low.
1881
1882 The quality of topic branches varies widely. Some of them start out as
1883 "good idea but obviously is broken in some areas" and then with some
1884 more work become "more or less done and can now be tested by wider
1885 audience". Luckily, most of them start out in the latter, better shape.
1886
1887 The "next" branch is to merge and test topic branches in the latter
1888 category.  In general, this branch always contains the tip of "master".
1889 It might not be quite rock-solid production ready, but is expected to
1890 work more or less without major breakage. The maintainer usually uses
1891 the "next" version of paraslash for his own pleasure, so it cannot
1892 be _that_ broken. The "next" branch is where new and exciting things
1893 take place.
1894
1895 The two branches "master" and "maint" are never rewound, and "next"
1896 usually will not be either (this automatically means the topics that
1897 have been merged into "next" are usually not rebased, and you can find
1898 the tip of topic branches you are interested in from the output of
1899 "git log next"). You should be able to safely build on top of them.
1900
1901 However, at times "next" will be rebuilt from the tip of "master" to
1902 get rid of merge commits that will never be in "master". The commit
1903 that replaces "next" will usually have the identical tree, but it
1904 will have different ancestry from the tip of "master".
1905
1906 The "pu" (proposed updates) branch bundles the remainder of the
1907 topic branches.  The "pu" branch, and topic branches that are only in
1908 "pu", are subject to rebasing in general.  By the above definition
1909 of how "next" works, you can tell that this branch will contain quite
1910 experimental and obviously broken stuff.
1911
1912 When a topic that was in "pu" proves to be in testable shape, it
1913 graduates to "next".  This is done with
1914
1915                 git checkout next
1916                 git merge that-topic-branch
1917
1918 Sometimes, an idea that looked promising turns out to be not so good
1919 and the topic can be dropped from "pu" in such a case.
1920
1921 A topic that is in "next" is expected to be polished to perfection
1922 before it is merged to "master".  Similar to the above, this is
1923 done with
1924
1925                 git checkout master
1926                 git merge that-topic-branch
1927                 git branch -d that-topic-branch
1928
1929 Note that being in "next" is not a guarantee to appear in the next
1930 release (being in "master" is such a guarantee, unless it is later
1931 found seriously broken and reverted), nor even in any future release.
1932
1933 Coding Style
1934 ------------
1935
1936 The preferred coding style for paraslash coincides more or less
1937 with the style of the Linux kernel. So rather than repeating what is
1938 written [there](http://www.kernel.org/doc/Documentation/CodingStyle),
1939 here are the most important points.
1940
1941 - Burn the GNU coding standards.
1942 - Never use spaces for indentation.
1943 - Tabs are 8 characters, and thus indentations are also 8 characters.
1944 - Don't put multiple assignments on a single line.
1945 - Avoid tricky expressions.
1946 - Don't leave whitespace at the end of lines.
1947 - The limit on the length of lines is 80 columns.
1948 - Use K&R style for placing braces and spaces:
1949
1950                 if (x is true) {
1951                         we do y
1952                 }
1953
1954 - Use a space after (most) keywords.
1955 - Do not add spaces around (inside) parenthesized expressions.
1956 - Use one space around (on each side of) most binary and ternary operators.
1957 - Do not use cute names like ThisVariableIsATemporaryCounter, call it tmp.
1958 - Mixed-case names are frowned upon.
1959 - Descriptive names for global variables are a must.
1960 - Avoid typedefs.
1961 - Functions should be short and sweet, and do just one thing.
1962 - The number of local variables shouldn't exceed 10.
1963 - Gotos are fine if they improve readability and reduce nesting.
1964 - Don't use C99-style "// ..." comments.
1965 - Names of macros defining constants and labels in enums are capitalized.
1966 - Enums are preferred when defining several related constants.
1967 - Always use the paraslash wrappers for allocating memory.
1968 - If the name of a function is an action or an imperative.
1969   command, the function should return an error-code integer
1970   (<0 means error, >=0 means success). If the name is a
1971   predicate, the function should return a "succeeded" boolean.
1972
1973 Doxygen
1974 -------
1975
1976 Doxygen is a documentation system for various programming
1977 languages. The API reference on the paraslash web page is generated
1978 by doxygen.
1979
1980 It is more illustrative to look at the source code for examples than
1981 to describe the conventions in this manual, so we only describe which
1982 parts of the code need doxygen comments, but leave out details on
1983 documentation conventions.
1984
1985 As a rule, only the public part of the C source is documented with
1986 Doxygen. This includes structures, defines and enumerations in header
1987 files as well as public (non-static) C functions.  These should be
1988 documented completely. For example, each parameter and the return
1989 value of a public function should get a descriptive doxygen comment.
1990
1991 No doxygen comments are necessary for static functions and for
1992 structures and enumerations in C files (which are used only within
1993 this file). This does not mean, however, that those entities need
1994 no documentation at all. Instead, common sense should be applied to
1995 document what is not obvious from reading the code.
1996
1997 ========
1998 Appendix
1999 ========
2000
2001 Network protocols
2002 -----------------
2003
2004 ### IP ###
2005
2006 The _Internet Protocol_ is the primary networking protocol used for
2007 the Internet. All protocols described below use IP as the underlying
2008 layer. Both the prevalent IPv4 and the next-generation IPv6 variant
2009 are being deployed actively worldwide.
2010
2011 ### Connection-oriented and connectionless protocols ###
2012
2013 Connectionless protocols differ from connection-oriented ones in
2014 that state associated with the sending/receiving endpoints is treated
2015 implicitly. Connectionless protocols maintain no internal knowledge
2016 about the state of the connection. Hence they are not capable of
2017 reacting to state changes, such as sudden loss or congestion on the
2018 connection medium. Connection-oriented protocols, in contrast, make
2019 this knowledge explicit. The connection is established only after
2020 a bidirectional handshake which requires both endpoints to agree
2021 on the state of the connection, and may also involve negotiating
2022 specific parameters for the particular connection. Maintaining an
2023 up-to-date internal state of the connection also in general means
2024 that the sending endpoints perform congestion control, adapting to
2025 qualitative changes of the connection medium.
2026
2027 ### Reliability ###
2028
2029 In IP networking, packets can be lost, duplicated, or delivered
2030 out of order, and different network protocols handle these
2031 problems in different ways. We call a transport-layer protocol
2032 _reliable_, if it turns the unreliable IP delivery into an ordered,
2033 duplicate- and loss-free delivery of packets. Sequence numbers
2034 are used to discard duplicates and re-arrange packets delivered
2035 out-of-order. Retransmission is used to guarantee loss-free
2036 delivery. Unreliable protocols, in contrast, do not guarantee ordering
2037 or data integrity.
2038
2039 ### Classification ###
2040
2041 With these definitions the protocols which are used by paraslash for
2042 steaming audio data may be classified as follows.
2043
2044         - HTTP/TCP: connection-oriented, reliable,
2045         - UDP: connectionless, unreliable,
2046         - DCCP: connection-oriented, unreliable.
2047
2048 Below we give a short descriptions of these protocols.
2049
2050 ### TCP ###
2051
2052 The _Transmission Control Protocol_ provides reliable, ordered delivery
2053 of a stream and a classic window-based congestion control. In contrast
2054 to UDP and DCCP (see below), TCP does not have record-oriented or
2055 datagram-based syntax, i.e. it provides a stream which is unaware
2056 and independent of any record (packet) boundaries.  TCP is used
2057 extensively by many application layers. Besides HTTP (the Hypertext
2058 Transfer Protocol), also FTP (the File Transfer protocol), SMTP (Simple
2059 Mail Transfer Protocol), SSH (Secure Shell) all sit on top of TCP.
2060
2061 ### UDP ###
2062
2063 The _User Datagram Protocol_ is the simplest transport-layer protocol,
2064 built as a thin layer directly on top of IP. For this reason, it offers
2065 the same best-effort service as IP itself, i.e. there is no detection
2066 of duplicate or reordered packets. Being a connectionless protocol,
2067 only minimal internal state about the connection is maintained, which
2068 means that there is no protection against packet loss or network
2069 congestion. Error checking and correction (if at all) are performed
2070 in the application.
2071
2072 ### DCCP ###
2073
2074 The _Datagram Congestion Control Protocol_ combines the
2075 connection-oriented state maintenance known from TCP with the
2076 unreliable, datagram-based transport of UDP. This means that it
2077 is capable of reacting to changes in the connection by performing
2078 congestion control, offering multiple alternative approaches. But it
2079 is bound to datagram boundaries (the maximum packet size supported
2080 by a medium), and like UDP it lacks retransmission to protect
2081 against loss. Due to the use of sequence numbers, it is however
2082 able to react to loss (interpreted as a congestion indication) and
2083 to ignore out-of-order and duplicate packets. Unlike TCP it allows
2084 to negotiate specific, binding features for a connection, such as
2085 the choice of congestion control: classic, window-based congestion
2086 control known from TCP is available as CCID-2, rate-based, "smooth"
2087 congestion control is offered as CCID-3.
2088
2089 ### HTTP ###
2090
2091 The _Hypertext Transfer Protocol_ is an application layer protocol
2092 on top of TCP. It is spoken by web servers and is most often used
2093 for web services.  However, as can be seen by the many Internet radio
2094 stations and YouTube/Flash videos, http is by far not limited to the
2095 delivery of web pages only. Being a simple request/response based
2096 protocol, the semantics of the protocol also allow the delivery of
2097 multimedia content, such as audio over http.
2098
2099 ### Multicast ###
2100
2101 IP multicast is not really a protocol but a technique for one-to-many
2102 communication over an IP network. The challenge is to deliver
2103 information to a group of destinations simultaneously using the
2104 most efficient strategy to send the messages over each link of the
2105 network only once. This has benefits for streaming multimedia: the
2106 standard one-to-one unicast offered by TCP/DCCP means that n clients
2107 listening to the same stream also consume n-times the resources,
2108 whereas multicast requires to send the stream just once, irrespective
2109 of the number of receivers.  Since it would be costly to maintain state
2110 for each listening receiver, multicast often implies connectionless
2111 transport, which is the reason that it is currently only available
2112 via UDP.
2113
2114 Abstract socket namespace
2115 -------------------------
2116 UNIX domain sockets are a traditional way to communicate between
2117 processes on the same machine. They are always reliable (see above)
2118 and don't reorder datagrams. Unlike TCP and UDP, UNIX domain sockets
2119 support passing open file descriptors or process credentials to
2120 other processes.
2121
2122 The usual way to set up a UNIX domain socket (as obtained from
2123 socket(2)) for listening is to first bind the socket to a file system
2124 pathname and then call listen(2), then accept(2). Such sockets are
2125 called _pathname sockets_ because bind(2) creates a special socket
2126 file at the specified path. Pathname sockets allow unrelated processes
2127 to communicate with the listening process by binding to the same path
2128 and calling connect(2).
2129
2130 There are two problems with pathname sockets:
2131
2132         * The listing process must be able to (safely) create the
2133         socket special in a directory which is also accessible to
2134         the connecting process.
2135
2136         * After an unclean shutdown of the listening process, a stale
2137         socket special may reside on the file system.
2138
2139 The abstract socket namespace is a non-portable Linux feature which
2140 avoids these problems. Abstract sockets are still bound to a name,
2141 but the name has no connection with file system pathnames.
2142
2143 License
2144 -------
2145
2146 Paraslash is licensed under the GPL, version 2. Most of the code
2147 base has been written from scratch, and those parts are GPL V2
2148 throughout. Notable exceptions are FEC and the WMA decoder. See the
2149 corresponding source files for licencing details for these parts. Some
2150 code sniplets of several other third party software packages have
2151 been incorporated into the paraslash sources, for example log message
2152 coloring was taken from the git sources. These third party software
2153 packages are all published under the GPL or some other license
2154 compatible to the GPL.
2155
2156 Acknowledgements
2157 ----------------
2158
2159 Many thanks to Gerrit Renker who read an early draft of this manual
2160 and contributed significant improvements.
2161
2162 ==========
2163 References
2164 ==========
2165
2166 Articles
2167 --------
2168 - [Polynomial Codes over Certain Finite
2169 Fields](http://kom.aau.dk/~heb/kurser/NOTER/KOFA01.PDF) by Reed, Irving
2170 S.; Solomon, Gustave (1960), Journal of the Society for Industrial
2171 and Applied Mathematics (SIAM) 8 (2): 300-304, doi:10.1137/0108018)
2172
2173 RFCs
2174 ----
2175
2176 - [RFC 768](http://www.ietf.org/rfc/rfc768.txt) (1980): User Datagram
2177 Protocol
2178
2179 - [RFC 791](http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt) (1981): Internet
2180 Protocol
2181
2182 - [RFC 2437](http://www.ietf.org/rfc/rfc2437.txt) (1998): RSA
2183 Cryptography Specifications
2184
2185 - [RFC 4340](http://www.ietf.org/rfc/rfc4340.txt) (2006): Datagram
2186 Congestion Control Protocol (DCCP)
2187
2188 - [RFC 4341](http://www.ietf.org/rfc/rfc4341.txt) (2006): Congestion
2189 Control ID 2: TCP-like Congestion Control
2190
2191 - [RFC 4342](http://www.ietf.org/rfc/rfc4342.txt) (2006): Congestion
2192 Control ID 3: TCP-Friendly Rate Control (TFRC)
2193
2194 - [RFC 6716](http://www.ietf.org/rfc/rfc6716.txt) (2012): Definition
2195 of the Opus Audio Codec
2196
2197 Application web pages
2198 ---------------------
2199
2200 - [paraslash](http://people.tuebingen.mpg.de/maan/paraslash/)
2201 - [alternative page](http://paraslash.systemlinux.org/)
2202 - [xmms](http://xmms2.org/wiki/Main_Page)
2203 - [mpg123](http://www.mpg123.de/)
2204 - [gstreamer](http://gstreamer.freedesktop.org/)
2205 - [icecast](http://www.icecast.org/)
2206 - [Audio Compress](http://beesbuzz.biz/code/audiocompress.php)
2207
2208 External documentation
2209 ----------------------
2210
2211 - [The mathematics of
2212 Raid6](http://kernel.org/pub/linux/kernel/people/hpa/raid6.pdf)
2213 by H. Peter Anvin
2214
2215 - [Effective Erasure Codes for reliable Computer Communication
2216 Protocols](http://info.iet.unipi.it/~luigi/fec_ccr.ps.gz) by Luigi
2217 Rizzo
2218
2219 Code
2220 ----
2221 - [Original FEC
2222 implementation](http://info.iet.unipi.it/~luigi/vdm.tar.gz) by
2223 Luigi Rizzo)