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標(biāo)準(zhǔn)MIDI文件格式
達(dá)思挺·考德威爾
標(biāo)準(zhǔn)的MIDI文件格式就像奇異的獸?？傮w看來(lái)，它是那樣的讓你無(wú)法抗拒。當(dāng)然，你怎樣看它無(wú)關(guān)緊要，可是用足夠多的描述符描述一段音樂并使它能夠重現(xiàn)，可不是很少的工作就可以完成的。然而，它雖然復(fù)雜，但是真正理解之后，MIDI文件格式的結(jié)構(gòu)還是很直觀明了的。
在這里我必須放棄一些東西，因?yàn)楫吘刮也皇荕IDI也不是MIDI文件專家！最近我為我的PC準(zhǔn)備了一塊Gravis 超音頻音效卡，利用它聽完幾段MIDI文件（.mid)之后，想：“呵，我要是能夠制作自己的MIDI（.mid）文件該多好啊！”嗯，經(jīng)過(guò)煩人的幾個(gè)小時(shí)之后，我發(fā)現(xiàn)，那些并不是沒有價(jià)值的工作。但是，我是不會(huì)讓一個(gè)冗長(zhǎng)的文件格式就能夠阻止的（此外，我告訴過(guò)我的妻子，計(jì)算機(jī)不是很難用的，而且我十分憎恨當(dāng)一個(gè)偽君子）。那么，在這篇文章中如果發(fā)現(xiàn)什么錯(cuò)誤，請(qǐng)讓我知道，我會(huì)修改它的。同時(shí)，這份文檔的范圍并沒有提供所有類型的MIDI命令和任何可能的文件配置！這篇基本指南將使讀者能夠（以中等的時(shí)間投資）制作出MIDI類型的文件。
1.概述：
一個(gè)MIDI文件基本上由兩個(gè)部分組成，頭塊和軌道塊。第二節(jié)講述頭塊，第三節(jié)講述軌道塊。一個(gè)MIDI文件有一個(gè)頭塊用來(lái)描述文件的格式、許多的軌道塊等內(nèi)容。一個(gè)軌道可以想象為像一個(gè)大型多音軌錄音機(jī)那樣，你可以為某種聲音、某種樂譜、某種樂器或者你需要的任何東西分配一個(gè)軌道。
2.頭塊：
頭塊出現(xiàn)在文件的開頭，有三種方式來(lái)描述文件。頭塊看起來(lái)一直是這樣的：
4D 54 68 64 00 00 00 06 ff ff nn nn dd dd
前4個(gè)字節(jié)等同于ASCII碼MThd，接著MThd之后的4個(gè)字節(jié)是頭的大小。它將一直是00 00 00 00 06，因?yàn)楝F(xiàn)行的頭信息將一直是6字節(jié)。
ff ff是文件的格式，有3種格式：
0－單軌
1－多規(guī)，同步
2－多規(guī)，異步
單軌，很顯然就只有一個(gè)軌道。同步多軌意味著所有軌道都是垂直同步的，或者其他的措辭為他們都在同一時(shí)間開始，并且可以表現(xiàn)一首歌的不同部分。異步多軌沒有必要同時(shí)開始，而且可以完全的不同步。
nn nn 是MIDI文件中的軌道數(shù)。
dd dd 是每個(gè)4分音符delta-time節(jié)奏數(shù)（這之后將做詳細(xì)介紹）。
3.軌道塊：
頭塊之后剩下的文件部分是軌道塊。每一個(gè)軌道包含一個(gè)頭，并且可以包含你所希望的許多MIDI命令。軌道頭與文件頭及其相似：
4D 54 72 6B xx xx xx xx
與頭一致，前4個(gè)字節(jié)是ASCII嗎，這個(gè)是MTrk，緊跟MTrk的4個(gè)字節(jié)給出了以字節(jié)為單位的軌道的長(zhǎng)度（不包括軌道頭）。
在頭之下是MIDI事件，這些事件同現(xiàn)行的可以被帶有累加的MIDI合成器端口接受和發(fā)送的數(shù)據(jù)是相同的。一個(gè)MIDI 事件先于一個(gè)delta-time。一個(gè)delta-time是一個(gè)MIDI事件被執(zhí)行后的節(jié)奏數(shù)，每個(gè)四分之一音符的節(jié)奏數(shù)先前已經(jīng)定義在了文件的頭塊中。這個(gè)delta-time是一個(gè)可變長(zhǎng)度的編碼值。這種格式雖然混亂，可是允許根據(jù)需要利用多位表示較大的數(shù)值，這不會(huì)因?yàn)樾枨笮〉臄?shù)值情況下以添零的方式浪費(fèi)掉一些字節(jié)！數(shù)值被轉(zhuǎn)換為7位的字節(jié)，并且除了最后一個(gè)字節(jié)以最高有效位是0外，各個(gè)字節(jié)最有意義的一位是1，。這就允許一個(gè)數(shù)值被一次一個(gè)字節(jié)地讀取，你如果發(fā)現(xiàn)最高有效位是0，則這就是這個(gè)數(shù)值的最后一位(意義比較小）。依照MIDI說(shuō)明，全部delta-time的長(zhǎng)度最多超過(guò)4字節(jié)。
delta-time 之后就是MIDI事件，每個(gè)MIDI事件（除了正在運(yùn)行的事件外）帶有一個(gè)最高有效位總是1的命令字節(jié)（值將>128）。大部分命令的列表在附錄A中。每個(gè)命令都有不同的參數(shù)和長(zhǎng)度，但是接下來(lái)的數(shù)據(jù)將是最高有效位為零（值將<128）。這里有個(gè)例外就是meta-event，最高有效位可以是1。然而，meta-events需要一個(gè)長(zhǎng)的參數(shù)以區(qū)分。
微小失誤就可以導(dǎo)致混亂的是運(yùn)行模式，這是現(xiàn)行MIDI命令所忽略的地方，并且最終發(fā)行的MIDI命令是假定的。這就意味這如果包含了命令，那么MIDI事件就是由delta-time與參數(shù)組成而轉(zhuǎn)換的。
4.綜述：
如果這份說(shuō)明僅僅是使問題更加混亂，那么以下提供的例子可能有助于澄清問題！同時(shí)，兩個(gè)公用程序和一個(gè)圖解文件包含在這個(gè)文檔里面：
DEC.EXE——這個(gè)公共程序是將二進(jìn)制文件（比如.MID）轉(zhuǎn)換成以十進(jìn)制表示的對(duì)應(yīng)每個(gè)字節(jié)的有標(biāo)記界限的文本文件。
REC.EXE——這個(gè)公共程序是將有標(biāo)記界限的十進(jìn)制數(shù)文本文件對(duì)應(yīng)的每一字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制文件。
MIDINOTE.PS——這是一個(gè)對(duì)應(yīng)鍵盤和五線譜的音符數(shù)字附錄頁(yè)。
附錄A
1.MIDI事件命令
每個(gè)命令字節(jié)有兩部分，左nybble(4位）包含現(xiàn)行的命令，右nybble包含將被執(zhí)行的命令的通道號(hào)，這里有16各MIDI通道8個(gè)MIDI命令（命令nybble必須最高有效位是1的）。在下表中，X表示MIDI通道號(hào)。所有的音符即數(shù)據(jù)字節(jié)都<128（最高有效位是0）。
十六進(jìn)制 二進(jìn)制 數(shù)據(jù) 描述
8x 1000xxxx nn vv 音符關(guān)閉 (釋放鍵盤)
nn=音符號(hào)
vv=速度
9x 1001xxxx nn vv 音符打開 (按下鍵盤)
nn=音符號(hào)
vv=速度
Ax 1010xxxx nn vv 觸摸鍵盤以后
nn=音符號(hào)
vv=速度
Bx 1011xxxx cc vv 調(diào)換控制
cc=控制號(hào)
vv=新值
Cx 1100xxxx pp 改變程序（片斷）
pp=新的程序號(hào)
Dx 1101xxxx cc 在通道后接觸
cc=管道號(hào)
Ex 1110xxxx bb tt 改變互相咬和的齒輪 (2000H 表明缺省或沒有改變)(什么意思搞不懂:)
bb=值的低7位(least sig)
tt=值的高7位 (most sig)
下表是沒有通道的 meta-events列表 ，他們的格式是：
FF xx nn dd
所有的 meta-events 是以 FF 開頭的命令 (xx)，長(zhǎng)度，或者含在數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)（nn），現(xiàn)行的數(shù)據(jù)(dd)
十六進(jìn)制 二進(jìn)制 數(shù)據(jù) 描述
00 00000000 nn ssss 設(shè)定軌道的序號(hào)
nn=02 (兩字節(jié)長(zhǎng)度的序號(hào))
ssss=序號(hào)
01 00000001 nn tt .. 你需要的所有文本事件
nn=以字節(jié)為單位的文本長(zhǎng)度
tt=文本字符
02 00000010 nn tt .. 同文本的事件, 但是用于版權(quán)信息
nn tt=同文本事件
03 00000011 nn tt .. 序列或者軌道名
nn tt=同文本事件
04 00000100 nn tt .. 軌道樂器名
nn tt=同文本事件
05 00000101 nn tt .. 歌詞
nn tt=同文本事件
06 00000110 nn tt .. 標(biāo)簽
nn tt=同文本事件
07 00000111 nn tt .. 浮點(diǎn)音符
nn tt=同文本事件
2F 00101111 00 這個(gè)事件一定在每個(gè)軌道的結(jié)尾出現(xiàn)
51 01010001 03 tttttt 設(shè)定拍子
tttttt=微秒/四分音符
58 01011000 04 nn dd cc bb 拍子記號(hào)
nn=拍子記號(hào)分子
dd=拍子記號(hào)分母2=四分之一
3=8分拍, 等等.
cc=節(jié)拍器的節(jié)奏
bb=對(duì)四分之一音符標(biāo)注的第32號(hào)數(shù)字
59 01011001 02 sf mi 音調(diào)符號(hào)
sf=升調(diào)/降調(diào)(-7=7 降調(diào), 0=基準(zhǔn)C調(diào),7=7 升調(diào))
mi=大調(diào)/小調(diào)(0=大調(diào), 1=小調(diào))
7F 01111111 xx dd .. 音序器的詳細(xì)信息
xx=被發(fā)送的字節(jié)數(shù)
dd=數(shù)據(jù)
下表列出了控制整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)消息。這里沒有MIDI通道數(shù) (這些一般僅應(yīng)用于MIDI鍵盤等.)
十六進(jìn)制 二進(jìn)制 數(shù)據(jù) 描述
F8 11111000 同步所必須的計(jì)時(shí)器
FA 11111010 開始當(dāng)前的隊(duì)列
FB 11111011 從停止的地方繼續(xù)一個(gè)隊(duì)列
FC 11111100 停止一個(gè)隊(duì)列
下表列出的是與音符相對(duì)應(yīng)的命令標(biāo)記。
八度音階¦¦ 音符號(hào)
# ¦¦
¦¦ C ¦ C# ¦ D ¦ D# ¦ E ¦ F ¦ F# ¦ G ¦ G# ¦ A ¦ A# ¦ B
-----------------------------------------------------------------------------
0 ¦¦ 0 ¦ 1 ¦ 2 ¦ 3 ¦ 4 ¦ 5 ¦ 6 ¦ 7 ¦ 8 ¦ 9 ¦ 10 ¦ 11
1 ¦¦ 12 ¦ 13 ¦ 14 ¦ 15 ¦ 16 ¦ 17 ¦ 18 ¦ 19 ¦ 20 ¦ 21 ¦ 22 ¦ 23
2 ¦¦ 24 ¦ 25 ¦ 26 ¦ 27 ¦ 28 ¦ 29 ¦ 30 ¦ 31 ¦ 32 ¦ 33 ¦ 34 ¦ 35
3 ¦¦ 36 ¦ 37 ¦ 38 ¦ 39 ¦ 40 ¦ 41 ¦ 42 ¦ 43 ¦ 44 ¦ 45 ¦ 46 ¦ 47
4 ¦¦ 48 ¦ 49 ¦ 50 ¦ 51 ¦ 52 ¦ 53 ¦ 54 ¦ 55 ¦ 56 ¦ 57 ¦ 58 ¦ 59
5 ¦¦ 60 ¦ 61 ¦ 62 ¦ 63 ¦ 64 ¦ 65 ¦ 66 ¦ 67 ¦ 68 ¦ 69 ¦ 70 ¦ 71
6 ¦¦ 72 ¦ 73 ¦ 74 ¦ 75 ¦ 76 ¦ 77 ¦ 78 ¦ 79 ¦ 80 ¦ 81 ¦ 82 ¦ 83
7 ¦¦ 84 ¦ 85 ¦ 86 ¦ 87 ¦ 88 ¦ 89 ¦ 90 ¦ 91 ¦ 92 ¦ 93 ¦ 94 ¦ 95
8 ¦¦ 96 ¦ 97 ¦ 98 ¦ 99 ¦ 100 ¦ 101 ¦ 102 ¦ 103 ¦ 104 ¦ 105 ¦ 106 ¦ 107
9 ¦¦ 108 ¦ 109 ¦ 110 ¦ 111 ¦ 112 ¦ 113 ¦ 114 ¦ 115 ¦ 116 ¦ 117 ¦ 118 ¦ 119
10 ¦¦ 120 ¦ 121 ¦ 122 ¦ 123 ¦ 124 ¦ 125 ¦ 126 ¦ 127 ¦
參考資料：
"MIDI Systems and Control" Francis Rumsey 1990 Focal Press
"MIDI and Sound Book for the Atari ST" Bernd Enders and Wolfgang Klem 1989 M&T Publishing, Inc.
MIDI file specs and general MIDI specs were also obtained by sending e-mail to LISTSERV@AUVM.AMERICAN.EDU with the phrase GET MIDISPEC PACKAGE in the message.
------------------------------ DEC.CPP ------------------------------------
/* file dec.cpp
by Dustin Caldwell (dustin@gse.utah.edu)
*/
#include <dos.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void helpdoc();
main()
{
FILE *fp;
unsigned char ch, c;
if((fp=fopen(_argv[1], "rb"))==NULL) /* open file to read */
{
printf("cannot open file %s\n",_argv[1]);
helpdoc();
exit(-1);
}
c=0;
ch=fgetc(fp);
while(!feof(fp)) /* loop for whole file */
{
printf("%u\t", ch); /* print every byte‘s decimal equiv. */
c++;
if(c>8) /* print 8 numbers to a line */
{
c=0;
printf("\n");
}
ch=fgetc(fp);
}
fclose(fp); /* close up */
}
void helpdoc() /* print help message */
{
printf("\n Binary File Decoder\n\n");
printf("\n Syntax: dec binary_file_name\n\n");
printf("by Dustin Caldwell (dustin@gse.utah.edu)\n\n");
printf("This is a filter program that reads a binary file\n");
printf("and prints the decimal equivalent of each byte\n");
printf("tab-separated. This is mostly useful when piped \n");
printf("into another file to be edited manually. eg:\n\n");
printf("c:\>dec sonata3.mid > son3.txt\n\n");
printf("This will create a file called son3.txt which can\n");
printf("be edited with any ascii editor. \n\n");
printf("(rec.exe may also be useful, as it reencodes the \n");
printf("ascii text file).\n\n");
printf("Have Fun!!\n");
}
---------------------------- REC.CPP ----------------------------------
/* File rec.cpp
by Dustin Caldwell (dustin@gse.utah.edu)
*/
#include <dos.h>
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <stdlib.h>
void helpdoc();
main()
{
FILE *rfp, *wfp;
unsigned char ch, c;
char s[20];
if((rfp=fopen(_argv[1], "r"))==NULL) /* open the read file */
{
printf("cannot open file %s \n",_argv[1]);
helpdoc();
exit(-1);
}
if((wfp=fopen(_argv[2], "wb"))==NULL) /* open the write file */
{
printf("cannot open file %s \n",_argv[1]);
helpdoc();
exit(-1);
}
c=0;
ch=fgetc(rfp);
while(!feof(rfp)) /* loop for whole file */
{
if(isalnum(ch)) /* only ‘see‘ valid ascii chars */
{
c=0;
while(isdigit(ch)) /* only use decimal digits (0-9) */
{
s[c]=ch; /* build a string containing the number */
c++;
ch=fgetc(rfp);
}
s[c]=NULL; /* must have NULL terminator */
fputc(atoi(s), wfp);/* write the binary equivalent to file */
}
ch=fgetc(rfp); /* loop until next number starts */
}
fclose(rfp); /* close up */
fclose(wfp);
}
void helpdoc() /* print help message */
{
printf("\n Text File Encoder\n\n");
printf("\n Syntax: rec text_file_name binary_file_name\n\n");
printf("by Dustin Caldwell (dustin@gse.utah.edu)\n\n");
printf("This is a program that reads an ascii tab-\n");
printf("delimited file and builds a binary file where\n");
printf("each byte of the binary file is one of the decimal\n");
printf("digits in the text file.\n");
printf(" eg:\n\n");
printf("c:\>rec son3.txt son3.mid\n\n");
printf("(This will create a file called son3.mid which is\n");
printf("a valid binary file)\n\n");
printf("(dec.exe may also be useful, as it decodes binary files)\n\n");
printf("Have Fun!!\n");
}
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