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MIDI文件结构分析及生成方法
作者:不详    阅读人次:……    文章来源:不详    发布时间:2007-9-4    网友评论()条
 

从网上找的,已经将用BC写的改成了VC的,由于对音乐的理解比乐盲还差,对于程序中转换是否有问题我也不得而知,反正用VC生成的MIDI文件听起来惨不忍睹。

 对于制作MIDI音乐来说,比播放MIDI文件本身更复杂得多。我们得了解一些乐理常识和MIDI文件结构。

一、MIDI文件结构分析   MIDI文件包含首部块(Header Chunk)和音轨块(Track Chunk)两部分。其格式一般如下:

  MThd <数据长度> <Header数据>    //首部块
  .......
  Mtrk <数据长度> <Track数据>     //音轨块
  Header Chunk 结构为:
  char MidiId[4];
  long length;
  int  foarmt;
  int  TrackNum;
  int  division;

其中:

  MidiId称为MIDI文件头标志,一般将其设置为MThd;

  length为文件首部数据长度(除它本身和文件头标志占用的字节以外),通常它设置为6,即format,TrackNum和division共占用的字节数据长度;

  format表示MIDI文件存放的格式,当前只有3种格式:

  0 表示MIDI文件只有一个Track Chunk;
  1 表示MIDI文件只有一个或多个Track Chunk;
  2 表示MIDI文件只有一个或多个各处独立的Track Chunk。
  division指定计数的方法,一种随时间计数(最高位设置为0时),另一种使用制式的时间码(最高位设置为1时)。这里,主要介绍随时间计数的一种格式。其各位意义如下:

  ┌─┬─────────┐
  │0 │ 每一拍的计数值   │
  └─┴─────────┘
  b15     b14  ̄ b0

  其最高位一定要设置为0,其它的15位表示每一拍的计数值。如该数据为96(以八分音符为一拍),则表示一个四分音符延时数应该为192。

  另外,在MIDI文件中,long和int型数据均将高字节值存放入低地址上,如一个long型数据为0x45678,则在文件中,存放的结果为:0x00,0x04,0x56,0x78。而在内存中,int,long的变量值通常将崐高字节值存放高地址上。因此,存放数据时,应该作一下调整。

  Track Chunk为用来播放歌曲的数据信息。每一个Track Chunk是一组简单的MIDI码(包括一些非MIDI码)的集合。它又由头部信息和崐若干个Mtrk event组合而成。

  头部结构和意义为:

  char TrackChunkId[4];      //Track Chunk标志MTrk
  long TrackChunkMsgLength;  //该Track Chunk信息长度

  而Mtrk event是由时间计数值(dela-time)和event(MIDI码信崐息)组合成的。即:

  <Mtrk event>=<dela-time> <event>

  <dela-time>使用可变长度的形式存储数据,它代表处理event之前要计数时间值。 它在音乐中,即表示拍数。通常音乐开始演奏时,总是将计数时间值设置为0。为了能连续处理两个event,我们可以将deta-time设置为0。如:3和5同时演奏2拍(每一拍计数值为24),可以设置如下:

  deta-time    event
  0         开始演奏3
  0         开始演奏5
  48        停止3演奏
  0         停止5演奏

  event表示MIDI码信息集,如0x9n表示开始发音,0x8n表示关闭发音等等(下有说明)。

  上述的dela-time使用可变长度的形式表示数据值。可变长度形崐式是MIDI文件中对于大于8位的数据打用的一种存储方式,它把每一个数据定义为7位,剩下的最高位作为数据长度的识别。当这一位为0时,表示数据是最后一个,若为1,则表示还有下一个。

  如:数值0x3fff,可变长度形式便为0xff,0x7f;0x4000则应该为0x81,0x80,0x00。此数据的转换可以参阅WriteLenghtToBuf()函数。

二、常见MIDI码说明

  MIDI码是制定音乐交换的信息码,它使用串行非同步传送,因此数据码是用多码形式。第一个MIDI码是状态码,剩余的都是数据码,其长度视状态而定。

  以下是一些常见的MIDI码。

  1、开始发音(0x9n)

  格式为:0x9n note speed

  它一共占用3个字节,n表示通道号,取值0-15。MIDI可以同时演奏16个通道,用此指定在哪一个通道上发音(以下n相同)。

  note表示音高数值,即音阶码值。如C4(中音1)为60,它的取值在0xc和0x6c之间(具体码值,可参考「参考书籍1」)。

  speed表示按键时的速度,用此表示音的力度。若没有力度感,可以将其设置为64,若为0,表示关闭发音。

  如:在第2通道上开始演奏3,则MIDI码便为0x91,63,40。

  MIDI规范还规定,若连续向同一通道上发送多个音,则可以不指出状态码。如上述同时演奏3,5,MIDI码便为:0x91,63,40,65,40。

  2、关闭发音(0x8n)。

  格式:0x8n note speed

  说明同上。通常它用0x9n,note,0来代替。

  3、切换音色(0xcn)。

  格式:0xcn,program

  program表示音色代码,0 ̄255之间,如Acou Piano 1(电钢1值为0),Synth Bass 1(电贝司1值为64)等(详见「参考书籍1」)。

  4、设置音量大小

  格式:0xbn ,07,size

  0xbn,39,size

  7,表示设置主音量的高字节值;39表示设置主音量的低字节值。

  5、设置时间记号

  格式:0xff 0x58 04 nn dd cc bb

  nn和dd直接对应到谱号的数字,dd使用2的指数。如3/8,则nn=3,dd=3。cc是代表第次节拍器打后的时间是几个MIDI clock。bb通常设置为8表示多少个MIDI clock等于1/4 拍。

  6、设置演奏速度

  格式:0xff 0x51 03 tt tt tt

  tt tt tt 表示第一拍定义多少个Miscro Seconds。它即是用来崐变演奏的速度。

  7、写歌词

  格式:0xff 0x05 len text

  len表示歌词的长度,text表示歌词文本码。

  8、磁道结束

  格式:0xff,0x2f,00

  它表示结束点。每外track chunk后都应该有此MIDI码。

三、MIDI信息文本文件制作

  为了能制成符合规范的MIDI文件,我们在此规定MIDI信息文本制作格式如下:

  [MIDI]
  <调号>,<节拍>,<每分钟节拍数>,<音轨个数>
  [1]
  .....
  [n]
  ....

  说明:

  1、调号,占用一个字符,必须为A、B、C、D、E、F、G,否则视为C调;

  2、节拍,取值如下:2/4,3/4,4/4,3/8,6/8....等。

  3、每分钟节拍数:表示每分钟演奏的节拍总数,取值在40-200崐之间,否则视为120。

  4、音轨个数表示此歌曲声部数。如三声部,可将其设置为3。

  5、[n]后表示此音轨的音乐信息。有如下说明字符组合而成。

音高:

  高音 C  D   E   F   G   A   B
  中音 1  2   3   4   5   6   7
  低音 c  d   e   f   g   a   b

  若某音升半音,则在其后加#号;降半音,在其后加b字符。

  音长: -(延长四分音符的一拍)、_(8分音符,后可带符点)、=(16分音符,后可带符点)、.(附点音符,后不可带符点)、:(32分音符,后可带符点)、;(64分音符,后不可带符点)。

  说明:在书写时,请先写完整的音高,再写音长,如简谱中的"3-",则应该为"3#-"。

  Pn:表示设置音色,取值1-256之间。
  {}:歌词或注释。
  |: 表示小节分隔符。
  \: 后继音均降八度
  /: 后继音均升八度
  Sn:音量大小,n数值越大,音量越大。
  其它的字符,视为非法字符。

  以下为歌曲<解放军的天>片断MIDI文本文件。

  [MIDI]


  F,2/4,150,2


  [1]


  P53


  /3=3=3=2= 3_.2=  | 1_1=e= g | 3=3=3=2= 3_3=2= | 1_1=e=  g |


  \6_. 5=  6_.5=  | 6_C_ 3_5_| 6=6=6=6= 6_6_   | 5=6=C_ C_3_|


  2_.3=   5_C_    | 6=5=3_ 5   | 6_. / 1= 2_.1=| 2_0_ 3_.2= |


  1_0_ 2_2_    |  \5_.6=  /1_3_ | 3=1=a_ 1 \ |


  [2]


  P53  \


  1_C_ 5_G_ |  1_c_ 5_G_ | 1_C_ 5_G_ |  1_c_ 5_G_ |


  a_6_ 4_6_ | 1_5_ 3_ 5_ | a_6_ 4_6_ | 1_5_ 3_ 5_ |


  1_3_ 5_1_ | 1_6_ 4_6_ | 2_5_ 1_5_ | g_5_ 1_5_ |


  1_5_ 3_5_  | 1_6_ 4_6_| 3_2_ 1    |


四、程序实现  

  以下为MIDI文件生成的全部源程序,经Borland c++3.1编译、连接通过。

  #include <stdlib.h>
  #include <stdio.h>
  #include <io.h>
  #include <string.h>
  #define C1 60 //C调1的键名值
  #define FOURPAINUM 64 //1/4音符计数
  #define MIDICLOCK 24 //每1/64音符的MIDICLOCK数
  #define JumpNullChar(x) \ //跳过空字符
   { \
   while(*x==' ' \
   ||*x=='\t' \
   ||*x=='\n' \
   ||*x=='|') \
   x++; \
   };
  enum ERRORCODE{ //处理错误信息
   ChangeOK, //转换成功
   TextFileNotOpen, //文本文件不能打开
   MidiFileCanNotCreate, //指定的MIDI文件不能建立
   TextFileToBig, //文本文件太大
   MallocError, //内存分配错误
   InvalideChar, //在文本文件中出现了非法字符
   NotFoundTrack, //没有找到指定的磁道信息
   NotMIDITextFile, //文本文件不是MIDI文本文件
   };
  void SWAP(char *x,char *y) //两数据交换
  { char i;
   i=*x;
   *x=*y;
   *y=i;
  }
  union LENGHT
  { long length;
  char b[4];
  } ;
  struct MH { //MIDI文件头
  char MidiId[4]; //MIDI文件标志MThd
  long length; //头部信息长度
  int format; //存放的格式
  int ntracks; //磁道数目
  int PerPaiNum; //每节计算器值
  };
  struct TH //音轨头
  { char TrackId[4]; //磁道标志MTrk
   long length; //信息长度
  } ;
  class MIDI
  {
  public:
  char ErrorMsg[100]; //错误信息
  private:
  unsigned char *TextFileBuf,
   *TextFileOldBuf;
  unsigned char *MidiFileBuf,
   *MidiFileOldBuf;
  char OneVal; //某调时,1的健值
  char PaiNum; //第一小节节拍总数
  char OnePaiToneNum; //用几分音符作为一基本拍
  public:
  //将符全MIDI书定格式的文本文件生成MIDI文件
  int ChangeTextToMidi(char *TextFileName,
   char *MidiFileName);
  char *GetErrorMsg() //获取错误信息
   { return(ErrorMsg);}
  private:
  char GetCurPaiSpeed(int n); //取当前拍的按下强度
  void WriteSoundSize(char ntrack,unsigned int );
  void SetOnePaiToneNum(int n)
   { OnePaiToneNum=n; };
  void SetOneVal(char *m) ; //取m大调或小调时,1的实际键值
  char GetToneNum(char c, //取记名对应的键值
   char flag) ;
  void WriteMHToFile(long length, //建立MIDI文件头
   int format,
   int ntracks,
   int PerPaiNum,
   FILE *fp);
  void WriteTHToFile(long lenght,
   FILE *fp); //建立MIDI磁道头
  void WriteTrackMsgToFile(FILE *fp);
  //将磁道音乐信息定入文件中
  void WriteSpeed(int speed);
  void SetPaiNum(int n)
   { PaiNum=n;}
  long NewLong(long n); //新的long值
  int NewInt(int n) //新的int值
   { return(n<<8|n>>8);}
  //将n改为可变长度,内入buf处
  void WriteLenghtToBuf(unsigned long n,
   char *buf);
  void ChangePrommgram(char channel, //设置音色
   char promgram);
  void NoteOn (char n, //演奏乐音
   char speed,
   unsigned long delaytime);
  void WriteNoteOn(char,char,char ,unsigned long) ;
  void WriteTextMsg(char *msg); //定一串文本信息
  void WriteTimeSignature(char n, //设置时间信息
   char d);
  void WriteTrackEndMsg(); //设置磁道结束信息
  };

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