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MIDI 文件格式基础备忘

基本概念与构成

    MIDI 是一种音频格式, 它用来描述声音在什么时间以什么音色多高的音调被发出或终止.
    一个 MIDI 文件中通常包含多个音轨 (track), MIDI 文件可以配置多个音轨以并行方式播放还是串行方式播放, 一般应用上多个音轨当然是同时播放比较好.
    为什么要有多个音轨呢? 这个... 写代码的时候一般也不会把所有代码塞在一个函数里面吧.
    而一个音轨就是一系列事件构成的. 事件包括了演奏或停止直接与发声有关的, 以及换乐器这样的控制指令.

文件内容组成

    MIDI 文件全景可以用下面的产生式来描述.
MIDI =>
    文件头部信息 音轨集

# 至少得有一个音轨
音轨集 =>
    音轨 音轨集
    |
    音轨
    下面解释其中的细节.

文件头部信息详情

文件头部信息 =>
    "MThd" 0x00000006 音轨类型 音轨数 节拍描述
    任何 MIDI 文件开头都由 "MThd" 四个字母 ASCII 码构成.
    接下来 0x00000006 是一个四字节类似大端码表示的整数 (是 0x00 0x00 0x00 0x06 而不是 0x06 0x00 0x00 0x00), 它的含义是文件头部剩下多少个字节. 本来这东西设计是可变的, 不过实际上后面 "音轨类型" "音轨数" "节拍描述" 每个都是固定的 2 字节, 因此这里直接填 6 就行.

    音轨类型有三种取值
  • 0 : 只有一个音轨
  • 1 : 多个音轨, 同时播放
  • 2 : 多个音轨, 串行播放
一般来说这个就取 1 (同样编码为 0x00 0x01, 而不是 0x01 0x00, 后面的音轨数, 节拍描述同样).

    音轨数也是一个 2 字节整数, 表示后面实际含有的音轨数量.
    节拍描述是一个 2 字节整数, 表示一个四分音符 tick 数. (本人没学过乐理, 这信息是照搬过来的)

音轨结构详情

音轨 =>
    "MTrk" 音轨内容长度 事件集 0x00ff2f00
    类似整个文件的开头, 音轨开头固定由 "MTrk" 四个字符填充. 此外, 音轨以固定的四字节 0x00 0xff 0x2f 0x00 结尾.
    音轨内容长度是 4 字节整数, 大端表示. 这个整数指示音轨中事件集的字节数加上末尾的 0x00ff2f00 填充物这 4 个字节.

事件集与事件结构

事件集 =>
    事件 事件集
    |
    ε

事件 => 相对时间 事件类型 事件参数
    相对时间是一个整数, 单位是 tick, 指的是该事件相对于上一个事件延迟多久. 如第一个事件发生在 0x08, 第二个事件的相对时间如果是 0x18, 则实际发生时间会是 0x20.
    比较麻烦的是, 这个时间并不是固定字节长度的, 它的构成大概如下:
  • 如果这个数在 0~127 之间, 则用 1 字节表示, 否则
  • 最后一个字节存放这个数对 128 的模, 再将这个数地板除 128 得到的商以递归的方式在前面 (较低位置) 表示
  • 除了最后一个字节, 其它字节最高为均为 1 (这样判别何处结束)

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