MIDI原理与开发应用

《MIDI原理与开发应用》笔记第一章计算机音乐概论1.MIDI(MusicalInstrumentDigitalInterface)协议发展过程：1983年MIDI协议1.01990年Roland公司：GS标准1991年国际乐器制造协会：GeneralMIDI(GM协议)，规定MIDI音色排序表，收录常用16类乐器，每类各8种音色，一共有128种音色1994年YAMAHA公司：XG音源标准2.数字声频主要格式扩展名说明Aiff(AudioInterchangeFileFormat)Apple计算机上的声音文件存储格式Au(Audio)Sun,NeXT公司的声音文件存储格式Mp2MPEG-1AudioLayerI,IIMp3MPEG-1AudioLayerIIIMp4MPEG-4Audio/VideooggOggVorbis的声频文件格式Rm(RealMedia)RealNetworks公司的流式媒体文件格式Ra(RealAudio)RealNetworks公司的流式媒体文件格式Voc(Voice)CreativeLabs公司的声音文件格式Wav(Waveform)Windows米用的波形声音文件存储格式Wma(WindowsMediaAudio)Microsoft公司的流式声频文件格式Wav格式：基于PCM编码的WAV文件是音质最好的声频文件格式。采用44.1kHz的取样频率和16bit量化位数的WAV音质可以与CD音质相差无几。Mp3格式：12：1压缩比，接近CD音质Mp3PR0，在基本不改变文件大小的情况下改善原先的Mp3文件音质。Wma格式：支持流技术，即边读边放，实现在线广播。压缩率18：1,还可通过DRM加入防复制功能,可用来保护版权。根据码率和取样率的不同，WMA与MP3音质各有高低。Ra/Rm/Rmx格式：可实时传输声频信息，主要适用于网络在线播放。除了边读边放，还支持使用特殊协议来隐匿文件真实网络地址，从而提供只播放不下载的欣赏方式。3.基于数字声频技术的音乐制作方法MJ期控制習音序黑 混合 ►AT) 默 ・ ►压缩■AD数滞记录■-音乐产品*4.乐理基础人耳感知范围：20Hz-20kHz乐音的三（四）大要素：响度（振幅大小决定）、音高（振动频率——基频决定）、音色/音品（声音的频谱成分决定）、时值（具有相对性）基音与泛音：基音又称主频，基频，泛音又称谐频。弦的振动形成的声波中最低频率称基音，基他基频整数倍的频率为泛音。基音决定声调，泛音决定音色。节拍：2/4表示以四分音符为一拍，每小节二拍。速度（Tempo）：J=120表示每分钟演奏120个四分音符。这种速度下，每个四分音符时值为0.5秒。织体：由主旋律（音乐主线条），副旋律（主旋律陪衬），和声层，低音层（支撑音乐），节奏层（一般由打击乐、短乐或噪声组成，稳定音乐的行进速度，烘托音乐气氛）等组成。第二章MIDI技术详解1.MIDI硬件规范MIDI接口包含3种不同的连接器：IN,OUT,THRU（穿越，用于菊花式链接多个MIDI设备）。菊花式链接设备：方法一：设备1的THRU连设备2的IN,设备2的THRU连设备3的IN。方法二：设备1的OUT连设备2的IN,设备2的OUT连设备3的IN。MIDI控制器：当作乐器使用的一种设备，它能把演奏转换成实时的MIDI数据流。MIDI音序器：允许MIDI数据被捕获、存储、编辑、组合和重奏的装置。MIDI数据流是单向异步的数据位流，常由MIDI控制器产生，比如乐器键盘、吉他等；也常由MIDI音序器产生。MIDI合成器原理音乐合成器（音源）：对MIDI消息进行译码并执行收到的指令，从而产生出指定的音乐。有两种合成方法：频率合成方式和波形表合成方式。FM合成方式：通过组合各种波形产生复合乐音，来模拟各种乐器的声音。有好的听觉效果但难以产生逼真的乐音，有些乐音则几乎不能产生。波形表合成方式：乐音样本合成法。把真实乐器发出的声音波形以数字的形式记录下来，再根据需要以不同的速度将录音回放出来，以产生各种波形和各种音高的乐音，更加逼真。对真实乐器声音波形的记录可以是有限的样本，例如：钢琴有88个音阶或键，一般仅需对其中一个或两个8度音阶内的12个-24个琴音进行采样并存储，利用这些音的采样值并配合不同的回放速度就可以产生出全部的88个音。MIDI信息标准GeneralMIDI标准：制定了一份MIDI乐器应当遵从的音色排序表，共128种音色（16组乐器，每组定义了8种乐器音色），包含了常用的乐器及一些音效，并规定了47种打击乐器在键盘上的对应位置。其中打击乐使用第10通道，旋律乐器使用1-9和11-16号通道。一个MIDI消息由1个8位的状态字节并通常跟着2个数据字节组成。状态字节最高有效位设成1,因而他总不小于80H，低4位用来表示这个MIDI消息是属于哪个通道，其余3位表示MIDI消息的类型；数据字节总是小于80H。MIDI消息分为通道消息和系统消息。通道消息：分两种。（1） 通道声源消息：它携带着演奏数据。（2） 通道方式消息：表示合成器响应MIDI数据的方式。系统消息：分三种。（1） 系统公共消息：它标识在系统中的所有接收器。（2） 系统实时消息：它用于MIDI部件之间的同步。（3） 系统独占消息：这是厂商的标识代码。消息格式：xmnnkk（1个状态字节+2个数据字节）Xm：状态字节。决定了8种MIDI命令和16个MIDI通道。Nn：数据字节。代表音符号、控制号等，取值0-127。Kk：代表按键、释放键力度（音量）等，取值0-127。例如：（1） 936068：音符开，4通道，音符为60，按键力度68。（2） 836068：音符关，4通道，音符为60，按键力度68。（3）93600：相当于（2）（4） C240：表示将第3道的音色改变为40号音色（小提琴音色编号）。MIDI文件：由一个头块（HeaderChunk）和紧接着的一个或多个音轨块（TrackChunk）。头块以MThd为标志，音轨块以MTrk为标志。MIDI文件的块结构：类型长度数据4字节4字节（规定的）长度举例：“4d54686400000006ffffnnnndddd”解说：“4d546864”是ASCII字符“MThd”“00000006”表明之后有6个字节。“ffff”定义了MIDI文件的格式类型：格式0为单音轨文件，格式1为多音轨文件，格式2为多音序器音轨文件。“nnnn”表示音轨块个数。“dddd”定义了MIDI事件的时间格式类型。音轨块数据：由一对或多对vdelta-time＞+vevent＞组成。vdelta-time＞是必需的，它指前一个事件到该事件的时间间隔，单位为tick。在连续的音轨块数据流中，每个MIDI事件前都必须有一个时间差参数vdelta-time＞,也就是“时间差参数+状态字节+数据字节”。举例：一个编号为3C的音，它的时值为一个四分音符，选用通道1,则相应的MIDI事件组合为：00（delta-time）903C40（通道1,开3C音）78（delta-time） 803C40（关3C音）Meta事件：vevent＞除了包括MIDI事件外，还包括Meta事件。Meta事件用来表示像track名称，歌词，提示点等，它并不作为MIDI消息被发送，但是它仍然是MIDI文件有用的组成部份。格式为：ffxxnndd。Ff：Meta事件的标志。Xx：描述Meta事件的类型，取值范围00-7F。Nn：紧跟其后的数据长度。Dd：数据MIDI文件举例：按照下面给出的曲谱，写出MIDI文件。1=C4/4 120拍/分I335i-I要求采用MIDI文件格式0来书写，音色为小号。定义一个时间分辨率，通常可设置一个四分音符的tick数为120（即78h），任选一通道：通道2。接下来写MIDI文件。先写头块：4d54686400000006,这是固定的格式。由于指定采

用格式0，所以接下来的格式参数应当是0000，再接下来写音轨数0001，再下面要指定基本时间，应当是0078，这样完整的头块为：4d546864000000060000000100783.由于定义了MIDI格式0所以只有一个音轨块。先写“MTrk”，即4d54726b,之后的数据长度XXXXXXXX先空着，最后再补。接下来写全局信息，全局信息是ff开头的Meta事件，Meta事件的时间差都为0,再之后逐一写通道2发生的所有MIDI事件。最后被上数据部分长度：72B（即48h）,即将xxxxxxxx写上00000048。写好的MIDI如下:J351.MID文件注释文件写好的MIDI如下:J351.MID文件注释文件注释文件注释文件注释文件注释文件注释文件注释文件注释文件注释4D54686400000006000000010078MThd参数长度6格式01音轨1/4音符4D54726B00000048MTrk音轨块长度00ff0308756E7469746C656400ff0102630A<delta-time>音轨名称untitled<delta-time>作者名称untitled001ff580404021808 00ff5902000000 ff510307A1<delta-time>拍子记号<delta-time>音调符号<delta-time>音符速度00C038009040643C4000<delta-time>通道1音色56<delta-time>开40音<delta-time>关40音004064 3C400020<delta-time>开40音00 4364<delta-time>开43音00 4864<delta-time>开48音00 ff2F00<delta-time>音轨结束<delta-time>关40音78 4300<delta-time>8170<delta-time>关43音4800关48音4.MIDI设备的同步MIDI规定以24PPQ（PulsePerQuartnote）作为MIDIClock系统的规格。即在一个四分音符的时间内，MIDI系统会发送出24个Real-timeMessages（实时同步信息），因此音乐的速度决定了这些Real-timeMessages发送时间的快慢。比如tempo=80拍/分钟，每秒将产生32个Real-timeMessages。（80/60*24=32）SMPTE（theSociety