什么是MIDI?

关于MIDI的定义

MIDI(Musical Instrument Digital Interface)乐器数字接口 ，是20 世纪80 年代初为解决电声乐器之间的通信问题而提出的。MIDI是编曲界最广泛的音乐标准格式，可称为“计算机能理解的乐谱”。它用音符的数字控制信号来记录音乐。一首完整的MIDI音乐只有几十KB大，而能包含数十条音乐轨道。几乎所有的现代音乐都是用MIDI加上音色库来制作合成的。MIDI 传输的不是声音信号， 而是音符、控制参数等指令, 它指示MIDI 设备要做什么，怎么做， 如演奏哪个音符、多大音量等。它们被统一表示成MIDI 消息(MIDI Message) 。传输时采用异步串行通信, 标准通信波特率为31.25×( 1±0.01) KBaud。 –来自百度百科

MIDI常用的标准协议GM、GS、XG

• GS:MIDI这种播放指令序列文件是乐器数字化接口的简写，是由日本和美国几家著名电子乐器厂商于1983年共同制定的数字音乐/电子合成器的统一国际标准，它的出现解决了各个不同厂商之间的数字音乐乐器的兼容问题！日本罗兰公司于1984年提出了GS标准，大大增强了音乐的表现力。
• GM:为了更有利于音乐家广泛地使用不同的合成器设备和促进MIDI文件的交流，国际MIDI生产者协会（MMA）在1991年制定了通用MIDI标准——GM，该标准是以日本Roland公司的通用合成器GS标准为基础而制订的
• XG:YAMAHA公司在GM标准上于1994年推出了自己的XG的MIDI格式，增加了更多数量的乐器组，扩大了MIDI标准定义范围，在专业音乐范围内得到广泛的应用！

General MIDI 标准

钢琴

MIDI插孔

传统接口

Type-B接口

以上只列举两种常见的接口

MIDI数据解析

头部数据

音轨块

MIDI事件

MIDI文件组成

<文件头块> + <音轨块数据>
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1. 文件头块

<标志符串>(4字节) + <头块数据区长度>(4字节) + <头块数据区>(6字节)
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• 标志符串，指的是”MThd”或”MTrk”，MThd是头块类型，MTrk是音轨类型。所以头块标志就是MThd的ASCII码，用十六进制表示就是4d 54 68 64。

• 头块数据区长度，指的是后面接着的头块数据区长度，因为长度是6字节，所以固定显示为00 00 00 06。

• 头块数据区，共有6字节，分别为ff ff nn nn dd dd。

  • 前两个字节ff ff 指定midi文件格式

  00 00 表示只含一个音轨
  00 01 表示含有多个同步音轨
  00 10 表示含有多个独立音轨
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  • nn nn 指定轨道数，一般都会大于1，因为除了演播主音轨外，还会有全局音轨。
  • dd dd 指定基本时间格式

  dd dd 的最高位为标记位，
  0为采用ticks计时，后面的数据为一个4分音符的ticks；
  1为SMPTE格式计时，后面的数值则是定义每秒中SMTPE帧的数量及每个SMTPE帧的tick。
  用我们举例的midi来看看，dd dd 的数据为01 E0，表示采用ticks计时，1E0转十进制为480，也就是每个4分音符，包含480ticks。后面事件时间都是以ticks为单位。
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2. 音轨块

<标志符串>(4字节) + <音轨块数据区长度>(4字节) + <音轨块数据区>(多个MIDI事件构成)
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• 上面说过，音轨块的标志符串为”MTrk”，也是记录ASCII码，用十六进制表示就是4d 54 72 6b。音轨块数据区长度也为固定4字节，指定后面的数据区长度。

• MIDI事件的构成

  <delta time> + <MIDI 消息>
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  • 其中delta time 就是采用动态字节来表示，单位就是tick。
  • MIDI 消息，由一个状态字节 + 多个数据字节 构成。状态字节可以理解为方法，数据字节可以理解为这个方法的参数。
  • 状态字节的最高位永远为1，因为它的范围介于128~ 255之间，而数据字节最高位永远为0，所以的它的范围介于0 ~ 127 之间。
  • 消息根据性质可分成通道消息和系统消息两大类。
    通道消息是对单一的MIDI Channel起作用，其Channel是利用状态字节的低 4 位来表示，从0F共有16个。下表为通道消息的同类，其中X为016.

• 还有一种特殊的状态字节FF,表示非MIDI事件(Non- MIDI events)，也叫meta-event（元事件）。元事件的语法定于如下：

  FF + <种类字节>(1字节) + <数据字节长度> + <数据字节>
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  FF的部分功能，其他如果数据字节数不是固定，而是有前面的动态字节制定，则用--表示

  种类	功能描述	数据字节长度	数据字节描述
  00	设置轨道音序	2	音序号 00 00-FF FF
  01	文字事件	—	文本信息
  02	版权公告	—	版权信息
  03	指定歌曲/音轨的名称	—	歌曲名称(用于全局音轨时)/音轨的名称
  04	指定乐器	—	乐器名称
  05	歌词	—	歌词
  06	标记	—	标记(通常在一个格式0的音轨，或在格式1的第一个音轨。)
  07	注释	—	描述一些在这一点上发生的动作或事件
  2F	音轨终止	—	音轨结束标志(必须有的)
  51	指定速度	—	设定速度，以微妙为单位，是四分音符的时值
  58	指定节拍	—	略

软音源

iOS支持的数据格式

iOS支持的数据格式为sf2 (SoundFont v2.0)

音色库

SoundFont 声音字体即 音色库，也叫做软音源

音色的组成

Samples(单音) -> Instruments(组音) -> Presents (预设)

检测音色库的音源种类

有一个叫 Polyphone 的软件可以打开软音源，可以检测里面的单音数量
有的sf2文件只有一个单音，钢琴的，有的包含 128中（标准MIDI ,GM规定的128中）+ 中音源，这样的才能做音色切换

下章：iOS设备上开发一个MIDI文件播放器，切换音源，并且做响应的操作