MIDI文件学习笔记

1. MIDI(Musical Instrument Digital Interface)概述

  1.1. 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”。(来自百度百科——MIDI)

2. MIDI文件格式

  2.1. 一个MIDI文件格式是由一个头块和若干个轨道块组成的。

  2.2. 头块的格式是“4D 54 68 64 00 00 00 06 ff ff nn nn dd dd”，其中“4D 54 68 64”是头块标记，后面紧接的4位表示头块的大小，现行的格式中头块固定为6个字节大小。“ff ff”指的是文件的格式，“nn nn”是MIDI文件中的轨道数，“dd dd”是每个4分音符tick数。

  2.3. 每个轨道块的格式是由轨道头和若干事件组成的，轨道头的格式是“4D 54 72 6B xx xx xx xx”，其中“4D 54 72 6B”是轨道块标记，后面紧接的4位表示该轨道块的大小(不包括轨道头)。

  2.4. 轨道块中有若干MIDI事件、非MIDI事件和系统码事件，其中非MIDI事件也叫meta事件。

  2.5. 每个事件之前都会有一个delta-time，这个delta-time不同于头块里的delta-time，这里表示紧随其后的事件距离上一个事件的时间间隔，注意，如果是多轨同步，所有轨道块都是同时开始的，所以每个轨道块的第一个事件前面的delta-time都是距离开始的时间间隔。

3. delta-time(以tick为时间单位)

  3.1. delta-time的格式：用多个字节表示，每个字节最高位是标志位(tick >= 128 ? 1 : 0)，其余7位是数值，最后一个字节的标志位为0，所以读取时只需要逐个字节地读，读到最高位是0的字节停止。

  3.2. delta-time的16进制转10进制：首先将每个字节最高位设为0，将每个字节分别转成10进制，再分别乘以128的n次方(n = delta-time字节长度 - 1 - i，i为第i个字节，从0开始)。

  3.3. 将delta-time转成绝对时间(秒、毫秒、微秒等)：找到命令码为“51”的meta事件，紧随其后的3个字节表示1个4分音符的微秒数，头块中的delta-time表示1个4分音符的tick数，两者相除可以得到1个tick的微秒数，再将转成10进制的delta-time数值乘以1个tick的微秒数，即可得到每个delta-time的微秒数。

4. MIDI事件

  4.1. MIDI事件格式：通常以一个字节(大于128)的命令码开始，如果delta-time结束之后的那个字节小于128，则是缺省命令码的MIDI事件(只有数据)，沿用上个MIDI事件的命令码。命令码最常用的是8x(松开音符)、9x(按下音符)。命令码之后是对应的参数数据，8x、9x的参数都是两个字节：音符、速度(力度)。参数数据之后就是下一个事件的delta-time。

  4.2. 获取音符事件就是从MIDI事件中获取。

5. meta事件

  5.1. meta事件格式：固定开头：“ff”，紧接着就是命令码，常见的有“51”：3个字节数据，1个4分音符的微秒数；“58”：4个字节数据，节拍分子、节拍分母、节拍器时钟、1个4分音符包括的32分音符的个数；“59”：2个字节数据，升降号数(-7~-1：降号；0：c；1~7：升号)、大小调(0：大调；1：小调)，再接着是数据长度，最后是数据。

  5.2. meta事件部分解析时可能会有错，但是如果meta事件都在一个轨道块中的话，对音符获取影响不大(只需要获取到必要的数据即可，比如“51”命令的参数数据)。

6. 系统码事件

  6.1. 系统码事件格式：固定开头：“f0”，以“f7”结尾。

  6.2. 因为系统码事件在MIDI事件中不常见，所以没有深究。

7. 音符

  7.1. 通过音符的16进制数求音符的符号(音名加音阶)：假设音符是Ni，N是音名，i是音阶。公式：N = B mod 12；i = B div 12 - 1，其中B表示音符字节的10进制数。

  7.2. N的10进制数值参照下表：

8. Java读取MIDI文件

  8.1. 用FileInputStream，以字节位单位来读取。将读取到的字节存到数组中，之后处理数组即可。

9. MP3转MIDI文件

  9.1. 可以用现有的软件来处理，比如cakewalk，widi等等。

  9.2. 也可以到某些音乐网站上下载MIDI音乐，比如MidiShow。

10. 主要参考文献

  10.1. MIDI歌曲解析

  10.2. 标准MIDI格式