MIDI原理与开发应用.docx

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1、MIDI 原理与开发应用笔记第一章 计算机音乐概论1. MIDIMusical Instrument Digital Interface协议进展过程： 1983 年 MIDI 协议 1.01990 年 Roland 公司：GS 标准1991 年国际乐器制造协会：General MIDIGM 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Aiff (Audio Interchange File Format) Au (Audio)Mp2 Mp3 Mp4 oggRm (R

2、ealMedia) Ra (RealAudio) Voc (Voice)Wav (Waveform)Wma (Windows Media Audio)说明Apple 计算机上的声音文件存储格式Sun, NeXT 公司的声音文件存储格式MPEG-1 Audio Layer I, IIMPEG-1 Audio Layer III MPEG-4 Audio/VideoOgg Vorbis 的声频文件格式RealNetworks 公司的流式媒体文件格式RealNetworks 公司的流式媒体文件格式Creative Labs 公司的声音文件格式Windows 承受的波形声音文件存储格式Microsof

3、t 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。承受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Mp3PRO，在根本不转变文件大小的状况下改善原先的Mp3 文件音质。Wma 格式：支持流技术，即边读边放，实现在线播送。压缩率18：1，还可通过DRM 参与防复制功能， 可用来保护版权。依据码率和取样率的不同，WMA 与 MP3 音质各有凹凸。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，还支持使用特别协议来隐匿文件真

4、实网络地址，从而供给只播放不下载的赏识方式。3. 基于数字声频技术的音乐制作方法4. 乐理根底人耳感知范围：20Hz - 20kHz乐音的三四大要素：响度振幅大小打算、音高振动频率基频打算、音色/音品声音的频谱成分打算、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。基音打算声调，泛音打算音色。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

5、层一般由打击乐、短乐或噪声组成，稳定音乐的行进速度，衬托音乐气氛等组成。其次章 MIDI 技术详解1. MIDI 硬件标准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 把握器：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

6、是单向异步的数据位流，常由 MIDI 把握器产生，比方乐器键盘、吉他等；也常由 MIDI 音序器产生。2. MIDI 合成器原理音乐合成器音源：对 MIDI 消息进展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 依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

7、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 个琴音进展采样并存储，利用这些音的采样值并协作不同的回放速度就可以产生出全部的88 个音。3. MIDI 信息标准General MIDI 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

8、 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：它标识在系统中的全部接收器。（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：xm nn kk1 个状态字节+2 个数据字节 Xm：状态字节。打算了 8 种 MIDI 命令和 16 个 MIDI 通道。Nn：数据字节。代表

9、音符号、把握号等，取值0-127。Kk：代表按键、释放键力度音量等，取值0-127。例如：193 60 68：音符开，4 通道，音符为 60，按键力度 68。283 60 68：音符关，4 通道，音符为 60，按键力度 68。393 60 0 ：相当于2（4） C2 40：表示将第 3 道的音色转变为 40 号音色小提琴音色编号。MIDI 文件：由一个头块Header Chunk和紧接着的一个或多个音轨块Track Chunk。头块以 MThd 为标志，音轨块以MTrk 为标志。MIDI 文件的块构造：类型4 字节长度4 字节数据规定的长度举例：“4d 54 68 64 00 00 00 06

10、 ff ff nn nn dd dd”。讲解：“4d 54 68 64”是ASCII 字符“MThd”，“00 00 00 06”说明之后有 6 个字节。“ff ff”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。“nn nn”表示音轨块个数。“dd dd”定义了MIDI 大事的时间格式类型。音轨块数据：由一对或多对+组成。是必需的，它指前一个大事到该大事的时间间隔，单位为tick。在连续的音轨块数据流中，每个MIDI 大事前都必需有一个时间差参数，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

11、一个四分音符，选用通道 1，则相应的 MIDI 大事组合为：00delta-time 90 3C 40通道 1，开 3C 音 78delta-time 80 3C 40关 3C 音Meta 大事：除了包括MIDI 大事外，还包括Meta 大事。Meta 大事用来表示像track 名称，歌词，提示点等，它并不作为MIDI 消息被发送，但是它照旧是MIDI 文件有用的组成部份。格式为：ff xx nn dd。Ff：Meta 大事的标志。Xx：描述Meta 大事的类型，取值范围 00-7F。Nn：紧跟其后的数据长度。Dd：数据MIDI 文件举例：依据下面给出的曲谱，写出MIDI 文件。1 = C4/

12、4120 拍/分| 3 3 5 i - |要求承受MIDI 文件格式 0 来书写，音色为小号。1. 定义一个时间区分率，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。2. 接下来写MIDI 文件。先写头块：4d 54 68 64 00 00 00 06，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00 00，再接下来写音轨数00 01，再下面要指定根本时间，应当是 00 78，这样完整的头块为：4d 54 68 64 00 00 00 06 00 00 00 01 00 783. 由于定义了MIDI 格式 0，所以只有一个音轨块。先写“MT

13、rk”，即 4d 54 72 6b，之后的数据长度 xx xx xx xx 先空着，最终再补。接下来写全局信息，全局信息是ff 开头的 Meta 大事，Meta 大事的时间差都为 0，再之后逐一写通道2 发生的全部MIDI 大事。最终被上数据局部长度：72B即 48h，马上 xx xx xx xx 写上 00 00 00 48。写好的MIDI 如下： J351.MID文件：4D 54 68 6400 00 00 0600 0000 0100 78注释： MThd参数长度 6格式 01 音轨 1/4 音符文件：4D 54 72 6B00 00 00 48注释： MTrk音轨块长度文件：00ff

14、03 08 75 6E 74 69 74 6C 65 6400ff 01 02 63 0A注释：音轨名称untitled作者名称untitled文件：00ff 58 04 04 02 18 0800ff 59 02 00 0000ff 51 03 07 A1 20注释：拍子记号音调符号 音符速度文件：00C0 380090 40 643C40 00注释： 通道 1 音色 56开 40 音关 40 音文件：0040 643C40 00注释： 开 40 音 关 40 音文件：0043 647843 00注释： 开 43 音 关 43 音文件：0048 6481 7048 00注释： 开 48 音

15、关 48 音文件：00ff 2F 00注释： 音轨完毕4. MIDI 设备的同步MIDI 规定以 24PPQPulse Per Quartnote作为 MIDI Clock 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-time Messages实时同步信息，因此音乐的速度打算了这些Real-time Messages 发送时间的快慢。比方tempo = 80 拍/分钟，每秒将产生 32 个 Real-time Messages。80/60*24=32SMPTEthe Society of Motion Picture and Television Engin

16、eers，电影电视工程协会：为了解决影音的同步问题， 就制定了用于同步的 SMPTE 时间码， 该编码显示方法为： Hour:Minute:Second:Frame时：分：秒：帧。SMPTE 时间码格式较多，举例如下：（1） SMPTE25 EBU 格式：25 帧/秒（2） SMPTE24 Film Sync 格式：24 帧/秒（3） SMPTE30 Non-Drop 格式：30 帧/秒（4） SMPTE30 Drop 格式：29.97 帧/秒要处理声频和视频同步，难点就在于，MIDI 音序和数码声频工作站使用的SMPTE 时间码， 与视频系统的 SMPTE 时间码必需是统一的。MIDI、声频和视频在同步处理时，共同承受SMPTE30 Non-Drop 格式，但视频是以 29.97 帧/秒播放，所以SMPTE30 Drop 格式诞生了。但由于SMPTE30 Drop 时间与现实世界时间存在差异，所以它力图通过“丢弃”一些帧数来弥补这种差异。MTC 时间编码：由于MIDI Clock 只能用于MIDI 设备间的连接，为了让MIDI 设备能与其他设备同步连接，这种完全兼容 SMPTE 时间编码的MIDI 同步信号MTC 时间码就诞生了。