MIDI原理與開發(fā)應用

《MIDI原理與開發(fā)應用》筆記第一章計算機音樂概論1.MIDI(MusicalInstrumentDigitalInterface)協(xié)議發(fā)展過程：1983年MIDI協(xié)議1.01990年Roland公司：GS標準1991年國際樂器制造協(xié)會：GeneralMIDI(GM協(xié)議)，規(guī)定MIDI音色排序表，收錄常用16類樂器，每類各8種音色，一共有128種音色1994年YAMAHA公司：XG音源標準2.數字聲頻主要格式擴展名說明Aiff(AudioInterchangeFileFormat)Apple計算機上的聲音文件存儲格式Au(Audio)Sun,NeXT公司的聲音文件存儲格式Mp2MPEG-1AudioLayerI,IIMp3MPEG-1AudioLayerIIIMp4MPEG-4Audio/VideooggOggVorbis的聲頻文件格式Rm(RealMedia)RealNetworks公司的流式媒體文件格式Ra(RealAudio)RealNetworks公司的流式媒體文件格式Voc(Voice)CreativeLabs公司的聲音文件格式Wav(Waveform)Windows米用的波形聲音文件存儲格式Wma(WindowsMediaAudio)Microsoft公司的流式聲頻文件格式Wav格式：基于PCM編碼的WAV文件是音質最好的聲頻文件格式。采用44.1kHz的取樣頻率和16bit量化位數的WAV音質可以與CD音質相差無幾。Mp3格式：12：1壓縮比，接近CD音質Mp3PR0，在基本不改變文件大小的情況下改善原先的Mp3文件音質。Wma格式：支持流技術，即邊讀邊放，實現(xiàn)在線廣播。壓縮率18：1,還可通過DRM加入防復制功能,可用來保護版權。根據碼率和取樣率的不同，WMA與MP3音質各有高低。Ra/Rm/Rmx格式：可實時傳輸聲頻信息，主要適用于網絡在線播放。除了邊讀邊放，還支持使用特殊協(xié)議來隱匿文件真實網絡地址，從而提供只播放不下載的欣賞方式。3.基于數字聲頻技術的音樂制作方法MJ期控制習音序黑 混合 ?AT) 默 ? ?壓縮■AD數滯記錄■-音樂產品*4.樂理基礎人耳感知范圍：20Hz-20kHz樂音的三（四）大要素：響度（振幅大小決定）、音高（振動頻率——基頻決定）、音色/音品（聲音的頻譜成分決定）、時值（具有相對性）基音與泛音：基音又稱主頻，基頻，泛音又稱諧頻。弦的振動形成的聲波中最低頻率稱基音，基他基頻整數倍的頻率為泛音?；魶Q定聲調，泛音決定音色。節(jié)拍：2/4表示以四分音符為一拍，每小節(jié)二拍。速度（Tempo）：J=120表示每分鐘演奏120個四分音符。這種速度下，每個四分音符時值為0.5秒?？楏w：由主旋律（音樂主線條），副旋律（主旋律陪襯），和聲層，低音層（支撐音樂），節(jié)奏層（一般由打擊樂、短樂或噪聲組成，穩(wěn)定音樂的行進速度，烘托音樂氣氛）等組成。第二章MIDI技術詳解1.MIDI硬件規(guī)范MIDI接口包含3種不同的連接器：IN,OUT,THRU（穿越，用于菊花式鏈接多個MIDI設備）。菊花式鏈接設備：方法一：設備1的THRU連設備2的IN,設備2的THRU連設備3的IN。方法二：設備1的OUT連設備2的IN,設備2的OUT連設備3的IN。MIDI控制器：當作樂器使用的一種設備，它能把演奏轉換成實時的MIDI數據流。MIDI音序器：允許MIDI數據被捕獲、存儲、編輯、組合和重奏的裝置。MIDI數據流是單向異步的數據位流，常由MIDI控制器產生，比如樂器鍵盤、吉他等；也常由MIDI音序器產生。MIDI合成器原理音樂合成器（音源）：對MIDI消息進行譯碼并執(zhí)行收到的指令，從而產生出指定的音樂。有兩種合成方法：頻率合成方式和波形表合成方式。FM合成方式：通過組合各種波形產生復合樂音，來模擬各種樂器的聲音。有好的聽覺效果但難以產生逼真的樂音，有些樂音則幾乎不能產生。波形表合成方式：樂音樣本合成法。把真實樂器發(fā)出的聲音波形以數字的形式記錄下來，再根據需要以不同的速度將錄音回放出來，以產生各種波形和各種音高的樂音，更加逼真。對真實樂器聲音波形的記錄可以是有限的樣本，例如：鋼琴有88個音階或鍵，一般僅需對其中一個或兩個8度音階內的12個-24個琴音進行采樣并存儲，利用這些音的采樣值并配合不同的回放速度就可以產生出全部的88個音。MIDI信息標準GeneralMIDI標準：制定了一份MIDI樂器應當遵從的音色排序表，共128種音色（16組樂器，每組定義了8種樂器音色），包含了常用的樂器及一些音效，并規(guī)定了47種打擊樂器在鍵盤上的對應位置。其中打擊樂使用第10通道，旋律樂器使用1-9和11-16號通道。一個MIDI消息由1個8位的狀態(tài)字節(jié)并通常跟著2個數據字節(jié)組成。狀態(tài)字節(jié)最高有效位設成1,因而他總不小于80H，低4位用來表示這個MIDI消息是屬于哪個通道，其余3位表示MIDI消息的類型；數據字節(jié)總是小于80H。MIDI消息分為通道消息和系統(tǒng)消息。通道消息：分兩種。（1） 通道聲源消息：它攜帶著演奏數據。（2） 通道方式消息：表示合成器響應MIDI數據的方式。系統(tǒng)消息：分三種。（1） 系統(tǒng)公共消息：它標識在系統(tǒng)中的所有接收器。（2） 系統(tǒng)實時消息：它用于MIDI部件之間的同步。（3） 系統(tǒng)獨占消息：這是廠商的標識代碼。消息格式：xmnnkk（1個狀態(tài)字節(jié)+2個數據字節(jié)）Xm：狀態(tài)字節(jié)。決定了8種MIDI命令和16個MIDI通道。Nn：數據字節(jié)。代表音符號、控制號等，取值0-127。Kk：代表按鍵、釋放鍵力度（音量）等，取值0-127。例如：（1） 936068：音符開，4通道，音符為60，按鍵力度68。（2） 836068：音符關，4通道，音符為60，按鍵力度68。（3）93600：相當于（2）（4） C240：表示將第3道的音色改變?yōu)?0號音色（小提琴音色編號）。MIDI文件：由一個頭塊（HeaderChunk）和緊接著的一個或多個音軌塊（TrackChunk）。頭塊以MThd為標志，音軌塊以MTrk為標志。MIDI文件的塊結構：類型長度數據4字節(jié)4字節(jié)（規(guī)定的）長度舉例：“4d54686400000006ffffnnnndddd”解說：“4d546864”是ASCII字符“MThd”“00000006”表明之后有6個字節(jié)。“ffff”定義了MIDI文件的格式類型：格式0為單音軌文件，格式1為多音軌文件，格式2為多音序器音軌文件?！皀nnn”表示音軌塊個數?！癲ddd”定義了MIDI事件的時間格式類型。音軌塊數據：由一對或多對vdelta-time＞+vevent＞組成。vdelta-time＞是必需的，它指前一個事件到該事件的時間間隔，單位為tick。在連續(xù)的音軌塊數據流中，每個MIDI事件前都必須有一個時間差參數vdelta-time＞,也就是“時間差參數+狀態(tài)字節(jié)+數據字節(jié)”。舉例：一個編號為3C的音，它的時值為一個四分音符，選用通道1,則相應的MIDI事件組合為：00（delta-time）903C40（通道1,開3C音）78（delta-time） 803C40（關3C音）Meta事件：vevent＞除了包括MIDI事件外，還包括Meta事件。Meta事件用來表示像track名稱，歌詞，提示點等，它并不作為MIDI消息被發(fā)送，但是它仍然是MIDI文件有用的組成部份。格式為：ffxxnndd。Ff：Meta事件的標志。Xx：描述Meta事件的類型，取值范圍00-7F。Nn：緊跟其后的數據長度。Dd：數據MIDI文件舉例：按照下面給出的曲譜，寫出MIDI文件。1=C4/4 120拍/分I335i-I要求采用MIDI文件格式0來書寫，音色為小號。定義一個時間分辨率，通常可設置一個四分音符的tick數為120（即78h），任選一通道：通道2。接下來寫MIDI文件。先寫頭塊：4d54686400000006,這是固定的格式。由于指定采

用格式0，所以接下來的格式參數應當是0000，再接下來寫音軌數0001，再下面要指定基本時間，應當是0078，這樣完整的頭塊為：4d546864000000060000000100783.由于定義了MIDI格式0所以只有一個音軌塊。先寫“MTrk”，即4d54726b,之后的數據長度XXXXXXXX先空著，最后再補。接下來寫全局信息，全局信息是ff開頭的Meta事件，Meta事件的時間差都為0,再之后逐一寫通道2發(fā)生的所有MIDI事件。最后被上數據部分長度：72B（即48h）,即將xxxxxxxx寫上00000048。寫好的MIDI如下:J351.MID文件注釋文件寫好的MIDI如下:J351.MID文件注釋文件注釋文件注釋文件注釋文件注釋文件注釋文件注釋文件注釋文件注釋4D54686400000006000000010078MThd參數長度6格式01音軌1/4音符4D54726B00000048MTrk音軌塊長度00ff0308756E7469746C656400ff0102630A<delta-time>音軌名稱untitled<delta-time>作者名稱untitled001ff580404021808 00ff5902000000 ff510307A1<delta-time>拍子記號<delta-time>音調符號<delta-time>音符速度00C038009040643C4000<delta-time>通道1音色56<delta-time>開40音<delta-time>關40音004064 3C400020<delta-time>開40音00 4364<delta-time>開43音00 4864<delta-time>開48音00 ff2F00<delta-time>音軌結束<delta-time>關40音78 4300<delta-time>8170<delta-time>關43音4800關48音4.MIDI設備的同步MIDI規(guī)定以24PPQ（PulsePerQuartnote）作為MIDIClock系統(tǒng)的規(guī)格。即在一個四分音符的時間內，MIDI系統(tǒng)會發(fā)送出24個Real-timeMessages（實時同步信息），因此音樂的速度決定了這些Real-timeMessages發(fā)送時間的快慢。比如tempo=80拍/分鐘，每秒將產生32個Real-timeMessages。（80/60*24=32）SMPTE（theSociety