【文件结构】MIDI文件的结构和完整的读取方法
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MIDI文件是一种多媒体音乐文件。不同于别的音乐文件，MIDI文件只记录曲谱。播放的时候，软件会读取MIDI文件的内容，然后把曲谱发送给声卡，由声卡模拟发音。相对于留声机原理的音乐文件（MP3、OGG、AMR、WAV、FLAC、AAC等），这种记录曲谱的文件更小，更容易创作。缺点是因为声音是软件模拟发出的，音质不能得到保证，而且不同的声卡有不同的发音效果，因此MIDI文件的播放效果不能得到保证。不过为此，微软提供了软波表合成器，使用微软的软波表可以实现MIDI文件效果的统一。
著名的游戏《恶魔之星III》（俗称“雷电3”）的背景音乐就是用MIDI音乐播放的效果。微软DirectX的组件DirectMusic就能用于播放MIDI音乐。
MIDI文件大体上分两个部分：文件头和音轨。
文件头由14个字节组成。开头是文件标识“MThd”，之后是一个Big-Endian存储的DWORD，值通常为6。这个值的意义是“文件头的信息所占字节数”，也就是文件头接下来6个字节的字节数（就是6了嘛）。之后的6个字节，其实是3个Big-Endian存储的WORD，分别是类型字，音轨数，每四分音符的Tick数。类型字有三个值：0表示这个文件只有一个音轨，1表示这个文件有多个音轨，播放的时候要同步播放所有音轨，2表示这个文件虽然有多个音轨，但是播放的时候必须一个音轨一个音轨的播放。
用一个结构体来描述MIDI文件头的结构：typedef struct
{
DWORD dwFlag; //MThd标识
DWORD dwRestLen; //剩余部分长度
WORD wType; //类型
WORD wNbTracks; //音轨数
WORD wTicksPerCrotchet;//每四分音符的Tick数
}MIDIHeader;以上就是文件头了。然后就是文件的重要部分：文件内容了。
文件内容由多个音轨组成，每个音轨的开头都是这样的结构：4字节的音轨标识"MTrk"，4字节以Big-Endian存储的音轨字节数。如下所示：typedef struct
{
DWORD dwFlag; //为0x6B72544D，即"MTrk"
DWORD dwTrackLen; //音轨长度（除去音轨头部以外的字节数）(Big-Endian)
}MIDITrack;其中dwTrackLen的值，是整个音轨的字节数减去音轨头部的8个字节。
每个音轨，除去音轨头部以外，剩下的就是主要的文件内容了。在介绍文件内容以前，我觉得有必要科普一下MIDI文件所用的“动态字节”是怎么回事。
首先这个动态字节存在的意义是为了减少一个数字的存储空间。1个字节是8位，我们拿出其中的低7位存储数字，那么我们能存储的范围是0-127，如果我们要存储的数字在这个范围内的话，我们就把最高位设置为0。而如果我们要存储的数字超出了0-127这个范围，那么我们就把最高位设置为1，然后记录下高7位，剩下的留给下一个字节。假设我们要存储111这个数字，因为它的值在0-127范围内，我们可以只用一个字节存储：01101111b。而假设我要存储333这个数字，把它转换成二进制的时候是101001101b，超出了7位能存储的范围，那么我们先提取出它的高7位和低7位：0000010和1001101.然后我们用这样的两个字节存储：10000010b和01001101b.当我们读取动态字节的时候，我们先读取一个字节，记录它的低7位，然后判断它的最高位来判断是否需要继续读取下一个字节。
以下VB代码用于展示读取动态字节的方法。调用的时候，以文件号1打开文件，然后用Seek #1定位文件指针，最后调用它来读取动态字节。'读取动态字节
Function ReadDynamicBytes(ValueOut As Long) As Long '返回读取的字节数
Dim OneByte As Byte
ValueOut = 0
For ReadDynamicBytes = 1 To 4 '最多读取4个字节
Get #1, , OneByte '读取一个字节
ValueOut = (ValueOut * &H80&) Or (OneByte And &H7F) '记录这个字节的低7位，同时左移以读取的数据让出位置。
If (OneByte And &H80) = 0 Then Exit For '这个字节的最高位是0，没有后续字节，停止读取。
Next
End Function理论上动态字节可用于存储大数，不过特别大的数在MIDI文件里用不着。我们顶多读取4字节（28位整数）
讲完了动态字节，接下来就应该讲文件内容了。文件的内容都是“事件”，这些“事件”是一个接一个存储的。一个事件都有固定的结构：延迟，事件号，事件参数。
其中“延迟”是动态字节，用于表示上一个事件到这一个事件之间的延迟量。这个延迟量的单位是Tick。一个Tick有多长时间取决于MIDI文件的曲速。
事件号的值在0x80到0xFF之间的时候表示的是具体的值，若读取到的这个值在0到0x7F之间，则表示这个事件的事件号和上一个事件相同，而读取到的值是它的参数。
有关事件号的资料在网络上查找也大同小异。但是都讲得不够清楚。我专门写了一个C语言程序用于解释事件号。看源码便知。//=============================================================================
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#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
//统一类型长度
typedef signed int MIDIInt,*MIDIIntP;
typedef signed char MIDIInt8,*MIDIInt8P;
typedef signed short MIDIInt16,*MIDIInt16P;
typedef signed long MIDIInt32,*MIDIInt32P;
typedef unsigned int MIDIUInt,*MIDIUIntP;
typedef unsigned char MIDIUInt8,*MIDIUInt8P;
typedef unsigned shortMIDIUInt16,*MIDIUInt16P;
typedef unsigned long MIDIUInt32,*MIDIUInt32P;
typedef MIDIUInt8 BYTE;
typedef MIDIUInt16 WORD;
typedef MIDIUInt32 DWORD;
//MIDI文件头的结构体
typedef struct
{
DWORD dwFlag; //MThd标识
DWORD dwRestLen; //剩余部分长度
WORD wType; //类型
WORD wNbTracks; //音轨数
WORD wTicksPerCrotchet;//每四分音符的Tick数
}MIDIHeader,*MIDIHeaderP;
//MIDI文件中出现过的标识
#define MIDI_MThd 0x6468544D
#define MIDI_MTrk 0x6B72544D
//MIDI文件头的“类型”
#define MIDIT_SingleTrack 0 /*单音轨*/
#define MIDIT_MultiSync 1 /*同步多音轨*/
#define MIDIT_MultiAsync 2 /*异步多音轨*/
//各种长度的Big-Endian到Little-Endian的转换
#define BSwapW(x) ((((x) & 0xFF)<<8)|(((x) & 0xFF00)>>8))
#define BSwap24(x)((((x) & 0xFF)<<16)|((x) & 0xFF00)|(((x) & 0xFF0000)>>16))
#define BSwapD(x) ((((x) & 0xFF)<<24)|(((x) & 0xFF00)<<8)|(((x) & 0xFF0000)>>8)|(((x) & 0xFF000000)>>24))
//将音符字节转换成字符串的函数
char*NoteToString(BYTE bNote);
//读取字符串然后打印
size_t ReadStringAndPrint(FILE*,size_t);
//=============================================================================
//ReadDynamicBytes:
//读取动态字节，最多读取4字节。返回读取的字节数
//-----------------------------------------------------------------------------
size_t ReadDynamicBytes(FILE*fp,DWORD*pOut)
{
size_t bBytesRead;//已读取的字节数
*pOut=0;
for(bBytesRead=1;bBytesRead<=4;bBytesRead++)//最多读取4字节
{
int iValue=fgetc(fp);
if(iValue==EOF)
return 0;
*pOut=(*pOut<<7)|(iValue & 0x7F);//新读入的是低位
if(!(iValue & 0x80))//如果没有后续字节
break;//就停止读取。
}
return bBytesRead;//返回读取的字节数
}
//=============================================================================
//ParseMIDI:
//分析MIDI文件。失败返回零，成功返回非零
//-----------------------------------------------------------------------------
int ParseMIDI(char*pszFileName)
{
# define READERR {fprintf(stderr,"读取文件%s遇到错误\n",pszFileName);goto BadReturn;}
# define FMTERR {fprintf(stderr,"%s不是一个正常的MIDI文件\n",pszFileName);goto BadReturn;}
# define READ(x) if(fread(&(x),1,sizeof(x),fp)!=sizeof(x))READERR
FILE*fp;
MIDIHeader midiHeader;
size_t i;
//打开文件
fp=fopen(pszFileName,"rb");
if(!fp)
READERR;
//MIDI文件头就是一个MIDIHeader结构体。
//但是要注意其中的数值都是Big-Endian存储的
//需要进行转换
//读取MIDI文件头
READ(midiHeader);
//检查文件格式
if(midiHeader.dwFlag!=MIDI_MThd)//标识必须是"MThd"
FMTERR;
//转换为Little-Endian
midiHeader.dwRestLen= BSwapD(midiHeader.dwRestLen);
midiHeader.wType= BSwapW(midiHeader.wType);
midiHeader.wNbTracks= BSwapW(midiHeader.wNbTracks);
midiHeader.wTicksPerCrotchet= BSwapW(midiHeader.wTicksPerCrotchet);
//分析文件头
switch(midiHeader.wType)
{
case MIDIT_SingleTrack:
fputs("类型:单音轨\n",stdout);
break;
case MIDIT_MultiSync:
fputs("类型:同步多音轨\n",stdout);
break;
case MIDIT_MultiAsync:
fputs("类型:异步多音轨\n",stdout);
break;
default:
fprintf(stdout,"类型:未知(0x%04X)\n",midiHeader.wType);
break;
}
//打印音轨数等信息
fprintf(stdout,
"音轨数:%u\n"
"每四分音符时钟数:%u\n",
midiHeader.wNbTracks,
midiHeader.wTicksPerCrotchet);
//正确跳转到MIDI音轨的位置，体现midiHeader.dwRestLen的作用……
fseek(fp,8+midiHeader.dwRestLen,SEEK_SET);
//准备读取各个音轨
for(i=0;i<midiHeader.wNbTracks;i++)
{
DWORD dwTrackFlag;
DWORD dwTrackLen;
//每个音轨的开头都是一个dwTrackFlag和一个dwTrackLen
//dwTrackFlag的值必须是MIDI_MTrk
//dwTrackLen标记了下一个音轨的位置
size_t TrackStartPos;
fputs("读取音轨\n",stdout);
READ(dwTrackFlag);if(dwTrackFlag!=MIDI_MTrk)FMTERR;//检查文件格式
READ(dwTrackLen); TrackStartPos=ftell(fp);//记录当前位置
//转换Big-Endian
dwTrackLen=BSwapD(dwTrackLen);
//显示每个音轨的字节数
fprintf(stdout,"音轨大小:%u 字节\n",dwTrackLen);
//音轨的重要内容是事件数据
for(;;)//循环读取事件
{
DWORD dwDelay;
BYTE bEvent;
//每个事件的构成都是：
//延时，事件号，参数
//其中的延时是动态字节，参数大小随事件号而定
//上一个事件号
BYTE bLastEvent;
//读取延时
if(!ReadDynamicBytes(fp,&dwDelay))
READERR;
//读取事件号
READ(bEvent);
//每读取一个事件，打印这个事件的时间
fprintf(stdout,"时间:%u,",dwDelay);
//分析事件
ProcEvent:if(bEvent <= 0x7F)
{//0到0x7F:和上一个事件的事件号相同，而读取的这个字节就是上一个事件号的参数的第一个字节
fseek(fp,-1,SEEK_CUR);//回退一个字节
bEvent=bLastEvent;
goto ProcEvent;
}
else if(bEvent <= 0x8F)
{//0x80到0x8F:松开音符
BYTE bNote,bVel;
READ(bNote);//音符
READ(bVel); //力度
fprintf(stdout,"(通道%u)松开音符:%s, 力度:%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
NoteToString(bNote),//音高
bVel);//力度
}
else if(bEvent <= 0x9F)
{//0x90到0x9F:按下音符
BYTE bNote,bVel;
READ(bNote);//音符
READ(bVel); //力度
fprintf(stdout,"(通道%u)按下音符:%s, 力度:%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
NoteToString(bNote),//音高
bVel);//力度
}
else if(bEvent <= 0xAF)
{//0xA0到0xAF:触后音符
BYTE bNote,bVel;
READ(bNote);//音符
READ(bVel); //力度
fprintf(stdout,"(通道%u)触后音符:%s, 力度:%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
NoteToString(bNote),//音高
bVel);//力度
}
else if(bEvent <= 0xBF)
{//0xB0到0xBF:控制器
BYTE bReg,bVal;
READ(bReg);//寄存器号
READ(bVal);//寄存器值
fprintf(stdout,"(通道%u)控制器:%u,值=%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
bReg,//寄存器
bVal);//值
}
else if(bEvent <= 0xCF)
{//0xC0到0xCF:改变乐器
BYTE bInstrument;
READ(bInstrument);//乐器号
fprintf(stdout,"(通道%u)改变乐器:%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
bInstrument);//乐器号
}
else if(bEvent <= 0xDF)
{//0xD0到0xDF:触后通道
BYTE bChannel;
READ(bChannel);//通道号
fprintf(stdout,"(通道%u)触后通道:%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
bChannel);//通道号
}
else if(bEvent <= 0xEF)
{//0xE0到0xEF:滑音
WORD wPitch;//滑音参数是Little-Endian的WORD
READ(wPitch);
fprintf(stdout,"(通道%u)滑音:%u\n",
bEvent & 0xF,//低4位表示通道数
wPitch);//滑音
}
else if(bEvent == 0xF0)
{//0xF0:系统码
BYTE bSysCode=0;
fputs("系统码:",stdout);
for(;;)
{
READ(bSysCode);
if(bSysCode!=0xF7)
fprintf(stdout,"0x%02X,",bSysCode);
else
{
fprintf(stdout,"0x%02X\n",bSysCode);
break;//读取到0xF7结束
}
}
}
else if(bEvent == 0xFF)
{//元事件
BYTE bType,bBytes;
size_t CurrentPos;
READ(bType);//元数据类型
READ(bBytes);//元数据字节数
CurrentPos=ftell(fp);//记录元数据读取的位置
fputs("元数据 - ",stdout);
switch(bType)
{
case 0x00://设置轨道音序
{
WORD wTrackSeq;
READ(wTrackSeq);
wTrackSeq=BSwapW(wTrackSeq);
fprintf(stdout,"设置轨道音序:0x%04X\n",wTrackSeq);
}
break;
case 0x01://歌曲备注
fputs("备注:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x02://版权
fputs("版权:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x03://歌曲标题
fputs("标题:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x04://乐器名称
fputs("乐器名:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x05://歌词
fputs("歌词:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x06://标记
fputs("标记:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x07://开始点
fputs("开始点:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
case 0x21://音轨开始标识
fputs("音轨开始标识.\n",stdout);
break;
case 0x2F://音轨结束标识
fputs("音轨结束标识.\n",stdout);
goto EndOfTrack;
case 0x51://速度
{
BYTE bVelocity1,bVelocity2,bVelocity3;
//速度是24位整数，一个四分音符的微秒数。
READ(bVelocity1);
READ(bVelocity2);
READ(bVelocity3);
//而且是Big-Endian
fprintf(stdout,"速度: 每四分音符%u微秒.\n",
bVelocity3|(bVelocity2<<8)|(bVelocity1<<16));
}
break;
case 0x58://节拍
{
BYTE bBeatNumerator,bBeatDenominator,bMetronomeTimer,bNb32ndNotesInCrotchet;
READ(bBeatNumerator);//分子
READ(bBeatDenominator);//分母
READ(bMetronomeTimer);//节拍器时钟
READ(bNb32ndNotesInCrotchet);//每四分音符有多少三十二分音符
fprintf(stdout,"节拍:%u/%u. 节拍器时钟:%u. 每四分音符有%u个三十二分音符.\n",
bBeatNumerator,bBeatDenominator,bMetronomeTimer,bNb32ndNotesInCrotchet);
}
break;
case 0x59://调号
{
MIDIInt8 bTunePitch;
BYTE bTuneType;
READ(bTunePitch);//升降号
READ(bTuneType);//大调、小调
fprintf(stdout,"升降号:%d, ",bTunePitch);
switch(bTuneType)
{
case 0://大调
fputs("大调\n",stdout);
break;
case 1://小调
fputs("小调\n",stdout);
break;
default://不知道
fprintf(stdout,"未知调(0x%02X).\n",bTuneType);
break;
}
}
break;
case 0x7F://音序特定信息
fputs("音序特定信息:",stdout);
ReadStringAndPrint(fp,bBytes);
fputc('\n',stdout);
break;
default:
fprintf(stdout,"未知元数据类型(0x%02X)\n",bType);
break;
}
fseek(fp,CurrentPos+bBytes,SEEK_SET);//读取完成后正确跳到下一个事件的位置。
}
else//其它事件，未知事件
{
fprintf(stdout,"未知事件:0x%08X. 停止当前音轨的分析。\n",bEvent);
break;
}
//记录上一个事件号
bLastEvent=bEvent;
}//回去继续读取事件。
EndOfTrack:
fseek(fp,TrackStartPos+dwTrackLen,SEEK_SET);//转到下一个音轨
}
fputs("MIDI文件读取结束。\n",stdout);
fclose(fp);
return 1;
BadReturn:
fclose(fp);
return 0;
# undef READ
# undef READERR
}
//=============================================================================
//NoteToString:
//将音符音高转换为字符串
//其实每次返回的都是同一缓冲区，只是每次都改写了缓冲区的值。
//-----------------------------------------------------------------------------
char*NoteToString(BYTE bNote)
{
static char szBuf;//顶多5字符
switch(bNote % 12)
{
case 0:
sprintf(szBuf,"C%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 1:
sprintf(szBuf,"C%d#",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 2:
sprintf(szBuf,"D%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 3:
sprintf(szBuf,"D%d#",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 4:
sprintf(szBuf,"E%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 5:
sprintf(szBuf,"F%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 6:
sprintf(szBuf,"F%d#",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 7:
sprintf(szBuf,"G%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 8:
sprintf(szBuf,"G%d#",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 9:
sprintf(szBuf,"A%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 10:
sprintf(szBuf,"A%d#",(int)(bNote / 12)-2);
break;
case 11:
sprintf(szBuf,"B%d",(int)(bNote / 12)-2);
break;
}
return szBuf;
}
//=============================================================================
//ReadStringAndPrint
//读取字符串然后打印。返回读取的字节数
//-----------------------------------------------------------------------------
size_t ReadStringAndPrint(FILE*fp,size_t szLength)
{
char*pBuf;
pBuf=(char*)malloc(szLength+1);
if(pBuf)//分配内存一次读取
{
size_t Ret=fread(pBuf,1,szLength,fp);
pBuf=0;//结尾的\0
fputs(pBuf,stdout);
free(pBuf);
return Ret;
}
else
{
fputs("无法将字符串读入内存。\n",stderr);
return 0;
}
}
//=============================================================================
//main:
//入口
//-----------------------------------------------------------------------------
int main(int argc,char**argv)
{
if(argc<2)
{
fprintf(stderr,
"Usage:\n"
"%s midifile.mid\n",argv?argv:"MIDIFile");
return 1;
}
ParseMIDI(argv);
return 0;
}BIN:
SRC: 好东西，好好学习 这个资料在十几年前应该很有用。。。 tx7790 发表于 2017-2-22 10:51
这个资料在十几年前应该很有用。。。
现在依然有用，尤其是嵌入式开发，这个技术根本就没过时 谢谢楼主分享！！ 学习了…感谢楼主! 谢谢楼主分享 正好在写这方面的程序 挺好的，这个文件挺有用的 感谢源代码。收藏 在做音乐方面的,希望可以用到 mac上跑的有问题,:(
挺好的，这个文件挺有用的 谢谢楼主分享 跑这个程序应该出什么结果？文件名应该在什么地方修改？ 你这个程序有问题，元事件长度用ReadDynamicBytes函数读取的 谢谢大佬的教程 收藏起来观摩一波 搞嵌入式开发入门，对这个完全不懂 学习一下，给小孩编个小程序
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