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原帖:http://www.0xaa55.com/thread-717-1-1.html
转载请注明出处。
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;
复制代码 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;
复制代码 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
复制代码 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。- //=============================================================================
- //作者:0xAA55
- //论坛:http://www.0xaa55.com/
- //版权所有(C) 2013-2014 技术宅的结界
- //请保留原作者信息,否则视为侵权。
- //-----------------------------------------------------------------------------
- #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 short MIDIUInt16,*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[5];//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[szLength]=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[0]?argv[0]:"MIDIFile");
- return 1;
- }
- ParseMIDI(argv[1]);
- return 0;
- }
复制代码 BIN:
MIDIFile.exe
(48 KB, 下载次数: 65, 售价: 1 个宅币)
SRC:
MIDIFile.7z
(21.83 KB, 下载次数: 41, 售价: 10 个宅币)
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