Alsa e Gambas: Ricevere dati Midi da uno Standard Midi File

Introduzione

Uno Standard Midi File (.smf) è un archivio di informazioni contenente dati Midi nel loro formato standard.
La prima specifica [RP-001] dello Standard Midi File fu rilasciata nel 1990 dalla "MIDI Manufacturers Association" (MMA) per consentire lo scambio di file e di informazioni fra i sequencer Midi.

Il file MIDI è composto da complesse strutture, tecnicamente chiamate: Chunk (Blocco), formate da un certo numero di byte, ossia di istruzioni conformi al protocollo Midi. Il primo blocco, posto sempre all'inizio del file, è quello relativo all'intestazione del file, ed è chiamato perciò: Header Chunk. E' facilmente riconoscibile perché ha il suo identificativo (MThd) posto proprio all'inizio. Il blocco d'intestazione contiene notizie generali, ma essenziali, per la definizio del file Midi medesimo.
Oltre al blocco d'intestazione il file è costituito da almeno un blocco traccia, chiamato Track Chunk, e riconoscibile dal suo identificativo: MTrk. Questo blocco contiene i dati veri e propri che definiscono la struttura e le modalità di esecuzione di un brano musicale.|1|
Di seguito eviteremo di esporre codice esemplificativo, ritenendo che ciascun programmatore possa e debba scegliere le soluzioni algoritmiche che riterrà più opportune e migliori. Ci limiteremo soltanto a mostrare il codice a scopo esplicativo di quelle parti più delicate relative a particolari concetti.

Acquisizione dei dati Midi

Si dovranno ovviamente acquisire i dati dal file .mid, avendo cura in particolare di:

• lunghezza dell'intero file Midi, ossia la quantità di byte che lo costituiscono;
• il numero delle tracce Mtrk esistenti, e la lunghezza di ciascuna traccia;
• individuare la risoluzione PPQN del Tempo Delta del file Midi, con la quale successivamente determinare i valori decimali dei Midi tick;
• distinguere i Messaggi Midi dai Meta-eventi;
• individuare i valori del Tempo Delta.

Il Tempo Delta: l'anima degli eventi Midi

I dati contenuti nel Blocco Traccia possono essere eventi oppure meta-eventi Midi.
Gli eventi Midi sono dei messaggi Midi "temporizzati", nel senso che definiscono dei fenomeni Midi nel tempo; e per questo sono sostanzialmente composti da due elementi: il tempo ed il messaggio in sé.
I Meta-eventi, invece, sono dati Midi che non rappresentano "fenomeni" sonori o di dinamica sonora |2|.
Gli elementi essenziali dell'esecuzione di un brano musicale si esplicano ovviamente nel tempo (una nota dopo l'altra); cosicché il file Midi non fa altro che riprodurre in byte questa sequenza temporale di fenomeni sonori. Tali fenomeni sono divisi l'uno dall'altro da uno spazio temporale, che nel caso di contemporaneità di esecusione di note (polifonia) è ovviamente pari a zero, e che rappresenta la differenza tra il tempo trascorso dall'inizio del brano sino al dato in questione. Tale differenza, che separa i due dati, è chiamata Tempo Delta (Delta Time). Il Tempo Delta è il tempo (in clock |3|) che separa un fenomeno sonoro Midi dall'altro, ossia sta ad indicare dopo quanto tempo un dato accadrà rispetto a quello immeditamente precedente.
Come è facilmente comprensibile, il Tempo Delta non è un evento Midi, ma semplicemente un dato Midi, che rende Eventi i dati ai quali si applica. Poiché in particolare il Tempo Delta distanzia temporalmente ai messaggi Midi, e quindi a questi si applica, esso risulta fondamentale per la durata dell'evento, per esempio di una nota o di una pausa. |4|

Determinazione del Tempo Delta

Gli ultimi due byte dell'Header Chunk di un file Midi stabiliscono il metro di definizione dei valori del Tempo Delta presenti all'interno del file medesimo. In particolare essi rappresentano il numero di tick del Tempo Delta per una nota da 1/4. Ci dicono, cioè, quanti tick sono presenti all'interno di una nota da un quarto. Pertanto, possiamo dire che essi rappresentano il valore della risoluzione del Tempo Delta.

Individuazione della lunghezza della traccia MTrk contenente i dati Midi

Successivamente provvederemo a ricavare la lunghezza della traccia MTrk |5|, ed in particolare della parte contenente i dati relativi ai Messaggi Midi ed ai relativi Tempi Delta.

Estrazione dei dati relativi ai Messaggi Midi e dei dati relativi al Tempo Delta

Si procederà quindi ad estrarre dai dati raccolti dal file Midi: quelli relativi ai Messaggi Midi e quelli appartenti al Tempo Delta che separano ciascun evento Midi. Come sappiamo, gli eventi Midi, compresi i valori relativi al Tempo Delta, sono contenuti nel cuore di ciascun blocco Traccia "MTrk". Pertanto è da lì che dovremo estrarli. Procederemo quindi a distinguere tra loro i vari eventi e tra i dati appartenenti al Tempo Delta, tenendo conto che dopo un Tempo Delta v'è sempre un evento Midi (Messaggio Midi oppure Meta-evento), e dopo un evento Midi v'è sempre un Tempo Delta che li separa.

Il Tempo Delta come dato a lunghezza variabile

Il Tempo Delta è un valore codificato a lunghezza variabile. Bisogna innanzitutto precisare che di ciascun byte, appartenente al Tempo Telta, soltanto gli ultimi sette bit sono utili alla definizione del valore del Tempo Delta medesimo. Il primo bit è semplicemente un "flag", un segno di riconoscimento, che dice se dopo (ossia alla destra) quel byte c'è o meno un altro byte. Se tale bit-flag è = 0, vuol dire che il byte è solo, è unico; se invece il bit è = 1, vorrà dire che dopo il byte, al quale quel bit 1 appartiene, c'è un altro byte che concorre a comporre il valore del Tempo Delta.

Esempio:

• 01111111 = 7F : non c'è nessun altro byte alla sua destra.

Il numero successivo che ci si aspetterebbe è: 10000000, cioè l'esadecimale 80. Tale numero, però in binario è così determinato: 10000000. Poiché il primo bit è sempre un flag particolare, essendo in questo caso pari ad 1, vuol dire che dopo il byte al quale appartiene c'è un altro byte !

Dal che si può facilmente notare che siamo costretti dopo il numero 7F ad aggiungere un altro byte per rappresentare il valore superiore del Tempo Delta. Si procede aggiungendo a destra uno zero, causando così uno spostamento a sinistra dei precedenti bit esistenti:

1 <--- 0000000 <--- 0

Da ciò avremo in prima battuta: 00000001 00000000; ma, da come sappiamo, questa rappresentazione non è corretta, poiché il primo byte a sinistra per indicare che esiste un ulteriore byte (componente la rappresentazione del valore del Tempo Delta) ha bisogno che il suo MSB sia uguale a 1.

Così si dovrà aggiungere nella rappresentazione del valore temporale un bit pari a 1: 1 --> 0000001 00000000; e pertanto avremo che, per esempio, dopo 7F ci sarà uno slittamento del conteggio a 81 00.

Concludiamo precisando che un dato di lunghezza variabile non può essere maggiore di quattro byte, il cui valore massimo è rappresentato da: 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F.

Trasformazione della rappresentazione esadecimale in tick reali

E' dunque chiaro che i valori del Tempo delta, contenuti in un file Midi, non sono i valori reali, bensì - come abbiamo visto nel paragrafo precedente - la loro rappresentazione. E', altresì, ovvio che ad ALSA dovremo passare i valori reali in tick; e pertanto dovremo trasformare i valori del tempo Delta, raccolti dal file Midi, in valori reali decimali espressi in appunto in tick tenuto conto della risoluzione del Tempo Delta presente nell'Header Chunk. Potremo ottenere questo risultato ad esempio mediante il seguente algoritmo:

Public Sub tickReali()
 
 Dim rob, valor, k As Integer
 
' rob è la variabile contenente il valore esadecimale del Tempo Delta da convertire.
 valor = rob And 127 ' La variabile "valor" assumerà questo valore, solo SE rob < 127
   
' Questo IF sarà eseguito solo SE "rob" And 128 > 0
 If (rob And 128) > 0 Then
   Inc k
   rob = dm[k]
   valor = (valor * CInt(2 ^ 7)) Or (rob And 127)
   If (c And 128) > 0 Then
     Inc k
     rob = dm[k]
     valor = (valor * CInt(2 ^ 7)) Or (rob And 127)
     If (rob And 128) > 0 Then
       Inc k
       rob = dm[k]
       valor = (valor * CInt(2 ^ 7)) Or rob
       If (rob And 128) > 0 Then Error.Raise("Errore nel calcolo del Tempo Delta !")
     Endif
   Endif
 Endif
  
End

Note

[1] Per un'analisi interna dettagliata del file Midi (.mid) rinviamo alla seguente lettura: Struttura del file MIDI.

[2] Anche i Meta-eventi sono sostanzialmente posti nel tempo. Si prenda come esempio un cambio di tonalità o di tempo metronomico che avviene dopo un certo numero di misure dall'inizio del brano musicale.

[3] Una istruzione temporale è determinata dalla risoluzione del Tempo Delta in PPNQ impostata negli ultimi due byte dell'Header Chunk.

[4] Infatti, la durata di una nota nel protocollo Midi è così definita: NoteON -> TempoDelta -> NoteOFF. La nota comincia a suonare, e si spegnerà dopo il lasso di tempo definito dal dato Tempo Delta.

[5] Ricordiamo che per mero esempio abbiamo previsto la presenza di una sola traccia all'interno del file Midi.