Alsa e Gambas: Ricevere dati da smf
Indice
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}
Acquisizione dei dati Midi
Si dovranno ovviamente acquisire i dati dal file .mid:
flMid As File ndt As Integer ' la variabile " n " contiene la quantità totale di dati presenti nel file Midi b[1000000] As Byte ' la variabile " b " contiene tutti i dati raccolti dal file Midi ris As Integer ' la variabile " ris " contienela risoluzione del Tempo Delta del file Midi n As Integer ' la variabile " n " contiene la quantità di byte che costituiscono la rappresentazione esadecimale dei Midi tick g[1000000, 4] As Byte ' la variabile " g " è un array che contiene i valori esadecimali costituenti la rappresentazione esadecimale dei Midi tick tick_nota As Integer ' contiene il valore esadecimale reale della durata in tick dei Tempi Delta '-- w[255] As Integer ' lunghezza di una traccia a[255, 1000000] As Integer progrTr[255] As Integer numTr As Byte ' numero delle tracce esistenti y As Byte ' numero di byte costituenti i valori della "rappresentazione" esadecimale del Tempo Delta Public Sub Button1_Click() Dim a As Byte flMid = Open "/percorso.../mioFileMidi.mid" For Read While Not Eof(flMid) ndt = ndt + 1 Read #flMid, a b[ndt] = a Wend Close #flMid End
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.
Andiamo a ricavare detta risoluzione dal file Midi così:
Public Sub Button2_Click() ' per ricavare la risoluzione del Tempo Delta del file Midi 'ricava la risoluzione del Tempo Delta del file Midi: ris = CInt((b[13] * 256) + b[14]) Print ris ' a soli fini didattici vediamo il risultato End
Ricavare la lunghezza della traccia MTrk contenente i dati Midi
Successivamente ricaveremo la lunghezza della traccia MTrk{5}, ed in particolare della parte contenente i dati relativi ai Messaggi Midi ed ai relativi Tempi Delta:
Public Sub Button3_Click()
Dim j As Integer
Dim lngTr As Long
For j = 0 To ndt
If Chr(b[j]) & Chr(b[j + 1]) & Chr(b[j + 2]) & Chr(b[j + 3]) = "MTrk" Then
Inc numTr ' numera progressivamente ciascuna traccia trovata...
progrTr[numTr] = j ' alla quale viene attribuito il numero progessivo del byte, dal quale ha inizio (con la prima lettera "M" Trk)
' ricava la lunghezza di una traccia:
w[numTr] = (b[j + 4] * 256 ^ 3) + (b[j + 5] * 256 ^ 2) + (b[j + 6] * 256) + b[j + 7]
Print "lunghezza = "; w[numTr]; " = "; b[j + 4], b[j + 5], b[j + 6], b[j + 7] ' a soli fini didattici ne vediamo il risultato
Endif
Next
' ricava la lunghezza di una traccia (quantità di byte dei dati e dei TD).
' Si sottrae 3 al risultato per non tener conto appunto dei 3 byte di fine traccia:
lngTr = ((b[19] * 256 ^ 3) + (b[20] * 256 ^ 2) + (b[21] * 256) + b[22]) - 3
Print lngTr ' a soli fini didattici ne vediamo il risultato
End
Estrazione dei soli dati relativi al Tempo Delta
Si procederà quindi ad estrarre dai dati raccolti dal file Midi quelli appartenti al Tempo Delta che separa 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. Procediamo con il seguente possibile algoritmo che mira a distinguere tra loro i vari eventi e tra i dati appartenenti al Tempo Delta:
Public Sub Button4_Click()
Dim j, c, cc, e, f, t, numPr As Byte
Dim r, k, x, y, d As Integer
Dim leggeMeta As String ' dovrà in vero essere posto all'esterno come globale
Dim fuTempoDelta As Boolean
For j = 1 To numTr ' impostiamo ciascuna traccia esistente per il suo numero
fuTempoDelta = False
x = (progrTr[j] + 8) ' cominciamo dal 1° byte successivo alla definizione della lunghezza della traccia
r = (progrTr[j] + 7) + (w[j] - 2)
' individua ogni byte di evento Midi o TD in ciascuna traccia:
While x < r ' finché x è minore della lunghezza -2 byte della traccia n° j...
' verifichiamo il marcatore di dati, il quale segnala se il precedente dato analizzato e processato
' era un Tempo Delta oppure un evento Midi (Messaggio Midi o Meta-evento):
If fuTempoDelta = True Then
fuTempoDelta = False
Select Case b[x] ' verifichiamo il valore del byte attuale
Case 240 '----Individuazione dei SysEx:
While b[x] < 247
x = x + 1 ' salta al byte successivo fino alla fine del SysEx
Wend
x = x + 1
Case 255 '----Individuazione dei Meta-Eventi:
Select Case b[x + 1]
Case 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 127
For k = 3 To 2 + b[x + 2] ' legge il contenuto del Meta-evento
leggeMeta = leggeMeta & b[x + k]
Print "leggeMeta "; leggeMeta ' a fini qui didattici ci limitiamo a mostrare il contenuto del Meta-Evento
Next
x = x + 3 + b[x + 2] ' calcola il salto per passare al byte del Tempo Delta successivo all'attuale Meta-Evento
Case 32, 33, 81, 84, 88, 89
Select Case b[x + 2]
Case 2
For k = 3 To 2 + b[x + 2] ' legge il contenuto del Meta-evento
leggeMeta = leggeMeta & b[x + k]
Print "leggeMeta "; leggeMeta ' a fini qui didattici ci limitiamo a mostrare il contenuto del Meta-Evento
Next
x = x + 5
Case 3
For k = 3 To 2 + b[x + 2] ' legge il contenuto del Meta-evento
leggeMeta = leggeMeta & b[x + k]
Print "leggeMeta "; leggeMeta ' a fini qui didattici ci limitiamo a mostrare il contenuto del Meta-Evento
leggeMeta = Null
Next
x = x + 6
Case 4
For k = 3 To 2 + b[x + 2] ' legge il contenuto del Meta-evento
leggeMeta = leggeMeta & b[x + k]
Print "leggeMeta "; leggeMeta ' a fini qui didattici ci limitiamo a mostrare il contenuto del Meta-Evento
leggeMeta = Null
Next
x = x + 7
Case 5
For k = 3 To 2 + b[x + 2] ' legge il contenuto del Meta-evento
leggeMeta = leggeMeta & b[x + k]
Print "leggeMeta "; leggeMeta ' a fini qui didattici ci limitiamo a mostrare il contenuto del Meta-Evento
leggeMeta = Null
Next
x = x + 8
End Select
End Select
Case Else '----se non è un Meta-evento, allora... è un Messaggio Midi:
a[j, d] = b[x]
If (a[j, d] > 127 And a[j, d] < 192) Or a[j, d] > 223 Then
numPr = 2
Endif
If a[j, d] > 191 And a[j, d] < 224 Then
numPr = 1
Endif
For f = 1 To numPr ' legge i singoli dati del Messaggio Midi
x = x + 1
Inc d
a[j, d] = b[x]
Print Hex$(a[j, d]) ' a fini qui didattici ci limitiamo a mostrare i singoli dati del Messaggio Midi
If f = numPr Then
x = x + 1
fuTempoDelta = False ' questa impostazione determinerà il passaggio all'analisi del TD
Endif
Next
End Select ' termine del: Select Case b[x]
Else '----altrimenti è un Tempo Delta
For y = 0 To 3 cerchiamo di capire quanti byte (da 1 a 4) compongono il valore del Tempo Delta in questione
If b[x + y] < 128 Then
For t = 0 To y ' raccogliamo i byte (da 1 a 4) che compongono il valore del Tempo Delta
Print Hex$(b[x + t]) ' a fini qui didattici mostriamo anche i singoli dati della "rappresentazione" del Tempo Delta
tickReali() ' chiamiamo questa sub-routine per ottenere i valori reali del Tempo Delta
Next
x = x + y + 1 ' calcola il salto per passare al byte dell'Evento Midi successivo all'attuale Tempo Delta' per il salto</font>
fuTempoDelta = True ' questa impostazione determinerà il passaggio successivamente all'analisi degli eventi Midi e non del Tempo Deltal TD
Exit ' esce dal ciclo For
Endif
Next
Endif
Wend
Next 'fine del FOR principale, iniziale
End
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. Otterremo questo risultato mediante il seguente algoritmo:
Public Sub tickReali()
Dim h, rob As Integer
Dim ciclo As Byte
h = x + y
ciclo = b[h]
While ciclo > 127
ciclo = ciclo And 127
rob = (rob + ciclo) * 128
Dec h
ciclo = b[h]
Wend
' Restituisce il valore decimale reale della durata in tick del Tempo Delta.
' A soli fini didattici vediamo il risultato:
tick_nota = rob + ciclo
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.
