MIDI码深度解析

MIDI 协议即数字音乐接口（Musical Instrument Digital Interface），是电子乐器、合成器等演奏设备之间的一种即时通信协议，用于硬件之间的实时演奏数据传递。如果理解还不够深刻，官方如下解释：

常用midi硬件接口如5芯插头串口midi和USB midi设备（usb midi任意一种usb口都行，只要usb枚举成midi设备即可），硬件midi串口接口如下：

好了，有了midi硬件，硬件中通信的数据，有个标准，我们叫做midi码，本章将重点介绍midi码如何组成的，解析思路，usb midi 和串口midi之间的封包差异。

相关链接：

MIDIOX

Bus Hound

USB MIDI Devices 1.0 | USB-IF

MIDI 1.0

1.midi码的基本格式

midi码分为状态码和数据码，状态码在字节最高位写1，数据码在字节最高位写0。状态码可以看出当前midi事件的具体用途，数据码当然是具体内容参数了。

如下格式，就是一个标准midi码

2.midi状态码分类

我们已经知道midi状态码字节最高位写1，那么如何区分是什么类型状态码呢？在【4：6】位用于区分状态码具体内容，注意midi 系统码，0xfn具体的内容功能众多，需要根据不同类型帧分析

//midi码事件类型
#define MIDI_STATUS_NOTE_OFF         0x80
#define MIDI_STATUS_NOTE_ON          0x90
#define MIDI_STATUS_AFTERTOUCH       0xA0
#define MIDI_STATUS_CONTROL_CHANGE   0xB0
#define MIDI_STATUS_PROGRAM_CHANGE   0xC0
#define MIDI_STATUS_CHANNEL_PRESSURE 0xD0
#define MIDI_STATUS_PITCH_WHEEL      0xE0
//#define MIDI_STATUS_SYSTEM          0xF0//系统码具体类型
/*消息类型为系统消息时，低四位的数据定义*/
#define MIDI_SYSEX_Start                      0xF0   //系统独有的格式
#define MIDI_SYSEX_End                        0xF7#define MIDI_SYS_MTC_Quarter_Frame_Message	  0xF1   //2
#define MIDI_SYS_Song_Position_Pointer		  0xF2   //3
#define MIDI_SYS_Song_Select				  0xF3   //2
#define MIDI_SYS_Tune_Request				  0xF6   //1                
#define MIDI_SYS_Clock						  0xF8   //1
#define MIDI_SYS_Tick						  0xF9   //1
#define MIDI_SYS_Start						  0xFA   //1
#define MIDI_SYS_Stop						  0xFC   //1
#define MIDI_SYS_Continue					  0xFB   //1
#define MIDI_SYS_ActiveSense				  0xFE   //1
#define MIDI_SYS_Reset						  0xFF   //1

3.midi 通道区分

除去系统码，midi通道在低四位中有效【0：3】

16个通道就像16个人！对各个通道的操作就是对各个人的操作，你叫他们干嘛就干嘛，你可以叫某个人唱歌、闭嘴、以钢琴的音色唱歌，以吉他的音色唱歌、声音多大、在别人唱了多久开始唱。在同一时间里可以有多个人发声，系统将同一时间所有人的声音合成一个声音再发出去。

4.midi状态码具体功能（系统码下一章介绍）

• Note On 开音码（0x9n）

顾名思义，就是让某个音符发音，数据参数1：为值键，或者说是音符，就简单理解成触发某个音源发声；数据参数2：力度，或者说是音量大小。注：力度参数为0时，可当作关音码使用

00165716  KEY  2     90    30    14    1  C  3 Note On  
0016578C  KEY  2     80    30    40    1  C  3 Note Off 
00165B07  KEY  2     90    30    08    1  C  3 Note On  
00165B7E  KEY  2     80    30    40    1  C  3 Note Off 
00165F08  KEY  2     90    30    00    1  C  3 Note Off 
00165F7B  KEY  2     80    30    40    1  C  3 Note Off 

• Note Off 关音码 （0x8n）

关掉某个音符，可直接理解成让某个音源停止发声。

注意：开音码和关音码需要成对出现，不能有丢包现象

• 触后音 （0xAn）

触后音：Key Aftertouch，这个用在钢琴的特殊技法中，大概就是在某个音反复按压过程的一种技巧。数据参数1：值键；数据参数2：力度。具体解释如下官方文档：

• 控制改变 （0xBn）

控制改变：Control Change，所以也被叫做CC码。数据参数1：控制ID；数据参数2：控制参数。CC码用处十分广泛，可以自定义，用于某些特殊功能，比如控制某个音色效果参数，音量，开关等等。

00187E4F  KEY  2     B0    40    00    1  ---  CC: Pedal (Sustain)
00187EE3  KEY  2     B0    40    7F    1  ---  CC: Pedal (Sustain)

CC码在midi标准中实际是指定了某些具体ID是用来干什么的，但是随着乐曲效果器发展，后面很多ID都被厂商自定义使用了，如下标准ID指定：

• 乐器改变 （0xCn）

乐器改变：Program Change 也叫做PC码。数据参数1：改变乐器ID。通常电子乐器中可用于音源改变（如，让电子钢琴发吉他贝斯音色等等），在效果器中可以用于预设切换功能。

00177A4D  KEY  2     C0    00    --    1  ---  PC: Acc. Grand Piano  

• 通道压力 （0xDn）

通道压力：Channel Aftertouch Pressure ，从文章中了解，这玩意儿跟0xAn功能有点类似，处理多个Key的时候可能会调用这个。笔者看到文档有说数据两个字节的，也有说一个字节的，因为常规使用没有遇到过，大家遇到可以回复下（笔者这里比较坚持是一个字节的说法，感觉两个字节的那个Note已经没有啥意义了）

• 弯音轮 （0xEn）

弯音轮：pitch wheel ，特殊技法，会发出特殊音色。数据参数两个字节，14bit有效，所以有效参数在0~0x3FFF

001DA6DD  MOX  2     E0    00    44    1  ---  Pitch Bend

5.midi 系统码具体功能

• System Exclusive (0xF0 0xF7)

  系统独占码，0xF0开始，0xF7截至，0xF0后第一个字节可以表示制造商ID（也有其他功能），早期MIDI有这么定义

  

  文档有备注的厂商入下：

  Sequential Circuits 1
  Big Briar 2
  Octave / Plateau 3
  Moog 4
  Passport Designs 5
  Lexicon 6
  Kurzweil 7
  Fender 8
  Gulbransen 9
  Delta Labs 0x0A
  Sound Comp. 0x0B
  General Electro 0x0C
  Techmar 0x0D
  Matthews Research 0x0E
  Oberheim 0x10
  PAIA 0x11
  Simmons 0x12
  DigiDesign 0x13
  Fairlight 0x14
  Peavey 0x1B
  JL Cooper 0x15
  Lowery 0x16
  Lin 0x17
  Emu 0x18
  Bon Tempi 0x20
  S.I.E.L. 0x21
  SyntheAxe 0x23
  Hohner 0x24
  Crumar 0x25
  Solton 0x26
  Jellinghaus Ms 0x27
  CTS 0x28
  PPG 0x29
  Elka 0x2F
  Cheetah 0x36
  Waldorf 0x3E
  Kawai 0x40
  Roland 0x41
  Korg 0x42
  Yamaha 0x43
  Casio 0x44
  Akai 0x45
  

  系统独占码还有如下Master Volume功能（其实用CC码自定义也可以）：

  0xF0 SysEx
  0x7F Realtime
  0x7F The SysEx channel. Could be from 0x00 to 0x7F.Here we set it to "disregard channel".
  0x04 Sub-ID -- Device Control
  0x01 Sub-ID2 -- Master Volume
  0xLL Bits 0 to 6 of a 14-bit volume
  0xMM Bits 7 to 13 of a 14-bit volume
  0xF7 End of SysEx
  

  除此之外还有很多很多，具体查阅文档了解

• MTC Quarter Frame Message (0xF1)

  0013E3B1  MOX  2     F1    30    --   --  ---  MTC Quarter Frame
  

• Song Position Pointer (0xF2)

 00122F9F  MOX  2     F2    00    00   --  ---  Song Position Ptr

• Song Select (0xF3)

• Tune Request (0xF6)

• Tick (0xF9)

需要 start stop continue 配合使用

• MIDI Clock (0XF8)、MIDI Start (0xFA) 、 MIDI Stop (0xFB) 、MIDI Continue (0xFC)

这里放到一起说，因为midi的时钟同步需要这几个midi共同实现：

 TIMESTAMP IN PORT STATUS DATA1 DATA2 CHAN NOTE EVENT               00002689  MOX  2     FB    --    --   --  ---  Continue              0000268B  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000026A4  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000026BD  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000026D6  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000026EF  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002707  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002720  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          0000273A  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002753  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          0000276D  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002784  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          0000279E  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000027B7  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000027D0  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000027E9  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002801  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          0000281B  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002834  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          0000284C  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002866  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          0000287E  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          00002898  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000028B1  MOX  2     F8    --    --   --  ---  Timing Clock          000028BE  MOX  2     FC    --    --   --  ---  Stop                  

• Active Sense (0xFE)

• Reset (0xFF)

6.midi 码的简发模式

大概意思就是，如果midi在第一次发送了某个事件类型，那么接下来如果重复发送，可以将事件类型省略（这里吐槽一下，当年因为走马观花没把文档读完，封装代码的时候没有考虑简写模式，导致跟某些乐器不兼容情况）。如下，省略开音码方法：

注：关于为什么要简写，应该是但当年midi设备波特率为：31250原因，带宽过小，某些设备需要发送的midi事件过多造成的

7.usb midi中封包要求（参考文档，midi10，usb官网可以下载）

usb midi是块传输设备，但在midi限制下，强制每帧格式为：4Byte，具体如下：

这里我们可以知道，midi数据大小可以通过cin码来确定：

举例如下封包：

这里我们通过midiox 和 bus hound软件，看看midi码是如何呈现的：

8.usb midi 描述符详细内容 ctrl+midi

//midi ctrl  18
0x09, 0x04, 0x03, 0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x00, 0x00, //ctrl
0x09, 0x24, 0x01, 0x00, 0x01, 0x09, 0x00, 0x01, 0x01, //midi 
0x09, 0x04, 0x04, 0x00, 0x02, 0x01, 0x03, 0x00, 0x00,   
0x07, 0x24, 0x01, 0x00, 0x01, 0x41, 0x00, 
0x06, 0x24, 0x02, 0x01, 0x01, 0x00, 
0x06, 0x24, 0x02, 0x02, 0x02, 0x0C, 
0x09, 0x24, 0x03, 0x01, 0x03, 0x01, 0x02, 0x01, 0x00, 
0x09, 0x24, 0x03, 0x02, 0x04, 0x01, 0x01, 0x01, 0x0B, 
0x09, 0x05, 0x04, 0x02, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 
0x05, 0x25, 0x01, 0x01, 0x01, 
0x09, 0x05, 0x84, 0x02, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 
0x05, 0x25, 0x01, 0x01, 0x03,