Struktura pliku MIDI: nagłówek i ścieżki

Pytanie

budowa pliku *.mid

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

Plik MIDI (*.mid) to format przechowujący dane muzyczne w postaci zdarzeń MIDI, a nie rzeczywistego dźwięku. Jego struktura opiera się na podziale na nagłówek (header chunk) i ścieżki (track chunks), które zawierają zdarzenia muzyczne i metadane.

Szczegółowa analiza problemu

1. Ogólna struktura pliku MIDI

Plik MIDI składa się z dwóch głównych typów bloków danych:

• Nagłówek (Header Chunk): Zawiera podstawowe informacje o pliku, takie jak format, liczba ścieżek i rozdzielczość czasowa.
• Ścieżki (Track Chunks): Każda ścieżka zawiera sekwencję zdarzeń MIDI, które opisują nuty, zmiany instrumentów, tempo i inne parametry muzyczne.

2. Nagłówek (Header Chunk)

Nagłówek jest zawsze pierwszym blokiem w pliku MIDI i ma stałą długość 14 bajtów:

• Identyfikator: MThd (4 bajty) – oznacza początek nagłówka.
• Długość danych nagłówka: 4 bajty (zawsze 0x00000006).
• Format pliku: 2 bajty, określające typ pliku:
  • 0 – pojedyncza ścieżka (wszystkie zdarzenia w jednym torze).
  • 1 – wiele ścieżek odtwarzanych równocześnie.
  • 2 – wiele niezależnych ścieżek.
• Liczba ścieżek: 2 bajty, wskazujące liczbę track chunks.
• Podział czasowy (Division): 2 bajty, określające jednostkę czasu:
  • Wartość dodatnia: liczba ticków na ćwierćnutę (np. 0x00C0 oznacza 192 ticki na ćwierćnutę).
  • Wartość ujemna: czas w klatkach na sekundę (stosowane w synchronizacji z wideo).

3. Ścieżki (Track Chunks)

Każda ścieżka zawiera zdarzenia MIDI i jest zorganizowana w następujący sposób:

• Identyfikator: MTrk (4 bajty) – oznacza początek ścieżki.
• Długość danych ścieżki: 4 bajty, określające liczbę bajtów danych w ścieżce.
• Zdarzenia MIDI: Sekwencja zdarzeń, które opisują muzykę.

4. Zdarzenia MIDI

Zdarzenia w ścieżkach są kluczowym elementem pliku MIDI. Każde zdarzenie składa się z:

• Delta-time: Czas (w tickach) od poprzedniego zdarzenia, zapisany w formacie zmiennej długości (Variable-Length Quantity, VLQ).
• Typ zdarzenia: Określa rodzaj zdarzenia:
  • Zdarzenia kanałowe: Note On, Note Off, Program Change, Control Change itp.
  • Zdarzenia systemowe: System Exclusive (SysEx).
  • Meta zdarzenia: Informacje o tempie, metrum, nazwie utworu itp.
• Dane zdarzenia: Zależne od typu zdarzenia, np. numer nuty, głośność.

5. Kodowanie delta-time

Delta-time jest zapisywany w formacie VLQ, gdzie każdy bajt używa 7 bitów na dane, a najstarszy bit (MSB) wskazuje, czy następuje kolejny bajt (1) czy nie (0).

6. Meta zdarzenia

Meta zdarzenia zaczynają się od bajtu 0xFF i są używane do przechowywania informacji takich jak:

• Tempo (0x51): Określa prędkość odtwarzania w mikrosekundach na ćwierćnutę.
• Nazwa utworu (0x03): Tekstowa nazwa ścieżki.
• Koniec ścieżki (0x2F): Oznacza zakończenie danych w ścieżce.

7. Przykład struktury pliku MIDI

4D 54 68 64  - "MThd" (nagłówek)
00 00 00 06  - Długość nagłówka (6 bajtów)
00 01        - Format 1 (wiele ścieżek)
00 01        - Jedna ścieżka
00 60        - 96 ticków na ćwierćnutę

4D 54 72 6B  - "MTrk" (ścieżka)
00 00 00 14  - Długość ścieżki (20 bajtów)
00 90 3C 40  - Note On, C4, velocity 64
81 40        - Delta-time (129 ticków)
00 80 3C 40  - Note Off, C4, velocity 64
00 FF 2F 00  - Meta zdarzenie: Koniec ścieżki

Aktualne informacje i trendy

• Pliki MIDI są nadal szeroko stosowane w muzyce cyfrowej, szczególnie w produkcji muzycznej, grach wideo i aplikacjach mobilnych.
• Nowoczesne oprogramowanie, takie jak DAW (Digital Audio Workstations), umożliwia zaawansowaną edycję plików MIDI.
• Współczesne standardy, takie jak MIDI 2.0, wprowadzają większą precyzję i nowe funkcje, ale są kompatybilne wstecz z plikami MIDI 1.0.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Pliki MIDI są kompaktowe, ponieważ przechowują tylko instrukcje, a nie rzeczywiste dane audio.
• Dzięki swojej strukturze są łatwe do edycji i manipulacji, co czyni je idealnym formatem do tworzenia muzyki.

Aspekty etyczne i prawne

• Pliki MIDI mogą zawierać dane chronione prawem autorskim, takie jak kompozycje muzyczne.
• Ważne jest przestrzeganie licencji i praw autorskich podczas ich używania.

Praktyczne wskazówki

• Do analizy i edycji plików MIDI można używać narzędzi takich jak MIDI-OX, DAW (np. Ableton Live, FL Studio) lub bibliotek programistycznych (np. mido w Pythonie).
• Przy tworzeniu plików MIDI należy upewnić się, że wszystkie ścieżki kończą się zdarzeniem End of Track.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Pliki MIDI nie przechowują rzeczywistego dźwięku, więc ich odtwarzanie zależy od jakości syntezatora lub instrumentu wirtualnego.

Sugestie dalszych badań

• Zgłębianie specyfikacji MIDI 2.0, która wprowadza nowe możliwości.
• Eksploracja bibliotek programistycznych do generowania i manipulacji plikami MIDI.

Krótkie podsumowanie

Plik MIDI to kompaktowy format przechowujący dane muzyczne w postaci zdarzeń MIDI. Jego struktura opiera się na nagłówku i ścieżkach, które zawierają zdarzenia muzyczne. Dzięki swojej elastyczności i niewielkiemu rozmiarowi pliki MIDI są szeroko stosowane w muzyce cyfrowej i produkcji dźwięku.