MIDI 格式（电子乐器）
MIDI（Musical Instrument Digital Interface，乐器数字接口）格式由 Dave Smith 等工程师于 1983 年提出，是电子乐器与计算机的通信协议标准。MIDI 文件不存储音频波形，而是记录音符、力度、音色编号等控制指令，体积极小（1 分钟音乐约 10KB），音质依赖终端音源库，广泛应用于电子音乐制作、游戏配乐和乐谱编辑。
格式简介
MIDI 是一种数字音乐标准，用于在电子乐器、计算机和其他设备之间传输音乐信息。MIDI 文件不包含实际的音频数据，而是包含音乐事件的指令，如音符、音色、力度、时间等。
MIDI 文件扩展名为 .mid 或 .midi，MIME 类型为 audio/midi 或 audio/x-midi。MIDI 格式是音乐制作和电子乐器控制的标准格式。
技术特点
核心特性
- 指令格式：存储音乐事件指令而非音频波形
- 文件极小：1 分钟音乐通常只有几 KB 到几十 KB
- 可编辑性：易于编辑和修改
- 设备控制：可以控制各种 MIDI 设备
- 标准化：工业标准，广泛支持
MIDI 消息类型
MIDI 消息包括：
- 音符开/关：Note On/Off（音符、力度）
- 音色变化：Program Change（音色编号）
- 控制变化：Control Change（音量、效果等）
- 音高弯音：Pitch Bend
- 系统消息：系统专用消息
MIDI 格式版本
- MIDI 0：单轨格式
- MIDI 1：多轨格式（标准格式）
文件结构
MIDI 文件由以下部分组成：
[文件头块] # MThd 标识 + 头信息
- 格式类型（0/1/2）
- 轨道数
- 时间基准
[轨道块 1] # MTrk 标识 + 轨道数据
- 事件列表
[轨道块 2] # 多轨格式的额外轨道
...
关键块说明
- MThd：文件头，包含格式信息和轨道数
- MTrk：轨道块，包含 MIDI 事件
- 事件：包含时间戳和 MIDI 消息
MIDI 事件格式
每个 MIDI 事件包含：
- 时间增量：相对于上一个事件的时间
- 状态字节：消息类型（音符、控制等）
- 数据字节：消息参数（音符编号、 力度等）
使用场景
适用场景
- 音乐制作：电子音乐创作和编曲
- 游戏配乐：游戏背景音乐和音效
- 乐谱编辑：数字乐谱制作和编辑
- 音乐教育：音乐学习和教学
- 设备控制：MIDI 设备控制和同步
- 手机铃声：传统手机铃声格式
优缺点
优点：
- 文件体积极小
- 易于编辑和修改
- 可以改变音色和速度
- 标准化格式，广泛支持
- 适合音乐制作和编曲
缺点：
- 不包含音频数据，需要音源
- 音质依赖音源库质量
- 不同设备播放效果可能不同
- 不适合直接播放（需要合成器）
代码示例
Python 读取 MIDI
from mido import MidiFile
# 读取 MIDI 文件
mid = MidiFile('music.mid')
print(f"轨道数: {len(mid.tracks)}")
print(f"时长: {mid.length} 秒")
print(f"时间基准: {mid.ticks_per_beat}")
# 遍历所有消息
for i, track in enumerate(mid.tracks):
print(f"\n轨道 {i}:")
for msg in track:
print(f" {msg}")
Python 创建 MIDI
from mido import MidiFile, MidiTrack, Message
# 创建新的 MIDI 文件
mid = MidiFile()
track = MidiTrack()
mid.tracks.append(track)
# 添加音符（C 大调音阶）
notes = [60, 62, 64, 65, 67, 69, 71, 72] # C4 到 C5
for note in notes:
track.append(Message('note_on', note=note, velocity=64, time=0))
track.append(Message('note_off', note=note, velocity=64, time=480))
# 保存文件
mid.save('output.mid')
Python 使用 music21
from music21 import converter, stream, note
# 读取 MIDI
score = converter.parse('music.mid')
# 分析音乐
key = score.analyze('key')
print(f"调性: {key}")
# 创建简单的 MIDI
s = stream.Stream()
n = note.Note('C4')
n.duration.quarterLength = 1.0
s.append(n)
s.write('midi', fp='output.mid')
JavaScript 处理 MIDI
// 使用 Tone.js 播放 MIDI
import * as Tone from 'tone';
// 创建合成器
const synth = new Tone.Synth().toDestination();
// 播放音符
synth.triggerAttackRelease('C4', '8n');
synth.triggerAttackRelease('E4', '8n', '+0.5');
synth.triggerAttackRelease('G4', '8n', '+1');
使用 Web MIDI API
// 访问 MIDI 设备
navigator.requestMIDIAccess().then((midiAccess) => {
const inputs = midiAccess.inputs;
inputs.forEach((input) => {
input.onmidimessage = (event) => {
console.log('MIDI 消息:', event.data);
};
});
});
相关工具
- 音乐制作软件：
- FL Studio：专业音乐制作软件
- Ableton Live：音乐制作和演出软件
- Logic Pro：macOS 音乐制作软件
- GarageBand：入门级音乐制作软件
- 乐谱编辑：
- MuseScore：开源乐谱编辑器
- Sibelius：专业乐谱软件
- MIDI 播放器：
- Windows Media Player：支持 MIDI
- VLC Media Player：支持 MIDI
- 编程库：
- Python:
mido、music21、pretty_midi - JavaScript:
tone.js、midi-parser-js - C/C++:
libmidi、RtMidi
- Python: