用Mido简单玩MIDI音乐——简介

这篇文章主要讨论如何通过 Mido 简单播放音乐以及一些基础的乐理知识

MIDI

MIDI是一种音乐的数字乐器接口协议，通过音符的播放模拟演奏音乐。经过很多年的发展，MIDI已经有了一定的作曲承载能力。现在，通过MIDI也可以模拟很多有清晰曲谱的古典音乐，在Kaggle上也有了不少MIDI数据集。

MIDO

Mido是python的一个MIDI包，提供统一的MIDI控制接口，最主要的方式是向MIDI文件中的不同音轨添加音符，或者打开接口后发送控制信息实时播放。Mido的API比较直观，使用也比较方便，足够覆盖大多数的使用情景。

Mido的安装

首先放官网：

• 源代码：https://github.com/mido/mido
• 文档：https://mido.readthedocs.io/en/latest/index.html

Mido 需要 Python 2.7+ / 3.6+，安装很简单：

$ pip install mido

Mido本身并不直接控制MIDI的解析、播放，而是需要其他库控制，这些库被称为mido的后端，目前支持rtmidi、pygame等。默认情况下，使用rtmidi作为后端。安装也很简单：

$ pip install python-rtmidi

安装完成后我们就可以开始愉快的玩耍了。

Midi的基础概念

要认识mido，就需要首先了解MIDI的一些标准。在查阅了一些MIDI标准的文件后，简单总结下 MIDI 1.1 的一些特性，以便理解mido的设计：

• MIDI是由一串字节组成，采用了变长记录的设计，用以平衡长短音符的占用；变长数据通过32bit记录数据块长度；每单位数据由大端法表示，即最高有效位在前。
• MIDI中数据组织的基本单位是块（chunk），分为header和track块；
  • header块主要记录整个文件的元信息，包括长度、track块数量、格式（与音轨有关）、切分（division）；
    • 关于division的含义有两种表示，根据最高位区分：
      1. 表示一个音符的切分量，例如division为96表示四分音符用96 ticks，八分音符的时长即为48 ticks；
      2. 负数表示一秒的帧数，再表示每帧的tick数；
  • track块用于记录一个音轨中的所有事件，MIDI通过事件（event）控制音符的变化，如演奏某个音符或停止等；
    • 每个event都带有一个自开始的offset时间和事件；
      • 事件分为：MIDI事件，系统外事件（sysex）和元事件；
• MIDI使用序号对照音符，共128个音符，覆盖C-1到G9，已经超过了常见钢琴的88个音。
• MIDI有16个channel，可以理解为不同乐器的载体，通过调整channel的音色可以进行简单的配器。其中，channel 10用于记录打击乐。

MIDI标准的信息表

• MIDI音符对应表：
  

• MIDI音色表：

PC#	Family	PC#	Family
1-8	Piano	65-72	Reed
9-16	Chromatic Percussion	73-80	Pipe
17-24	Organ	81-88	Synth Lead
25-32	Guitar	89-96	Synth Pad
33-40	Bass	97-104	Synth
41-48	Strings	105-112	Ethnic
49-56	Ensemble	113-120	Percussive
57-64	Brass	121-128	Sound Effects

Mido基本概念

Mido通过名为Message的对象控制midi后端，基本的原理是向后端的port或者文件发送MIDI事件，以控制实时的或是文件上的输出。在MIDI支持的事件集中，Mido仅有选择性的支持其中的一部分最常用的。

此处简单记录Message的效果，更多详细信息可以参考：

• Mido文档 - Message Types (opens new window)
• Mido文档 - 元信息事件 (opens new window)
• MIDI 1.1 标准 (opens new window)

Message名	参数/属性	备注
note_off	channel note velocity	释放某个音符
note_on	channel note velocity	按下某个音符
polytouch	channel note value	在按下音符后改变按下的压力
control_change	channel control value	改变控制器
program_change	channel program	改变音色
aftertouch	channel value	将某条音轨上的所有音符的按压力度改变
pitchwheel	channel pitch	改变某条音轨的变调
sysex	data	用于MIDI系统外的信息传递
quarter_frame	frame_type frame_value
songpos	pos	记录歌曲开始的MIDI节拍的位置
song_select	song	选择播放的序列或歌曲
tune_request		用于调整和弦
clock		用于同步音频的节拍
start		控制音符播放，clock会附带
continue		控制音符继续播放
stop		结束播放
active_sensing		可用于连接检测
reset		重置所有状态

Next Step

有了以上的信息，我们就可以开始尝试各种通过程序控制的作曲方法了。