理解MIDI文件结构：从Header到Track Chunks

"MIDI 文件结构详解" 在深入探讨 MIDI 文件结构之前，首先需要了解 MIDI（ Musical Instrument Digital Interface）的基本概念。MIDI 是一种通信协议，允许电子乐器、计算机和其他设备之间交换音乐数据。MIDI 文件是这些数据的存储形式，它们不是音频流，而是事件序列，描述了音乐的构成元素，如音符、控制器变化和时间信息。 MIDI 文件的结构基于“块”（Chunks）的概念。每个块由三部分组成：4 字节的块类型、4 字节的长度字段以及根据长度字段确定的数据区。块类型用 ASCII 字符表示，长度字段为32位，高字节优先。这种结构使得 MIDI 文件能够灵活地容纳不同类型的块。 1. **头块（Header Chunk）** 头块的类型为 "MThd"，用于定义 MIDI 文件的格式信息。它包含以下三个关键字段： - **格式（format）**：指示 MIDI 文件的结构。可能的值有 0、1 和 2，分别代表单轨、多轨和多歌曲格式。 - **轨道数量（tracks）**：头块中指定的 MIDI 轨道数量。 - **时间分隔（division）**：定义时钟信号的单位，可以是拍子数或系统实时消息的计数，决定了事件的时间间隔如何解释。 2. **轨道块（Track Chunks）** 轨道块的类型为 "MTrk"，包含一系列事件，如音符开始、结束、控制器变化等。每个事件前都有一个 delta-time（相对时间），表示该事件相对于前一事件的时间间隔。事件可以是标准 MIDI 事件，如音符消息，也可以是元事件（Meta-events），如歌曲标记或时间标志。 轨道块的结构如下： - **长度（length）**：表示该轨道块内的数据长度。 - **事件序列**：由 delta-time 和事件组成。delta-time 以变长编码表示，可以节省存储空间。事件包括 MIDI 事件和元事件，每个事件由事件类型、参数组成。 3. **数值表示（Value Representations）** 在 MIDI 文件中，除了基本的 MIDI 数据，还存在如 delta-time 和元事件中的数值信息。这些数值通常有两种表示方式： - **变长编码（Variable Length Encoding）**：用于 delta-time 的表示，可以更高效地存储小数值。 - **七位二进制补码（Seven-Bit Two's Complement）**：用于 MIDI 事件中的某些参数，如音符值、控制器号等，通常不超过 127。 除了规定的 "MThd" 和 "MTrk" 块，MIDI 文件结构也允许其他类型的块存在。尽管 MIDI 规范要求软件忽略不识别的块类型，但这样的设计为扩展提供了可能性，比如添加自定义的元数据或编解码器信息。 MIDI 文件通过头块和轨道块的组合，以及灵活的数值表示，形成了一种能有效存储和传递音乐信息的数据结构。理解这一结构对于读取、创建和修改 MIDI 文件至关重要，特别是在音乐软件开发和数字音频工作流程中。