lily/midi-item.cc

   1 /*
   2   midi-item.cc -- implement Midi items.
   3
   4   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   5
   6   (c) 1997--2007 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   7 */
   8
   9 #include "midi-item.hh"
  10
  11 #include "duration.hh"
  12 #include "international.hh"
  13 #include "main.hh"
  14 #include "midi-stream.hh"
  15 #include "misc.hh"
  16 #include "program-option.hh"
  17 #include "string-convert.hh"
  18 #include "warn.hh"
  19
  20 #define PITCH_WHEEL_TOP 0x3FFF
  21 #define PITCH_WHEEL_CENTER 0x2000
  22 #define PITCH_WHEEL_BOTTOM 0x0000
  23 #define PITCH_WHEEL_RANGE (PITCH_WHEEL_TOP - PITCH_WHEEL_BOTTOM)
  24
  25 Midi_item *
  26 Midi_item::get_midi (Audio_item *a)
  27 {
  28   if (Audio_key *i = dynamic_cast<Audio_key *> (a))
  29     return new Midi_key (i);
  30   else if (Audio_instrument *i = dynamic_cast<Audio_instrument *> (a))
  31     return i->str_.length () ? new Midi_instrument (i) : 0;
  32   else if (Audio_note *i = dynamic_cast<Audio_note *> (a))
  33     return new Midi_note (i);
  34   else if (Audio_dynamic *i = dynamic_cast<Audio_dynamic *> (a))
  35     return new Midi_dynamic (i);
  36   else if (Audio_piano_pedal *i = dynamic_cast<Audio_piano_pedal *> (a))
  37     return new Midi_piano_pedal (i);
  38   else if (Audio_tempo *i = dynamic_cast<Audio_tempo *> (a))
  39     return new Midi_tempo (i);
  40   else if (Audio_time_signature *i = dynamic_cast<Audio_time_signature *> (a))
  41     return new Midi_time_signature (i);
  42   else if (Audio_text *i = dynamic_cast<Audio_text *> (a))
  43     //return i->text_string_.length () ? new Midi_text (i) : 0;
  44     return new Midi_text (i);
  45   else
  46     assert (0);
  47
  48   // isn't C++ grand?
  49   return 0;
  50 }
  51
  52 void
  53 Midi_chunk::set (string header_string, string data_string, string footer_string)
  54 {
  55   data_string_ = data_string;
  56   footer_string_ = footer_string;
  57   header_string_ = header_string;
  58 }
  59
  60 string
  61 Midi_chunk::data_string () const
  62 {
  63   return data_string_;
  64 }
  65
  66 string
  67 Midi_chunk::to_string () const
  68 {
  69   string str = header_string_;
  70   string dat = data_string ();
  71   string length_string = String_convert::int2hex (dat.length ()
  72                                                   + footer_string_.length (), 8, '0');
  73   length_string = String_convert::hex2bin (length_string);
  74
  75   str += length_string;
  76   str += dat;
  77   str += footer_string_;
  78
  79   return str;
  80 }
  81
  82 Midi_duration::Midi_duration (Real seconds_f)
  83 {
  84   seconds_ = seconds_f;
  85 }
  86
  87 string
  88 Midi_duration::to_string () const
  89 {
  90   return string ("<duration: ") + ::to_string (seconds_) + ">";
  91 }
  92
  93 Midi_event::Midi_event (Moment delta_mom, Midi_item *midi)
  94 {
  95   delta_mom_ = delta_mom;
  96   midi_ = midi;
  97 }
  98
  99 /*
 100   ugh. midi output badly broken since grace note hackage.
 101 */
 102 string
 103 Midi_event::to_string () const
 104 {
 105   Rational rat_dt = (delta_mom_.main_part_ * Rational (384)
 106                      + delta_mom_.grace_part_ * Rational (100)) * Rational (4);
 107   int delta = rat_dt.to_int ();
 108
 109   string delta_string = Midi_item::i2varint_string (delta);
 110   string midi_string = midi_->to_string ();
 111   assert (midi_string.length ());
 112   return delta_string + midi_string;
 113 }
 114
 115 Midi_header::Midi_header (int format, int tracks, int clocks_per_4)
 116 {
 117   string str;
 118
 119   string format_string = String_convert::int2hex (format, 4, '0');
 120   str += String_convert::hex2bin (format_string);
 121
 122   string tracks_string = String_convert::int2hex (tracks, 4, '0');
 123   str += String_convert::hex2bin (tracks_string);
 124
 125   string tempo_string = String_convert::int2hex (clocks_per_4, 4, '0');
 126   str += String_convert::hex2bin (tempo_string);
 127
 128   set ("MThd", str, "");
 129 }
 130
 131 Midi_instrument::Midi_instrument (Audio_instrument *a)
 132 {
 133   audio_ = a;
 134   audio_->str_ = String_convert::to_lower (audio_->str_);
 135 }
 136
 137 string
 138 Midi_instrument::to_string () const
 139 {
 140   Byte program_byte = 0;
 141   bool found = false;
 142
 143   SCM proc = ly_lily_module_constant ("midi-program");
 144   SCM program = scm_call_1 (proc, ly_symbol2scm (audio_->str_.c_str ()));
 145   found = (program != SCM_BOOL_F);
 146   if (found)
 147     program_byte = scm_to_int (program);
 148   else
 149     warning (_f ("no such MIDI instrument: `%s'", audio_->str_.c_str ()));
 150
 151   string str = ::to_string ((char) (0xc0 + channel_)); //YIKES! FIXME : Should be track. -rz
 152   str += ::to_string ((char)program_byte);
 153   return str;
 154 }
 155
 156 Midi_item::Midi_item ()
 157 {
 158 }
 159
 160 Midi_channel_item::~Midi_channel_item ()
 161 {
 162   channel_ = 0;
 163 }
 164
 165 Midi_channel_item::Midi_channel_item ()
 166 {
 167   channel_ = 0;
 168 }
 169
 170 Midi_item::~Midi_item ()
 171 {
 172 }
 173
 174 string
 175 Midi_item::i2varint_string (int i)
 176 {
 177   int buffer = i & 0x7f;
 178   while ((i >>= 7) > 0)
 179     {
 180       buffer <<= 8;
 181       buffer |= 0x80;
 182       buffer += (i & 0x7f);
 183     }
 184
 185   string str;
 186   while (1)
 187     {
 188       str += ::to_string ((char)buffer);
 189       if (buffer & 0x80)
 190         buffer >>= 8;
 191       else
 192         break;
 193     }
 194   return str;
 195 }
 196
 197 Midi_key::Midi_key (Audio_key *a)
 198 {
 199   audio_ = a;
 200 }
 201
 202 string
 203 Midi_key::to_string () const
 204 {
 205   string str = "ff5902";
 206   str += String_convert::int2hex (audio_->accidentals_, 2, '0');
 207   if (audio_->major_)
 208     str += String_convert::int2hex (0, 2, '0');
 209   else
 210     str += String_convert::int2hex (1, 2, '0');
 211   return String_convert::hex2bin (str);
 212 }
 213
 214 Midi_time_signature::Midi_time_signature (Audio_time_signature *a)
 215 {
 216   audio_ = a;
 217   clocks_per_1_ = 18;
 218 }
 219
 220 string
 221 Midi_time_signature::to_string () const
 222 {
 223   int num = abs (audio_->beats_);
 224   if (num > 255)
 225     {
 226       warning ("Time signature with more than 255 beats. Truncating");
 227       num = 255;
 228     }
 229
 230   int den = audio_->one_beat_;
 231
 232
 233
 234   string str = "ff5804";
 235   str += String_convert::int2hex (num, 2, '0');
 236   str += String_convert::int2hex (intlog2 (den), 2, '0');
 237   str += String_convert::int2hex (clocks_per_1_, 2, '0');
 238   str += String_convert::int2hex (8, 2, '0');
 239   return String_convert::hex2bin (str);
 240 }
 241
 242 Midi_note::Midi_note (Audio_note *a)
 243 {
 244   audio_ = a;
 245   dynamic_byte_ = 0x7f;
 246 }
 247
 248 Moment
 249 Midi_note::get_length () const
 250 {
 251   Moment m = audio_->length_mom_;
 252   return m;
 253 }
 254
 255 int
 256 Midi_note::get_fine_tuning () const
 257 {
 258   Rational tune = (audio_->pitch_.tone_pitch ()
 259                    + audio_->transposing_.tone_pitch ()) * Rational (2);
 260   tune -= Rational (get_semitone_pitch ());
 261
 262   tune *= 100;
 263   return (int) double (tune);
 264 }
 265
 266 int
 267 Midi_note::get_semitone_pitch () const
 268 {
 269   return int (double ((audio_->pitch_.tone_pitch ()
 270                        + audio_->transposing_.tone_pitch ()) * Rational (2)));
 271 }
 272
 273 string
 274 Midi_note::to_string () const
 275 {
 276   Byte status_byte = (char) (0x90 + channel_);
 277   string str = "";
 278   int finetune;
 279
 280   // print warning if fine tuning was needed, HJJ
 281   if (get_fine_tuning () != 0)
 282     {
 283       warning (_f ("experimental: temporarily fine tuning (of %d cents) a channel.",
 284                    get_fine_tuning ()));
 285
 286       finetune = PITCH_WHEEL_CENTER;
 287       // Move pitch wheel to a shifted position.
 288       // The pitch wheel range (of 4 semitones) is multiplied by the cents.
 289       finetune += (PITCH_WHEEL_RANGE *get_fine_tuning ()) / (4 * 100);
 290
 291       str += ::to_string ((char) (0xE0 + channel_));
 292       str += ::to_string ((char) (finetune & 0x7F));
 293       str += ::to_string ((char) (finetune >> 7));
 294       str += ::to_string ((char) (0x00));
 295     }
 296
 297   str += ::to_string ((char)status_byte);
 298   str += ::to_string ((char) (get_semitone_pitch () + c0_pitch_));
 299   str += ::to_string ((char)dynamic_byte_);
 300
 301   return str;
 302 }
 303
 304 Midi_note_off::Midi_note_off (Midi_note *n)
 305   : Midi_note (n->audio_)
 306 {
 307   on_ = n;
 308   channel_ = n->channel_;
 309
 310   // Anybody who hears any difference, or knows how this works?
 311   //  0 should definitely be avoided, notes stick on some sound cards.
 312   // 64 is supposed to be neutral
 313
 314   aftertouch_byte_ = 64;
 315 }
 316
 317 string
 318 Midi_note_off::to_string () const
 319 {
 320   Byte status_byte = (char) (0x80 + channel_);
 321
 322   string str = ::to_string ((char)status_byte);
 323   str += ::to_string ((char) (get_semitone_pitch () + Midi_note::c0_pitch_));
 324   str += ::to_string ((char)aftertouch_byte_);
 325
 326   if (get_fine_tuning () != 0)
 327     {
 328       // Move pitch wheel back to the central position.
 329       str += ::to_string ((char) 0x00);
 330       str += ::to_string ((char) (0xE0 + channel_));
 331       str += ::to_string ((char) (PITCH_WHEEL_CENTER &0x7F));
 332       str += ::to_string ((char) (PITCH_WHEEL_CENTER >> 7));
 333     }
 334
 335   return str;
 336 }
 337
 338 Midi_dynamic::Midi_dynamic (Audio_dynamic *a)
 339 {
 340   audio_ = a;
 341 }
 342
 343 string
 344 Midi_dynamic::to_string () const
 345 {
 346   Byte status_byte = (char) (0xB0 + channel_);
 347   string str = ::to_string ((char)status_byte);
 348
 349   /*
 350     Main volume controller (per channel):
 351     07 MSB
 352     27 LSB
 353   */
 354   static Real const full_scale = 127;
 355
 356   int volume = (int) (audio_->volume_ * full_scale);
 357   if (volume <= 0)
 358     volume = 1;
 359   if (volume > full_scale)
 360     volume = (int)full_scale;
 361
 362   str += ::to_string ((char)0x07);
 363   str += ::to_string ((char)volume);
 364   return str;
 365 }
 366
 367 Midi_piano_pedal::Midi_piano_pedal (Audio_piano_pedal *a)
 368 {
 369   audio_ = a;
 370 }
 371
 372 string
 373 Midi_piano_pedal::to_string () const
 374 {
 375   Byte status_byte = (char) (0xB0 + channel_);
 376   string str = ::to_string ((char)status_byte);
 377
 378   if (audio_->type_string_ == "Sostenuto")
 379     str += ::to_string ((char)0x42);
 380   else if (audio_->type_string_ == "Sustain")
 381     str += ::to_string ((char)0x40);
 382   else if (audio_->type_string_ == "UnaCorda")
 383     str += ::to_string ((char)0x43);
 384
 385   int pedal = ((1 - audio_->dir_) / 2) * 0x7f;
 386   str += ::to_string ((char)pedal);
 387   return str;
 388 }
 389
 390 Midi_tempo::Midi_tempo (Audio_tempo *a)
 391 {
 392   audio_ = a;
 393 }
 394
 395 string
 396 Midi_tempo::to_string () const
 397 {
 398   int useconds_per_4 = 60 * (int)1e6 / audio_->per_minute_4_;
 399   string str = "ff5103";
 400   str += String_convert::int2hex (useconds_per_4, 6, '0');
 401   return String_convert::hex2bin (str);
 402 }
 403
 404 Midi_text::Midi_text (Audio_text *a)
 405 {
 406   audio_ = a;
 407 }
 408
 409 string
 410 Midi_text::to_string () const
 411 {
 412   string str = "ff" + String_convert::int2hex (audio_->type_, 2, '0');
 413   str = String_convert::hex2bin (str);
 414   str += i2varint_string (audio_->text_string_.length ());
 415   str += audio_->text_string_;
 416   return str;
 417 }
 418
 419 Midi_track::Midi_track ()
 420   : Midi_chunk ()
 421 {
 422   //                4D 54 72 6B     MTrk
 423   //                00 00 00 3B     chunk length (59)
 424   //        00      FF 58 04 04 02 18 08    time signature
 425   //        00      FF 51 03 07 A1 20       tempo
 426
 427   // FF 59 02 sf mi  Key Signature
 428   //         sf = -7:  7 flats
 429   //         sf = -1:  1 flat
 430   //         sf = 0:  key of C
 431   //         sf = 1:  1 sharp
 432   //         sf = 7: 7 sharps
 433   //         mi = 0:  major key
 434   //         mi = 1:  minor key
 435
 436   number_ = 0;
 437
 438   char const *data_str0 = ""
 439     //        "00" "ff58" "0404" "0218" "08"
 440     //  "00" "ff51" "0307" "a120"
 441     // why a key at all, in midi?
 442     // key: C
 443     //  "00" "ff59" "02" "00" "00"
 444     // key: F (scsii-menuetto)
 445     //                            "00" "ff59" "02" "ff" "00"
 446     ;
 447
 448   string data_string;
 449   // only for format 0 (currently using format 1)?
 450   data_string += String_convert::hex2bin (data_str0);
 451
 452   char const *footer_str0 = "00" "ff2f" "00";
 453   string footer_string = String_convert::hex2bin (footer_str0);
 454
 455   set ("MTrk", data_string, footer_string);
 456 }
 457
 458 void
 459 Midi_track::add (Moment delta_time_mom, Midi_item *midi)
 460 {
 461   assert (delta_time_mom >= Moment (0));
 462
 463   Midi_event *e = new Midi_event (delta_time_mom, midi);
 464   events_.push_back (e);
 465 }
 466
 467 string
 468 Midi_track::data_string () const
 469 {
 470   string str = Midi_chunk::data_string ();
 471   if (do_midi_debugging_global)
 472     str += "\n";
 473
 474   for (vector<Midi_event*>::const_iterator i (events_.begin());
 475        i != events_.end(); i ++)
 476     {
 477       str += (*i)->to_string ();
 478       if (do_midi_debugging_global)
 479         str += "\n";
 480     }
 481   return str;
 482 }
 483
 484
 485 char const *
 486 Midi_item::name () const
 487 {
 488    return this->class_name ();
 489 }
 490
 491 Midi_track::~Midi_track ()
 492 {
 493   junk_pointers (events_);
 494 }