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--2001 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   7  */
   8
   9 #include "debug.hh"
  10 #include "main.hh"
  11 #include "misc.hh"
  12 #include "string.hh"
  13 #include "string-convert.hh"
  14 #include "midi-item.hh"
  15 #include "midi-stream.hh"
  16 #include "audio-item.hh"
  17 #include "duration.hh"
  18
  19 #include "killing-cons.tcc"
  20
  21 Midi_item*
  22 Midi_item::midi_p (Audio_item* a)
  23 {
  24   if (Audio_key* i = dynamic_cast<Audio_key*> (a))
  25     return new Midi_key (i);
  26   else if (Audio_instrument* i = dynamic_cast<Audio_instrument*> (a))
  27     return i->str_.length_i () ? new Midi_instrument (i) : 0;
  28   else if (Audio_note* i = dynamic_cast<Audio_note*> (a))
  29     return new Midi_note (i);
  30   else if (Audio_dynamic* i = dynamic_cast<Audio_dynamic*> (a))
  31     return new Midi_dynamic (i);
  32   else if (Audio_piano_pedal* i = dynamic_cast<Audio_piano_pedal*> (a))
  33     return new Midi_piano_pedal (i);
  34   else if (Audio_tempo* i = dynamic_cast<Audio_tempo*> (a))
  35     return new Midi_tempo (i);
  36   else if (Audio_time_signature* i = dynamic_cast<Audio_time_signature*> (a))
  37     return new Midi_time_signature (i);
  38   else if (Audio_text* i = dynamic_cast<Audio_text*> (a))
  39     //return i->text_str_.length_i () ? new Midi_text (i) : 0;
  40     return new Midi_text (i);
  41   else
  42     assert (0);
  43
  44   // isn't C++ grand?
  45   return 0;
  46 }
  47
  48 void
  49 Midi_chunk::set (String header_str, String data_str, String footer_str)
  50 {
  51   data_str_ = data_str;
  52   footer_str_ = footer_str;
  53   header_str_ = header_str;
  54 }
  55
  56 String
  57 Midi_chunk::data_str () const
  58 {
  59   return data_str_;
  60 }
  61
  62 String
  63 Midi_chunk::str () const
  64 {
  65   String str = header_str_;
  66   String dat = data_str ();
  67   String length_str = String_convert::i2hex_str (dat.length_i ()
  68     + footer_str_.length_i (), 8, '0');
  69   length_str = String_convert::hex2bin_str (length_str);
  70   str += length_str;
  71   str += dat;
  72   str += footer_str_;
  73   return str;
  74 }
  75
  76 Midi_duration::Midi_duration (Real seconds_f)
  77 {
  78   seconds_f_ = seconds_f;
  79 }
  80
  81 String
  82 Midi_duration::str () const
  83 {
  84   return String ("<duration: ") + to_str (seconds_f_) + ">";
  85 }
  86
  87 Midi_event::Midi_event (Moment delta_mom, Midi_item* midi_p)
  88 {
  89   delta_mom_ = delta_mom;
  90   midi_p_ = midi_p;
  91 }
  92
  93 String
  94 Midi_event::str () const
  95 {
  96   int delta_i = delta_mom_ * Moment (384 * 4); // ugh.
  97
  98   String delta_str = Midi_item::i2varint_str (delta_i);
  99   String midi_str = midi_p_->str ();
 100   assert (midi_str.length_i ());
 101   return delta_str + midi_str;
 102 }
 103
 104
 105 Midi_header::Midi_header (int format_i, int tracks_i, int clocks_per_4_i)
 106 {
 107   String str;
 108
 109   String format_str = String_convert::i2hex_str (format_i, 4, '0');
 110   str += String_convert::hex2bin_str (format_str);
 111
 112   String tracks_str = String_convert::i2hex_str (tracks_i, 4, '0');
 113   str += String_convert::hex2bin_str (tracks_str);
 114
 115   String tempo_str = String_convert::i2hex_str (clocks_per_4_i, 4, '0');
 116   str += String_convert::hex2bin_str (tempo_str);
 117
 118   set ("MThd", str, "");
 119 }
 120
 121
 122 /* why doesn't this start at 0 ?
 123
 124    TODO: -> IN GUILE!
 125  */
 126 char const* const instrument_name_sz_a_[ ] = {
 127   /* default is usually piano */
 128   /* 0 "piano", */
 129
 130   /* (1-8 piano) */
 131   /* 1 */ "acoustic grand",
 132           /* 2 */ "bright acoustic",
 133           /* 3 */ "electric grand",
 134           /* 4 */ "honky-tonk",
 135           /* 5 */ "electric piano 1",
 136           /* 6 */ "electric piano 2",
 137           /* 7 */ "harpsichord",
 138           /* 8 */ "clav",
 139
 140           /* (9-16 chrom percussion) */
 141           /* 9 */ "celesta",
 142           /* 10 */ "glockenspiel",
 143           /* 11 */ "music box",
 144           /* 12 */ "vibraphone",
 145           /* 13 */ "marimba",
 146           /* 14 */ "xylophone",
 147           /* 15 */ "tubular bells",
 148           /* 16 */ "dulcimer",
 149
 150           /* (17-24 organ) */
 151           /* 17 */ "drawbar organ",
 152           /* 18 */ "percussive organ",
 153           /* 19 */ "rock organ",
 154           /* 20 */ "church organ",
 155           /* 21 */ "reed organ",
 156           /* 22 */ "accordion",
 157           /* 23 */ "harmonica",
 158           /* 24 */ "concertina",
 159
 160           /* (25-32 guitar) */
 161           /* 25 */ "acoustic guitar (nylon)",
 162           /* 26 */ "acoustic guitar (steel)",
 163           /* 27 */ "electric guitar (jazz)",
 164           /* 28 */ "electric guitar (clean)",
 165           /* 29 */ "electric guitar (muted)",
 166           /* 30 */ "overdriven guitar",
 167           /* 31 */ "distorted guitar",
 168           /* 32 */ "guitar harmonics",
 169
 170           /* (33-40 bass) */
 171           /* 33 */ "acoustic bass",
 172           /* 34 */ "electric bass (finger)",
 173           /* 35 */ "electric bass (pick)",
 174           /* 36 */ "fretless bass",
 175           /* 37 */ "slap bass 1",
 176           /* 38 */ "slap bass 2",
 177           /* 39 */ "synth bass 1",
 178           /* 40 */ "synth bass 2",
 179
 180           /* (41-48 strings) */
 181           /* 41 */ "violin",
 182           /* 42 */ "viola",
 183           /* 43 */ "cello",
 184           /* 44 */ "contrabass",
 185           /* 45 */ "tremolo strings",
 186           /* 46 */ "pizzicato strings",
 187           /* 47 */ "orchestral strings",
 188           /* 48 */ "timpani",
 189
 190           /* (49-56 ensemble) */
 191           /* 49 */ "string ensemble 1",
 192           /* 50 */ "string ensemble 2",
 193           /* 51 */ "synthstrings 1",
 194           /* 52 */ "synthstrings 2",
 195           /* 53 */ "choir aahs",
 196           /* 54 */ "voice oohs",
 197           /* 55 */ "synth voice",
 198           /* 56 */ "orchestra hit",
 199
 200           /* (57-64 brass) */
 201           /* 57 */ "trumpet",
 202           /* 58 */ "trombone",
 203           /* 59 */ "tuba",
 204           /* 60 */ "muted trumpet",
 205           /* 61 */ "french horn",
 206           /* 62 */ "brass section",
 207           /* 63 */ "synthbrass 1",
 208           /* 64 */ "synthbrass 2",
 209
 210           /* (65-72 reed) */
 211           /* 65 */ "soprano sax",
 212           /* 66 */ "alto sax",
 213           /* 67 */ "tenor sax",
 214           /* 68 */ "baritone sax",
 215           /* 69 */ "oboe",
 216           /* 70 */ "english horn",
 217           /* 71 */ "bassoon",
 218           /* 72 */ "clarinet",
 219
 220           /* (73-80 pipe) */
 221           /* 73 */ "piccolo",
 222           /* 74 */ "flute",
 223           /* 75 */ "recorder",
 224           /* 76 */ "pan flute",
 225           /* 77 */ "blown bottle",
 226           /* 78 */ "skakuhachi",
 227           /* 79 */ "whistle",
 228           /* 80 */ "ocarina",
 229
 230           /* (81-88 synth lead) */
 231           /* 81 */ "lead 1 (square)",
 232           /* 82 */ "lead 2 (sawtooth)",
 233           /* 83 */ "lead 3 (calliope)",
 234           /* 84 */ "lead 4 (chiff)",
 235           /* 85 */ "lead 5 (charang)",
 236           /* 86 */ "lead 6 (voice)",
 237           /* 87 */ "lead 7 (fifths)",
 238           /* 88 */ "lead 8 (bass+lead)",
 239
 240           /* (89-96 synth pad) */
 241           /* 89 */ "pad 1 (new age)",
 242           /* 90 */ "pad 2 (warm)",
 243           /* 91 */ "pad 3 (polysynth)",
 244           /* 92 */ "pad 4 (choir)",
 245           /* 93 */ "pad 5 (bowed)",
 246           /* 94 */ "pad 6 (metallic)",
 247           /* 95 */ "pad 7 (halo)",
 248           /* 96 */ "pad 8 (sweep)",
 249
 250           /* (97-104 synth effects) */
 251           /* 97 */ "fx 1 (rain)",
 252           /* 98 */ "fx 2 (soundtrack)",
 253           /* 99 */ "fx 3 (crystal)",
 254           /* 100 */ "fx 4 (atmosphere)",
 255           /* 101 */ "fx 5 (brightness)",
 256           /* 102 */ "fx 6 (goblins)",
 257           /* 103 */ "fx 7 (echoes)",
 258           /* 104 */ "fx 8 (sci-fi)",
 259
 260           /* (105-112 ethnic) */
 261           /* 105 */ "sitar",
 262           /* 106 */ "banjo",
 263           /* 107 */ "shamisen",
 264           /* 108 */ "koto",
 265           /* 109 */ "kalimba",
 266           /* 110 */ "bagpipe",
 267           /* 111 */ "fiddle",
 268           /* 112 */ "shanai",
 269
 270           /* (113-120 percussive) */
 271           /* 113 */ "tinkle bell",
 272           /* 114 */ "agogo",
 273           /* 115 */ "steel drums",
 274           /* 116 */ "woodblock",
 275           /* 117 */ "taiko drum",
 276           /* 118 */ "melodic tom",
 277           /* 119 */ "synth drum",
 278           /* 120 */ "reverse cymbal",
 279
 280           /* (121-128 sound effects) */
 281           /* 121 */ "guitar fret noise",
 282           /* 122 */ "breath noise",
 283           /* 123 */ "seashore",
 284           /* 124 */ "bird tweet",
 285           /* 125 */ "telephone ring",
 286           /* 126 */ "helicopter",
 287           /* 127 */ "applause",
 288           /* 128 */ "gunshot",
 289           0
 290 };
 291
 292 Midi_instrument::Midi_instrument (Audio_instrument* a)
 293 {
 294   audio_l_ = a;
 295   audio_l_->str_.to_lower ();
 296 }
 297
 298 String
 299 Midi_instrument::str () const
 300 {
 301   Byte program_byte = 0;
 302   bool found = false;
 303   for (int i = 0; !found && instrument_name_sz_a_[i]; i++)
 304     if (audio_l_->str_ == String (instrument_name_sz_a_[ i ]))
 305       {
 306         program_byte = (Byte)i;
 307         found = true;
 308       }
 309
 310   if (!found)
 311     {
 312       warning (_f ("no such instrument: `%s'", audio_l_->str_.ch_C ()));
 313     }
 314
 315   String str = to_str ((char) (0xc0 + channel_i_));
 316   str += to_str ((char)program_byte);
 317   return str;
 318 }
 319
 320 Midi_item::Midi_item ()
 321 {
 322   channel_i_ = 0;
 323 }
 324
 325 Midi_item::~Midi_item ()
 326 {
 327 }
 328
 329 String
 330 Midi_item::i2varint_str (int i)
 331 {
 332   int buffer_i = i & 0x7f;
 333   while ( (i >>= 7) > 0)
 334     {
 335       buffer_i <<= 8;
 336       buffer_i |= 0x80;
 337       buffer_i += (i & 0x7f);
 338     }
 339
 340   String str;
 341   while (1)
 342     {
 343       str += to_str ((char)buffer_i);
 344       if (buffer_i & 0x80)
 345         buffer_i >>= 8;
 346       else
 347         break;
 348     }
 349   return str;
 350 }
 351
 352 Midi_key::Midi_key (Audio_key*a)
 353 {
 354   audio_l_ = a;
 355 }
 356
 357 String
 358 Midi_key::str () const
 359 {
 360   // fxime.
 361   int sharps_i = 0; //audio_l_->key_.sharps_i ();
 362   int flats_i = 0; //audio_l_->key_.flats_i ();
 363
 364   // midi cannot handle non-conventional keys
 365   if (flats_i && sharps_i)
 366     {
 367       String str = _f ("unconventional key: flats: %d, sharps: %d", flats_i,
 368         sharps_i);
 369       flats_i = sharps_i = 0;
 370     }
 371   int accidentals_i = sharps_i - flats_i;
 372
 373   String str = "ff5902";
 374   str += String_convert::i2hex_str (accidentals_i, 2, '0');
 375
 376   // (int)audio_l_->key_.minor_b ()
 377   str += String_convert::i2hex_str (0, 2, '0');
 378   return String_convert::hex2bin_str (str);
 379 }
 380
 381 Midi_time_signature::Midi_time_signature (Audio_time_signature* a)
 382 {
 383   audio_l_ = a;
 384   clocks_per_1_i_ = 18;
 385 }
 386
 387 String
 388 Midi_time_signature::str () const
 389 {
 390   int num_i = audio_l_->beats_i_;
 391   int den_i = audio_l_->one_beat_i_;
 392
 393   String str = "ff5804";
 394   str += String_convert::i2hex_str (num_i, 2, '0');
 395   str += String_convert::i2hex_str (intlog2 (den_i) , 2, '0');
 396   str += String_convert::i2hex_str (clocks_per_1_i_, 2, '0');
 397   str += String_convert::i2hex_str (8, 2, '0');
 398   return String_convert::hex2bin_str (str);
 399 }
 400
 401 Midi_note::Midi_note (Audio_note* a)
 402 {
 403   audio_l_ = a;
 404   dynamic_byte_ = 0x7f;
 405 }
 406
 407 Moment
 408 Midi_note::length_mom () const
 409 {
 410   Moment m = audio_l_->length_mom_;
 411 #if 0
 412   if (m < Moment (1, 1000))
 413     {
 414       warning (_ ("silly duration"));
 415       m = 1;
 416      }
 417 #endif
 418   return m;
 419 }
 420
 421 int
 422 Midi_note::pitch_i () const
 423 {
 424   int p = audio_l_->pitch_.semitone_pitch () + audio_l_->transposing_i_;
 425   if (p == INT_MAX)
 426     {
 427       warning (_ ("silly pitch"));
 428       p = 0;
 429      }
 430   return p;
 431 }
 432
 433 String
 434 Midi_note::str () const
 435 {
 436   Byte status_byte = (char) (0x90 + channel_i_);
 437
 438   String str = to_str ((char)status_byte);
 439   str += to_str ((char) (pitch_i () + c0_pitch_i_c_));
 440
 441   str += to_str ((char)dynamic_byte_);
 442   return str;
 443 }
 444
 445 Midi_note_off::Midi_note_off (Midi_note* n)
 446   : Midi_note (n->audio_l_)
 447 {
 448   on_l_ = n;
 449   channel_i_ = n->channel_i_;
 450
 451   // Anybody who hears any difference, or knows how this works?
 452   //  0 should definitely be avoided, notes stick on some sound cards.
 453   // 64 is supposed to be neutral
 454
 455   aftertouch_byte_ = 64;
 456 }
 457
 458 String
 459 Midi_note_off::str () const
 460 {
 461   Byte status_byte = (char) (0x80 + channel_i_);
 462
 463   String str = to_str ((char)status_byte);
 464   str += to_str ((char) (pitch_i () + Midi_note::c0_pitch_i_c_));
 465   str += to_str ((char)aftertouch_byte_);
 466   return str;
 467 }
 468
 469 Midi_dynamic::Midi_dynamic (Audio_dynamic* a)
 470 {
 471   audio_l_ = a;
 472 }
 473
 474 String
 475 Midi_dynamic::str () const
 476 {
 477   Byte status_byte = (char) (0xB0 + channel_i_);
 478   String str = to_str ((char)status_byte);
 479
 480   /*
 481     Main volume controller (per channel):
 482     07 MSB
 483     27 LSB
 484    */
 485   static Real const full_scale = 127;
 486
 487   int volume = (int)(audio_l_->volume_*full_scale);
 488   if (volume <= 0)
 489     volume = 1;
 490   if (volume > full_scale)
 491     volume = (int)full_scale;
 492
 493   str += to_str ((char)0x07);
 494   str += to_str ((char)volume);
 495   return str;
 496 }
 497
 498 Midi_piano_pedal::Midi_piano_pedal (Audio_piano_pedal* a)
 499 {
 500   audio_l_ = a;
 501 }
 502
 503 String
 504 Midi_piano_pedal::str () const
 505 {
 506   Byte status_byte = (char) (0xB0 + channel_i_);
 507   String str = to_str ((char)status_byte);
 508
 509   if (audio_l_->type_str_ == "Sostenuto")
 510     str += to_str ((char)0x42);
 511   else if (audio_l_->type_str_ == "Sustain")
 512     str += to_str ((char)0x40);
 513   else if (audio_l_->type_str_ == "UnaChorda")
 514     str += to_str ((char)0x43);
 515
 516   int pedal = ((1 - audio_l_->dir_) / 2 ) * 0x7f;
 517   str += to_str ((char)pedal);
 518   return str;
 519 }
 520
 521 Midi_tempo::Midi_tempo (Audio_tempo* a)
 522 {
 523   audio_l_ = a;
 524 }
 525
 526 String
 527 Midi_tempo::str () const
 528 {
 529   int useconds_per_4_i = 60 * (int)1e6 / audio_l_->per_minute_4_i_;
 530   String str = "ff5103";
 531   str += String_convert::i2hex_str (useconds_per_4_i, 6, '0');
 532   return String_convert::hex2bin_str (str);
 533 }
 534
 535 Midi_text::Midi_text (Audio_text* a)
 536 {
 537   audio_l_ = a;
 538 }
 539
 540 String
 541 Midi_text::str () const
 542 {
 543   String str = "ff" + String_convert::i2hex_str (audio_l_->type_, 2, '0');
 544   str = String_convert::hex2bin_str (str);
 545   str += i2varint_str (audio_l_->text_str_.length_i ());
 546   str += audio_l_->text_str_;
 547   return str;
 548 }
 549
 550 Midi_track::Midi_track ()
 551   : Midi_chunk ()
 552 {
 553   //                4D 54 72 6B     MTrk
 554   //                00 00 00 3B     chunk length (59)
 555   //        00      FF 58 04 04 02 18 08    time signature
 556   //        00      FF 51 03 07 A1 20       tempo
 557
 558 // FF 59 02 sf mi  Key Signature
 559 //         sf = -7:  7 flats
 560 //         sf = -1:  1 flat
 561 //         sf = 0:  key of C
 562 //         sf = 1:  1 sharp
 563 //         sf = 7: 7 sharps
 564 //         mi = 0:  major key
 565 //         mi = 1:  minor key
 566
 567   number_i_ = 0;
 568
 569   char const* data_ch_C = ""
 570     //        "00" "ff58" "0404" "0218" "08"
 571     //  "00" "ff51" "0307" "a120"
 572     // why a key at all, in midi?
 573     // key: C
 574     //  "00" "ff59" "02" "00" "00"
 575     // key: F (scsii-menuetto)
 576     //                            "00" "ff59" "02" "ff" "00"
 577         ;
 578
 579   String data_str;
 580   // only for format 0 (currently using format 1)?
 581   data_str += String_convert::hex2bin_str (data_ch_C);
 582
 583   char const* footer_ch_C = "00" "ff2f" "00";
 584   String footer_str = String_convert::hex2bin_str (footer_ch_C);
 585
 586   set ("MTrk", data_str, footer_str);
 587 }
 588
 589 void
 590 Midi_track::add (Moment delta_time_mom, Midi_item* midi_p)
 591 {
 592   assert (delta_time_mom >= Moment (0));
 593
 594   Midi_event * e = new Midi_event (delta_time_mom, midi_p);
 595   event_p_list_.append (new Killing_cons<Midi_event> (e, 0));
 596 }
 597
 598 String
 599 Midi_track::data_str () const
 600 {
 601   String str = Midi_chunk::data_str ();
 602   if (midi_debug_global_b)
 603     str += "\n";
 604   for (Cons<Midi_event> *i=event_p_list_.head_; i; i = i->next_)
 605     {
 606       str += i->car_->str ();
 607       if (midi_debug_global_b)
 608         str += "\n";
 609     }
 610   return str;
 611 }