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--2000 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   7  */
   8
   9 #include "proto.hh"
  10 #include "debug.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_tempo* i = dynamic_cast<Audio_tempo*> (a))
  31     return new Midi_tempo (i);
  32   else if (Audio_time_signature* i = dynamic_cast<Audio_time_signature*> (a))
  33     return new Midi_time_signature (i);
  34   else if (Audio_text* i = dynamic_cast<Audio_text*> (a))
  35     return i->text_str_.length_i () ? new Midi_text (i) : 0;
  36   else
  37     assert (0);
  38
  39   // isn't C++ grand?
  40   return 0;
  41 }
  42
  43 void
  44 Midi_chunk::set (String header_str, String data_str, String footer_str)
  45 {
  46   data_str_ = data_str;
  47   footer_str_ = footer_str;
  48   header_str_ = header_str;
  49 }
  50
  51 String
  52 Midi_chunk::data_str () const
  53 {
  54   return data_str_;
  55 }
  56
  57 String
  58 Midi_chunk::str () const
  59 {
  60   String str = header_str_;
  61   String dat = data_str ();
  62   String length_str = String_convert::i2hex_str (dat.length_i ()
  63     + footer_str_.length_i (), 8, '0');
  64   length_str = String_convert::hex2bin_str (length_str);
  65   str += length_str;
  66   str += dat;
  67   str += footer_str_;
  68   return str;
  69 }
  70
  71 Midi_duration::Midi_duration (Real seconds_f)
  72 {
  73   seconds_f_ = seconds_f;
  74 }
  75
  76 String
  77 Midi_duration::str () const
  78 {
  79   return String ("<duration: ") + to_str (seconds_f_) + ">";
  80 }
  81
  82 Midi_event::Midi_event (Moment delta_mom, Midi_item* midi_p)
  83 {
  84   delta_mom_ = delta_mom;
  85   midi_p_ = midi_p;
  86 }
  87
  88 String
  89 Midi_event::str () const
  90 {
  91   int delta_i = delta_mom_ * Moment (384 * 4); // ugh.
  92
  93   String delta_str = Midi_item::i2varint_str (delta_i);
  94   String midi_str = midi_p_->str ();
  95   assert (midi_str.length_i ());
  96   return delta_str + midi_str;
  97 }
  98
  99
 100 Midi_header::Midi_header (int format_i, int tracks_i, int clocks_per_4_i)
 101 {
 102   String str;
 103
 104   String format_str = String_convert::i2hex_str (format_i, 4, '0');
 105   str += String_convert::hex2bin_str (format_str);
 106
 107   String tracks_str = String_convert::i2hex_str (tracks_i, 4, '0');
 108   str += String_convert::hex2bin_str (tracks_str);
 109
 110   String tempo_str = String_convert::i2hex_str (clocks_per_4_i, 4, '0');
 111   str += String_convert::hex2bin_str (tempo_str);
 112
 113   set ("MThd", str, "");
 114 }
 115
 116
 117 /* why doesn't this start at 0 ?
 118
 119    TODO: -> IN GUILE!
 120  */
 121 char const* const instrument_name_sz_a_[ ] = {
 122   /* default is usually piano */
 123   /* 0 "piano", */
 124
 125   /* (1-8 piano) */
 126   /* 1 */ "acoustic grand",
 127           /* 2 */ "bright acoustic",
 128           /* 3 */ "electric grand",
 129           /* 4 */ "honky-tonk",
 130           /* 5 */ "electric piano 1",
 131           /* 6 */ "electric piano 2",
 132           /* 7 */ "harpsichord",
 133           /* 8 */ "clav",
 134
 135           /* (9-16 chrom percussion) */
 136           /* 9 */ "celesta",
 137           /* 10 */ "glockenspiel",
 138           /* 11 */ "music box",
 139           /* 12 */ "vibraphone",
 140           /* 13 */ "marimba",
 141           /* 14 */ "xylophone",
 142           /* 15 */ "tubular bells",
 143           /* 16 */ "dulcimer",
 144
 145           /* (17-24 organ) */
 146           /* 17 */ "drawbar organ",
 147           /* 18 */ "percussive organ",
 148           /* 19 */ "rock organ",
 149           /* 20 */ "church organ",
 150           /* 21 */ "reed organ",
 151           /* 22 */ "accordion",
 152           /* 23 */ "harmonica",
 153           /* 24 */ "concertina",
 154
 155           /* (25-32 guitar) */
 156           /* 25 */ "acoustic guitar (nylon)",
 157           /* 26 */ "acoustic guitar (steel)",
 158           /* 27 */ "electric guitar (jazz)",
 159           /* 28 */ "electric guitar (clean)",
 160           /* 29 */ "electric guitar (muted)",
 161           /* 30 */ "overdriven guitar",
 162           /* 31 */ "distorted guitar",
 163           /* 32 */ "guitar harmonics",
 164
 165           /* (33-40 bass) */
 166           /* 33 */ "acoustic bass",
 167           /* 34 */ "electric bass (finger)",
 168           /* 35 */ "electric bass (pick)",
 169           /* 36 */ "fretless bass",
 170           /* 37 */ "slap bass 1",
 171           /* 38 */ "slap bass 2",
 172           /* 39 */ "synth bass 1",
 173           /* 40 */ "synth bass 2",
 174
 175           /* (41-48 strings) */
 176           /* 41 */ "violin",
 177           /* 42 */ "viola",
 178           /* 43 */ "cello",
 179           /* 44 */ "contrabass",
 180           /* 45 */ "tremolo strings",
 181           /* 46 */ "pizzicato strings",
 182           /* 47 */ "orchestral strings",
 183           /* 48 */ "timpani",
 184
 185           /* (49-56 ensemble) */
 186           /* 49 */ "string ensemble 1",
 187           /* 50 */ "string ensemble 2",
 188           /* 51 */ "synthstrings 1",
 189           /* 52 */ "synthstrings 2",
 190           /* 53 */ "choir aahs",
 191           /* 54 */ "voice oohs",
 192           /* 55 */ "synth voice",
 193           /* 56 */ "orchestra hit",
 194
 195           /* (57-64 brass) */
 196           /* 57 */ "trumpet",
 197           /* 58 */ "trombone",
 198           /* 59 */ "tuba",
 199           /* 60 */ "muted trumpet",
 200           /* 61 */ "french horn",
 201           /* 62 */ "brass section",
 202           /* 63 */ "synthbrass 1",
 203           /* 64 */ "synthbrass 2",
 204
 205           /* (65-72 reed) */
 206           /* 65 */ "soprano sax",
 207           /* 66 */ "alto sax",
 208           /* 67 */ "tenor sax",
 209           /* 68 */ "baritone sax",
 210           /* 69 */ "oboe",
 211           /* 70 */ "english horn",
 212           /* 71 */ "bassoon",
 213           /* 72 */ "clarinet",
 214
 215           /* (73-80 pipe) */
 216           /* 73 */ "piccolo",
 217           /* 74 */ "flute",
 218           /* 75 */ "recorder",
 219           /* 76 */ "pan flute",
 220           /* 77 */ "blown bottle",
 221           /* 78 */ "skakuhachi",
 222           /* 79 */ "whistle",
 223           /* 80 */ "ocarina",
 224
 225           /* (81-88 synth lead) */
 226           /* 81 */ "lead 1 (square)",
 227           /* 82 */ "lead 2 (sawtooth)",
 228           /* 83 */ "lead 3 (calliope)",
 229           /* 84 */ "lead 4 (chiff)",
 230           /* 85 */ "lead 5 (charang)",
 231           /* 86 */ "lead 6 (voice)",
 232           /* 87 */ "lead 7 (fifths)",
 233           /* 88 */ "lead 8 (bass+lead)",
 234
 235           /* (89-96 synth pad) */
 236           /* 89 */ "pad 1 (new age)",
 237           /* 90 */ "pad 2 (warm)",
 238           /* 91 */ "pad 3 (polysynth)",
 239           /* 92 */ "pad 4 (choir)",
 240           /* 93 */ "pad 5 (bowed)",
 241           /* 94 */ "pad 6 (metallic)",
 242           /* 95 */ "pad 7 (halo)",
 243           /* 96 */ "pad 8 (sweep)",
 244
 245           /* (97-104 synth effects) */
 246           /* 97 */ "fx 1 (rain)",
 247           /* 98 */ "fx 2 (soundtrack)",
 248           /* 99 */ "fx 3 (crystal)",
 249           /* 100 */ "fx 4 (atmosphere)",
 250           /* 101 */ "fx 5 (brightness)",
 251           /* 102 */ "fx 6 (goblins)",
 252           /* 103 */ "fx 7 (echoes)",
 253           /* 104 */ "fx 8 (sci-fi)",
 254
 255           /* (105-112 ethnic) */
 256           /* 105 */ "sitar",
 257           /* 106 */ "banjo",
 258           /* 107 */ "shamisen",
 259           /* 108 */ "koto",
 260           /* 109 */ "kalimba",
 261           /* 110 */ "bagpipe",
 262           /* 111 */ "fiddle",
 263           /* 112 */ "shanai",
 264
 265           /* (113-120 percussive) */
 266           /* 113 */ "tinkle bell",
 267           /* 114 */ "agogo",
 268           /* 115 */ "steel drums",
 269           /* 116 */ "woodblock",
 270           /* 117 */ "taiko drum",
 271           /* 118 */ "melodic tom",
 272           /* 119 */ "synth drum",
 273           /* 120 */ "reverse cymbal",
 274
 275           /* (121-128 sound effects) */
 276           /* 121 */ "guitar fret noise",
 277           /* 122 */ "breath noise",
 278           /* 123 */ "seashore",
 279           /* 124 */ "bird tweet",
 280           /* 125 */ "telephone ring",
 281           /* 126 */ "helicopter",
 282           /* 127 */ "applause",
 283           /* 128 */ "gunshot",
 284           0
 285 };
 286
 287 Midi_instrument::Midi_instrument (Audio_instrument* a)
 288 {
 289   audio_l_ = a;
 290   audio_l_->str_.to_lower ();
 291 }
 292
 293 String
 294 Midi_instrument::str () const
 295 {
 296   Byte program_byte = 0;
 297   bool found = false;
 298   for (int i = 0; !found && instrument_name_sz_a_[i]; i++)
 299     if (audio_l_->str_ == String (instrument_name_sz_a_[ i ]))
 300       {
 301         program_byte = (Byte)i;
 302         found = true;
 303       }
 304
 305   if (!found)
 306     {
 307       warning (_f ("no such instrument: `%s'", audio_l_->str_.ch_C ()));
 308     }
 309
 310   String str = to_str ((char) (0xc0 + channel_i_));
 311   str += to_str ((char)program_byte);
 312   return str;
 313 }
 314
 315 Midi_item::Midi_item ()
 316 {
 317   channel_i_ = 0;
 318 }
 319
 320 Midi_item::~Midi_item ()
 321 {
 322 }
 323
 324 String
 325 Midi_item::i2varint_str (int i)
 326 {
 327   int buffer_i = i & 0x7f;
 328   while ( (i >>= 7) > 0)
 329     {
 330       buffer_i <<= 8;
 331       buffer_i |= 0x80;
 332       buffer_i += (i & 0x7f);
 333     }
 334
 335   String str;
 336   while (1)
 337     {
 338       str += to_str ((char)buffer_i);
 339       if (buffer_i & 0x80)
 340         buffer_i >>= 8;
 341       else
 342         break;
 343     }
 344   return str;
 345 }
 346
 347 Midi_key::Midi_key (Audio_key*a)
 348 {
 349   audio_l_ = a;
 350 }
 351
 352 String
 353 Midi_key::str () const
 354 {
 355   int sharps_i = audio_l_->key_.sharps_i ();
 356   int flats_i = audio_l_->key_.flats_i ();
 357
 358   // midi cannot handle non-conventional keys
 359   if (flats_i && sharps_i)
 360     {
 361       String str = _f ("unconventional key: flats: %d, sharps: %d", flats_i,
 362         sharps_i);
 363       flats_i = sharps_i = 0;
 364     }
 365   int accidentals_i = sharps_i - flats_i;
 366
 367   String str = "ff5902";
 368   str += String_convert::i2hex_str (accidentals_i, 2, '0');
 369   str += String_convert::i2hex_str ((int)audio_l_->key_.minor_b (), 2, '0');
 370   return String_convert::hex2bin_str (str);
 371 }
 372
 373 Midi_time_signature::Midi_time_signature (Audio_time_signature* a)
 374 {
 375   audio_l_ = a;
 376   clocks_per_1_i_ = 18;
 377 }
 378
 379 String
 380 Midi_time_signature::str () const
 381 {
 382   int num_i = audio_l_->beats_i_;
 383   int den_i = audio_l_->one_beat_i_;
 384
 385   String str = "ff5804";
 386   str += String_convert::i2hex_str (num_i, 2, '0');
 387   str += String_convert::i2hex_str (intlog2 (den_i) , 2, '0');
 388   str += String_convert::i2hex_str (clocks_per_1_i_, 2, '0');
 389   str += String_convert::i2hex_str (8, 2, '0');
 390   return String_convert::hex2bin_str (str);
 391 }
 392
 393 Midi_note::Midi_note (Audio_note* a)
 394 {
 395   audio_l_ = a;
 396   dynamic_byte_ = 0x7f;
 397 }
 398
 399 Moment
 400 Midi_note::length_mom () const
 401 {
 402   Moment m = audio_l_->length_mom_;
 403 #if 0
 404   if (m < Moment (1, 1000))
 405     {
 406       warning (_ ("silly duration"));
 407       m = 1;
 408      }
 409 #endif
 410   return m;
 411 }
 412
 413 int
 414 Midi_note::pitch_i () const
 415 {
 416   int p = audio_l_->pitch_.semitone_pitch () + audio_l_->transposing_i_;
 417   if (p == INT_MAX)
 418     {
 419       warning (_ ("silly pitch"));
 420       p = 0;
 421      }
 422   return p;
 423 }
 424
 425 String
 426 Midi_note::str () const
 427 {
 428   Byte status_byte = (char) (0x90 + channel_i_);
 429
 430   String str = to_str ((char)status_byte);
 431   str += to_str ((char) (pitch_i () + c0_pitch_i_c_));
 432
 433   str += to_str ((char)dynamic_byte_);
 434   return str;
 435 }
 436
 437 Midi_note_off::Midi_note_off (Midi_note* n)
 438   : Midi_note (n->audio_l_)
 439 {
 440   on_l_ = n;
 441   channel_i_ = n->channel_i_;
 442
 443   // Anybody who hears any difference, or knows how this works?
 444   //  0 should definitely be avoided, notes stick on some sound cards.
 445   // 64 is supposed to be neutral
 446   aftertouch_byte_ = 64;
 447
 448 }
 449
 450 String
 451 Midi_note_off::str () const
 452 {
 453   Byte status_byte = (char) (0x80 + channel_i_);
 454
 455   String str = to_str ((char)status_byte);
 456   str += to_str ((char) (pitch_i () + Midi_note::c0_pitch_i_c_));
 457   str += to_str ((char)aftertouch_byte_);
 458   return str;
 459 }
 460
 461 Midi_tempo::Midi_tempo (Audio_tempo* a)
 462 {
 463   audio_l_ = a;
 464 }
 465
 466 String
 467 Midi_tempo::str () const
 468 {
 469   int useconds_per_4_i = 60 * (int)1e6 / audio_l_->per_minute_4_i_;
 470   String str = "ff5103";
 471   str += String_convert::i2hex_str (useconds_per_4_i, 6, '0');
 472   return String_convert::hex2bin_str (str);
 473 }
 474
 475 Midi_text::Midi_text (Audio_text* a)
 476 {
 477   audio_l_ = a;
 478 }
 479
 480 #if 0
 481 Midi_text::Midi_text (Midi_text::Type type, String text_str)
 482   : Audio_text ()
 483 {
 484   text_str_ = text_str;
 485   type_ = type;
 486 }
 487 #endif
 488
 489 String
 490 Midi_text::str () const
 491 {
 492   String str = "ff" + String_convert::i2hex_str (audio_l_->type_, 2, '0');
 493   str = String_convert::hex2bin_str (str);
 494   str += i2varint_str (audio_l_->text_str_.length_i ());
 495   str += audio_l_->text_str_;
 496   return str;
 497 }
 498
 499 Midi_track::Midi_track ()
 500   : Midi_chunk ()
 501 {
 502   //                4D 54 72 6B     MTrk
 503   //                00 00 00 3B     chunk length (59)
 504   //        00      FF 58 04 04 02 18 08    time signature
 505   //        00      FF 51 03 07 A1 20       tempo
 506
 507 // FF 59 02 sf mi  Key Signature
 508 //         sf = -7:  7 flats
 509 //         sf = -1:  1 flat
 510 //         sf = 0:  key of C
 511 //         sf = 1:  1 sharp
 512 //         sf = 7: 7 sharps
 513 //         mi = 0:  major key
 514 //         mi = 1:  minor key
 515
 516   number_i_ = 0;
 517
 518   char const* data_ch_C = ""
 519     //        "00" "ff58" "0404" "0218" "08"
 520     //  "00" "ff51" "0307" "a120"
 521     // why a key at all, in midi?
 522     // key: C
 523     //  "00" "ff59" "02" "00" "00"
 524     // key: F (scsii-menuetto)
 525     //                            "00" "ff59" "02" "ff" "00"
 526         ;
 527
 528   String data_str;
 529   // only for format 0 (currently using format 1)?
 530   data_str += String_convert::hex2bin_str (data_ch_C);
 531
 532   char const* footer_ch_C = "00" "ff2f" "00";
 533   String footer_str = String_convert::hex2bin_str (footer_ch_C);
 534
 535   set ("MTrk", data_str, footer_str);
 536 }
 537
 538 void
 539 Midi_track::add (Moment delta_time_mom, Midi_item* midi_p)
 540 {
 541   assert (delta_time_mom >= Moment (0));
 542
 543   Midi_event * e = new Midi_event (delta_time_mom, midi_p);
 544   event_p_list_.append (new Killing_cons<Midi_event> (e, 0));
 545 }
 546
 547 String
 548 Midi_track::data_str () const
 549 {
 550   String str = Midi_chunk::data_str ();
 551   if (flower_dstream && !flower_dstream->silent_b ("Midistrings"))
 552     str += "\n";
 553   for (Cons<Midi_event> *i=event_p_list_.head_; i; i = i->next_)
 554     {
 555       str += i->car_->str ();
 556       if (flower_dstream && !flower_dstream->silent_b ("Midistrings"))
 557         str += "\n";
 558     }
 559   return str;
 560 }