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