python/midi.c

   1 /*
   2   midi.c -- implement Python midi parser module
   3
   4   source file of the GNU LilyPond music typesetter
   5
   6   (c)  2001 Han-Wen Nienhuys <hanwen@cs.uu.nl>
   7             Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   8
   9 */
  10
  11 /*
  12
  13 python2
  14 import midi
  15 s = open ("s.midi").read ()
  16 midi.parse_track (s)
  17 midi.parse (s)
  18
  19 */
  20
  21 #include "config.h"
  22
  23 /* urg */
  24 #if HAVE_PYTHON2_PYTHON_H
  25 #include <python2/Python.h>
  26 #elif HAVE_PYTHON2_2_PYTHON_H
  27 #include <python2.2/Python.h>
  28 #elif HAVE_PYTHON2_1_PYTHON_H
  29 #include <python2.1/Python.h>
  30 #elif HAVE_PYTHON2_0_PYTHON_H
  31 #include <python2.0/Python.h>
  32 #elif HAVE_PYTHON1_5_PYTHON_H
  33 #include <python1.5/Python.h>
  34 #elif HAVE_PYTHON_PYTHON_H
  35 #define assert(x)
  36 #include <python/Python.h>
  37 #elif HAVE_PYTHON_H
  38 #define assert(x)
  39 #include <Python.h>
  40 #else
  41 #error Need Python.h
  42 #endif
  43
  44 #if 0
  45 int x = 0;
  46 int *track = &x;
  47 #define debug_print(f, args...) fprintf (stderr, "%s:%d: track: %p :" f, __FUNCTION__, __LINE__, *track, ##args)
  48 #else
  49 #define debug_print(f, args...)
  50 #endif
  51
  52 static PyObject *Midi_error;
  53 static PyObject *Midi_warning;
  54
  55 static PyObject *
  56 midi_error (char *s)
  57 {
  58   PyErr_SetString (Midi_error, s);
  59   return 0;
  60 }
  61
  62 static PyObject *
  63 midi_warning (char *s)
  64 {
  65   PyErr_SetString (Midi_warning, s);
  66   return 0;
  67 }
  68
  69
  70 typedef struct message {
  71   unsigned char msg;
  72   char * description;
  73 } message_t;
  74
  75 message_t channelVoiceMessages[] = {
  76   0x80, "NOTE_OFF",
  77   0x90, "NOTE_ON",
  78   0xA0, "POLYPHONIC_KEY_PRESSURE",
  79   0xB0, "CONTROLLER_CHANGE",
  80   0xC0, "PROGRAM_CHANGE",
  81   0xD0, "CHANNEL_KEY_PRESSURE",
  82   0xE0, "PITCH_BEND",
  83   0,0
  84 };
  85
  86 message_t channelModeMessages[] = {
  87   0x78, "ALL_SOUND_OFF",
  88   0x79, "RESET_ALL_CONTROLLERS",
  89   0x7A, "LOCAL_CONTROL",
  90   0x7B, "ALL_NOTES_OFF",
  91   0x7C, "OMNI_MODE_OFF",
  92   0x7D, "OMNI_MODE_ON",
  93   0x7E, "MONO_MODE_ON",
  94   0x7F, "POLY_MODE_ON",
  95   0,0
  96 };
  97
  98 message_t metaEvents[] = {
  99   0x00, "SEQUENCE_NUMBER",
 100   0x01, "TEXT_EVENT",
 101   0x02, "COPYRIGHT_NOTICE",
 102   0x03, "SEQUENCE_TRACK_NAME",
 103   0x04, "INSTRUMENT_NAME",
 104   0x05, "LYRIC",
 105   0x06, "MARKER",
 106   0x07, "CUE_POINT",
 107   0x20, "MIDI_CHANNEL_PREFIX",
 108   0x21, "MIDI_PORT",
 109   0x2F, "END_OF_TRACK",
 110   0x51, "SET_TEMPO",
 111   0x54, "SMTPE_OFFSET",
 112   0x58, "TIME_SIGNATURE",
 113   0x59, "KEY_SIGNATURE",
 114   0x7F, "SEQUENCER_SPECIFIC_META_EVENT",
 115   0xFF, "META_EVENT",
 116   0,0
 117 };
 118
 119 void
 120 add_constants (PyObject *dict)
 121 {
 122   message_t * p[] = {metaEvents, channelModeMessages, channelVoiceMessages ,0};
 123   int i,j;
 124   for ( j =0; p[j]; j++)
 125     for ( i = 0; p[j][i].description; i++)
 126       PyDict_SetItemString (dict, p[j][i].description, Py_BuildValue ("i", p[j][i].msg));
 127 }
 128
 129 unsigned long int
 130 get_number (unsigned char ** str, unsigned char * end_str, int length)
 131 {
 132   /* # MIDI uses big-endian for everything */
 133   long sum = 0;
 134   int i = 0;
 135
 136   for (; i < length; i++)
 137     sum = (sum << 8) + (unsigned char) (*str)[i];
 138
 139   *str += length;
 140   debug_print ("%d:\n", sum);
 141   return sum;
 142 }
 143
 144 unsigned long int
 145 get_variable_length_number (unsigned char **str, unsigned char * end_str)
 146 {
 147   long sum = 0;
 148   int i = 0;
 149   while (*str < end_str)
 150     {
 151       unsigned char x = **str;
 152       (*str) ++;
 153       sum = (sum << 7) + (x & 0x7F);
 154       if (!(x & 0x80))
 155         break;
 156     }
 157   debug_print ("%d:\n", sum);
 158   return sum;
 159 }
 160
 161 PyObject *
 162 read_one_byte (unsigned char **track, unsigned char *end,
 163                unsigned char x)
 164 {
 165   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(i)", x);
 166   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 167
 168   return pyev;
 169 }
 170
 171 PyObject *
 172 read_two_bytes (unsigned char **track, unsigned char *end,
 173                 unsigned char x)
 174 {
 175   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(ii)", x, (*track)[0]);
 176   *track += 1;
 177   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 178   return pyev;
 179 }
 180
 181 PyObject *
 182 read_three_bytes (unsigned char **track, unsigned char *end,
 183                   unsigned char x)
 184 {
 185   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(iii)", x, (*track)[0],
 186                                   (*track)[1]);
 187
 188   *track += 2;
 189   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 190   return pyev;
 191 }
 192
 193 PyObject *
 194 read_string (unsigned char **track, unsigned char *end)
 195 {
 196   unsigned long length = get_variable_length_number (track, end);
 197   if (length > end - *track)
 198     length = end - *track;
 199
 200   *track += length;
 201   return Py_BuildValue ("s#", ((*track) -length), length);
 202 }
 203
 204 typedef PyObject* (*Read_midi_event)
 205      (unsigned char **track, unsigned char *end,
 206       unsigned char x);
 207
 208
 209 static PyObject *
 210 read_f0_byte (unsigned char **track, unsigned char *end,
 211               unsigned char x)
 212
 213 {
 214   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 215   if (x == 0xff)
 216     {
 217       unsigned char z = (*track)[0 ];
 218       *track += 1;
 219       debug_print ("%x:%s", z, "f0-event\n");
 220
 221       return Py_BuildValue ("(iiO)", x, z, read_string (track, end));
 222     }
 223
 224   return Py_BuildValue ("(iO)", x, read_string (track, end));
 225 }
 226
 227 Read_midi_event read_midi_event [16] =
 228 {
 229   read_one_byte,  //  0
 230   read_one_byte,  // 10
 231   read_one_byte,  // 20
 232   read_one_byte,  // 30
 233   read_one_byte,  // 40
 234   read_one_byte,  // 50
 235   read_one_byte,  // 60 data entry.
 236   read_two_bytes, // 70 all notes off
 237   read_three_bytes, // 80 note off
 238   read_three_bytes, // 90 note on
 239   read_three_bytes, // a0 poly aftertouch
 240   read_three_bytes, // b0 control
 241   read_two_bytes,  // c0 prog change
 242   read_two_bytes, // d0 ch aftertouch
 243   read_three_bytes, // e0 pitchwheel range
 244   read_f0_byte,   // f0
 245 };
 246
 247
 248 static PyObject *
 249 read_event (unsigned char **track, unsigned char *end, PyObject *time,
 250             unsigned char *running_status)
 251 {
 252   int rsb_skip = ((**track & 0x80)) ? 1 :0;
 253
 254   unsigned char x = (rsb_skip) ? (*track)[0]: *running_status;
 255
 256   PyObject * bare_event = 0;
 257   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 258   *running_status = x;
 259   *track += rsb_skip;
 260
 261   //  printf ("%x %x %d next %x\n", x, (*track)[0], rsb_skip, (*track)[1]);
 262   bare_event = (*read_midi_event[x >> 4]) (track, end, x);
 263   if (bare_event)
 264     return Py_BuildValue ("(OO)", time, bare_event);
 265   else
 266     return NULL;
 267 }
 268
 269 static PyObject *
 270 midi_parse_track (unsigned char **track, unsigned char *track_end)
 271 {
 272   unsigned int time = 0;
 273   unsigned char running_status;
 274   unsigned long track_len, track_size;
 275   PyObject *pytrack = 0;
 276
 277   debug_print ("%s", "\n");
 278
 279   track_size = track_end - *track;
 280
 281   debug_print ("%s", "\n");
 282   if (strcmp (*track, "MTrk"))
 283     return midi_error (__FUNCTION__ ": MTrk expected");
 284
 285   *track += 4;
 286
 287   track_len = get_number (track, *track + 4, 4);
 288
 289
 290   debug_print ("track_len: %u\n", track_len);
 291   debug_print ("track_size: %u\n", track_size);
 292   debug_print ("track begin: %p\n", track);
 293   debug_print ("track end: %p\n", track + track_len);
 294
 295   if (track_len > track_size)
 296     return midi_error (__FUNCTION__ ": track size corrupt");
 297
 298   pytrack = PyList_New (0);
 299
 300   track_end = *track + track_len;
 301
 302   {
 303     PyObject *pytime = PyInt_FromLong (0L);
 304     while (*track < track_end)
 305       {
 306         long dt = get_variable_length_number(track, track_end);
 307         PyObject *pyev = 0;
 308
 309         time += dt;
 310         if (dt)
 311           pytime = PyInt_FromLong (time);
 312
 313         pyev = read_event (track, track_end, pytime,
 314                            &running_status);
 315         if (pyev)
 316           PyList_Append (pytrack, pyev);
 317       }
 318   }
 319
 320   *track = track_end;
 321   return pytrack;
 322 }
 323
 324
 325 static PyObject *
 326 pymidi_parse_track (PyObject *self, PyObject *args)
 327 {
 328   unsigned char *track, *track_end;
 329   unsigned long track_size, track_len;
 330
 331   PyObject * sobj = PyTuple_GetItem (args, 0);
 332
 333   debug_print ("%s", "\n");
 334   if (!PyArg_ParseTuple (args, "s#", &track, &track_size))
 335     return 0;
 336
 337   if (track_size < 0)
 338     return midi_error (__FUNCTION__  ": negative track size");
 339
 340   track_end = track + track_size;
 341
 342   return midi_parse_track (&track, track_end);
 343 }
 344
 345 static PyObject *
 346 midi_parse (unsigned char **midi,unsigned  char *midi_end)
 347 {
 348   PyObject *pymidi = 0;
 349   unsigned long header_len;
 350   unsigned format, tracks;
 351   int division;
 352   int i;
 353
 354   debug_print ("%s", "\n");
 355
 356   /* Header */
 357   header_len = get_number (midi, *midi + 4, 4);
 358
 359
 360   if (header_len < 6)
 361     return midi_error (__FUNCTION__ ": header too short");
 362
 363   format = get_number (midi, *midi + 2, 2);
 364   tracks = get_number (midi, *midi + 2, 2);
 365
 366   if (tracks > 32)
 367     return midi_error (__FUNCTION__ ": too many tracks");
 368
 369   division = get_number (midi, *midi + 2, 2) * 4;
 370
 371
 372   if (division < 0)
 373     /* return midi_error ("can't handle non-metrical time"); */
 374     ;
 375   *midi += header_len - 6;
 376
 377   pymidi = PyList_New (0);
 378
 379   /* Tracks */
 380   for (i = 0; i < tracks; i++)
 381     PyList_Append (pymidi, midi_parse_track (midi, midi_end));
 382
 383   pymidi = Py_BuildValue ("(OO)", Py_BuildValue ("(ii)", format, division),
 384                           pymidi);
 385   return pymidi;
 386 }
 387
 388 static PyObject *
 389 pymidi_parse (PyObject *self, PyObject *args)
 390 {
 391   unsigned char *midi, *midi_end;
 392   unsigned long midi_size, midi_len;
 393
 394   PyObject *sobj = PyTuple_GetItem (args, 0);
 395
 396   debug_print ("%s", "\n");
 397   if (!PyArg_ParseTuple (args, "s#", &midi, &midi_size))
 398     return 0;
 399
 400   if (strcmp (midi, "MThd"))
 401       return midi_error (__FUNCTION__ ": MThd expected");
 402
 403   midi += 4;
 404
 405   midi_end = midi + midi_size;
 406
 407   return midi_parse (&midi, midi_end);
 408 }
 409
 410
 411 static PyMethodDef MidiMethods[] =
 412 {
 413   {"parse",  pymidi_parse, 1},
 414   {"parse_track",  pymidi_parse_track, 1},
 415   {0, 0}        /* Sentinel */
 416 };
 417
 418 initmidi ()
 419 {
 420   PyObject *m, *d;
 421   m = Py_InitModule ("midi", MidiMethods);
 422   d = PyModule_GetDict (m);
 423
 424   Midi_error = PyString_FromString ("midi.error");
 425   PyDict_SetItemString (d, "error", Midi_error);
 426   add_constants (d);
 427   Midi_warning = PyString_FromString ("midi.warning");
 428   PyDict_SetItemString (d, "warning", Midi_warning);
 429 }