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