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--2006 Han-Wen Nienhuys <hanwen@xs4all.nl>
   7             Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   8
   9 */
  10
  11 /*
  12
  13 python
  14 import midi
  15 s = open ("s.midi").read ()
  16 midi.parse_track (s)
  17 midi.parse (s)
  18
  19
  20 returns a MIDI file as the tuple
  21
  22  (format, division, TRACKLIST)
  23
  24 each track is an EVENTLIST, where EVENT is
  25
  26   (time, (type, ARG1, [ARG2]))
  27
  28 */
  29
  30 #include <Python.h>
  31
  32 /* PyMIDINIT_FUNC isn't defined in Python < 2.3 */
  33 #ifndef PyMODINIT_FUNC
  34 #       if defined(__cplusplus)
  35 #               define PyMODINIT_FUNC extern "C" void
  36 #       else /* __cplusplus */
  37 #               define PyMODINIT_FUNC void
  38 #       endif /* __cplusplus */
  39 #endif
  40
  41 #if 0
  42 int x = 0;
  43 int *track = &x;
  44 #define debug_print(f, args...) fprintf (stderr, "%s:%d: track: %p :" f, __FUNCTION__, __LINE__, *track, ##args)
  45 #else
  46 #define debug_print(f, args...)
  47 #endif
  48
  49 static PyObject *Midi_error;
  50 static PyObject *Midi_warning;
  51
  52 static PyObject *
  53 midi_error (char const *func, char *s)
  54 {
  55   char *dest = (char*) malloc (sizeof (char) * (strlen (func) + strlen (s) + 1));
  56   strcpy (dest, func);
  57   strcat (dest, s);
  58   PyErr_SetString (Midi_error, dest);
  59   free (dest);
  60
  61   return 0;
  62 }
  63
  64 static PyObject *
  65 midi_warning (char const *s)
  66 {
  67   PyErr_SetString (Midi_warning, s);
  68   return 0;
  69 }
  70
  71
  72 typedef struct message {
  73   unsigned char msg;
  74   char * description;
  75 } message_t;
  76
  77 message_t channelVoiceMessages[] = {
  78   0x80, "NOTE_OFF",
  79   0x90, "NOTE_ON",
  80   0xA0, "POLYPHONIC_KEY_PRESSURE",
  81   0xB0, "CONTROLLER_CHANGE",
  82   0xC0, "PROGRAM_CHANGE",
  83   0xD0, "CHANNEL_KEY_PRESSURE",
  84   0xE0, "PITCH_BEND",
  85   0,0
  86 };
  87
  88 message_t channelModeMessages[] = {
  89   0x78, "ALL_SOUND_OFF",
  90   0x79, "RESET_ALL_CONTROLLERS",
  91   0x7A, "LOCAL_CONTROL",
  92   0x7B, "ALL_NOTES_OFF",
  93   0x7C, "OMNI_MODE_OFF",
  94   0x7D, "OMNI_MODE_ON",
  95   0x7E, "MONO_MODE_ON",
  96   0x7F, "POLY_MODE_ON",
  97   0,0
  98 };
  99
 100 message_t metaEvents[] = {
 101   0x00, "SEQUENCE_NUMBER",
 102   0x01, "TEXT_EVENT",
 103   0x02, "COPYRIGHT_NOTICE",
 104   0x03, "SEQUENCE_TRACK_NAME",
 105   0x04, "INSTRUMENT_NAME",
 106   0x05, "LYRIC",
 107   0x06, "MARKER",
 108   0x07, "CUE_POINT",
 109   0x20, "MIDI_CHANNEL_PREFIX",
 110   0x21, "MIDI_PORT",
 111   0x2F, "END_OF_TRACK",
 112   0x51, "SET_TEMPO",
 113   0x54, "SMTPE_OFFSET",
 114   0x58, "TIME_SIGNATURE",
 115   0x59, "KEY_SIGNATURE",
 116   0x7F, "SEQUENCER_SPECIFIC_META_EVENT",
 117   0xFF, "META_EVENT",
 118   0,0
 119 };
 120
 121 void
 122 add_constants (PyObject *dict)
 123 {
 124   message_t * p[] = {metaEvents, channelModeMessages, channelVoiceMessages ,0};
 125   int i,j;
 126   for ( j =0; p[j]; j++)
 127     for ( i = 0; p[j][i].description; i++)
 128       PyDict_SetItemString (dict, p[j][i].description, Py_BuildValue ("i", p[j][i].msg));
 129 }
 130
 131 unsigned long int
 132 get_number (unsigned char ** str, unsigned char * end_str, int length)
 133 {
 134   /* # MIDI uses big-endian for everything */
 135   long sum = 0;
 136   int i = 0;
 137
 138   for (; i < length &&
 139          ((*str) + i < end_str); i++)
 140     sum = (sum << 8) + (unsigned char) (*str)[i];
 141
 142   *str += length;
 143   debug_print ("%d:\n", sum);
 144   return sum;
 145 }
 146
 147 unsigned long int
 148 get_variable_length_number (unsigned char **str, unsigned char * end_str)
 149 {
 150   long sum = 0;
 151   int i = 0;
 152   while (*str < end_str)
 153     {
 154       unsigned char x = **str;
 155       (*str) ++;
 156       sum = (sum << 7) + (x & 0x7F);
 157       if (!(x & 0x80))
 158         break;
 159     }
 160   debug_print ("%d:\n", sum);
 161   return sum;
 162 }
 163
 164 PyObject *
 165 read_one_byte (unsigned char **track, unsigned char *end,
 166                unsigned char x)
 167 {
 168   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(i)", x);
 169   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 170
 171   return pyev;
 172 }
 173
 174 PyObject *
 175 read_two_bytes (unsigned char **track, unsigned char *end,
 176                 unsigned char x)
 177 {
 178   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(ii)", x, (*track)[0]);
 179   *track += 1;
 180   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 181   return pyev;
 182 }
 183
 184 PyObject *
 185 read_three_bytes (unsigned char **track, unsigned char *end,
 186                   unsigned char x)
 187 {
 188   PyObject *pyev = Py_BuildValue ("(iii)", x, (*track)[0],
 189                                   (*track)[1]);
 190
 191   *track += 2;
 192   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 193   return pyev;
 194 }
 195
 196 PyObject *
 197 read_string (unsigned char **track, unsigned char *end)
 198 {
 199   unsigned long length = get_variable_length_number (track, end);
 200   if (length > end - *track)
 201     length = end - *track;
 202
 203   *track += length;
 204   return Py_BuildValue ("s#", ((*track) -length), length);
 205 }
 206
 207 typedef PyObject* (*Read_midi_event)
 208   (unsigned char **track, unsigned char *end,
 209    unsigned char x);
 210
 211
 212 static PyObject *
 213 read_f0_byte (unsigned char **track, unsigned char *end,
 214               unsigned char x)
 215
 216 {
 217   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 218   if (x == 0xff)
 219     {
 220       unsigned char z = (*track)[0 ];
 221       *track += 1;
 222       debug_print ("%x:%s", z, "f0-event\n");
 223
 224       return Py_BuildValue ("(iiO)", x, z, read_string (track, end));
 225     }
 226
 227   return Py_BuildValue ("(iO)", x, read_string (track, end));
 228 }
 229
 230 Read_midi_event read_midi_event [16] =
 231 {
 232   read_one_byte,  //  0
 233   read_one_byte,  // 10
 234   read_one_byte,  // 20
 235   read_one_byte,  // 30
 236   read_one_byte,  // 40
 237   read_one_byte,  // 50
 238   read_one_byte,  // 60 data entry.
 239   read_two_bytes, // 70 all notes off
 240   read_three_bytes, // 80 note off
 241   read_three_bytes, // 90 note on
 242   read_three_bytes, // a0 poly aftertouch
 243   read_three_bytes, // b0 control
 244   read_two_bytes,  // c0 prog change
 245   read_two_bytes, // d0 ch aftertouch
 246   read_three_bytes, // e0 pitchwheel range
 247   read_f0_byte,   // f0
 248 };
 249
 250
 251 static PyObject *
 252 read_event (unsigned char **track, unsigned char *end, PyObject *time,
 253             unsigned char *running_status)
 254 {
 255   int rsb_skip = ((**track & 0x80)) ? 1 :0;
 256
 257   unsigned char x = (rsb_skip) ? (*track)[0]: *running_status;
 258
 259   PyObject * bare_event = 0;
 260   debug_print ("%x:%s", x, "event\n");
 261   *running_status = x;
 262   *track += rsb_skip;
 263
 264   //  printf ("%x %x %d next %x\n", x, (*track)[0], rsb_skip, (*track)[1]);
 265   bare_event = (*read_midi_event[x >> 4]) (track, end, x);
 266   if (bare_event)
 267     return Py_BuildValue ("(OO)", time, bare_event);
 268   else
 269     return NULL;
 270 }
 271
 272 static PyObject *
 273 midi_parse_track (unsigned char **track, unsigned char *track_end)
 274 {
 275   unsigned int time = 0;
 276   unsigned char running_status;
 277   unsigned long track_len, track_size;
 278   PyObject *pytrack = 0;
 279
 280   debug_print ("%s", "\n");
 281
 282   track_size = track_end - *track;
 283
 284   debug_print ("%s", "\n");
 285   if (memcmp (*track, "MTrk", 4))
 286     return midi_error (__FUNCTION__,  ": MTrk expected");
 287
 288   *track += 4;
 289
 290   track_len = get_number (track, *track + 4, 4);
 291
 292
 293   debug_print ("track_len: %u\n", track_len);
 294   debug_print ("track_size: %u\n", track_size);
 295   debug_print ("track begin: %p\n", track);
 296   debug_print ("track end: %p\n", track + track_len);
 297
 298   if (track_len > track_size)
 299     return midi_error (__FUNCTION__,  ": track size corrupt");
 300
 301   pytrack = PyList_New (0);
 302
 303   if (*track + track_len < track_end)
 304     track_end = *track + track_len;
 305
 306   {
 307     PyObject *pytime = PyInt_FromLong (0L);
 308     while (*track < track_end)
 309       {
 310         long dt = get_variable_length_number(track, track_end);
 311         PyObject *pyev = 0;
 312
 313         time += dt;
 314         if (dt)
 315           pytime = PyInt_FromLong (time);
 316
 317         pyev = read_event (track, track_end, pytime,
 318                            &running_status);
 319         if (pyev)
 320           PyList_Append (pytrack, pyev);
 321       }
 322   }
 323
 324   *track = track_end;
 325   return pytrack;
 326 }
 327
 328
 329 static PyObject *
 330 pymidi_parse_track (PyObject *self, PyObject *args)
 331 {
 332   unsigned char *track, *track_end;
 333   unsigned long track_size, track_len;
 334
 335   PyObject * sobj = PyTuple_GetItem (args, 0);
 336
 337   debug_print ("%s", "\n");
 338   if (!PyArg_ParseTuple (args, "s#", &track, &track_size))
 339     return 0;
 340
 341   if (track_size < 0)
 342     return midi_error (__FUNCTION__,   ": negative track size");
 343
 344   track_end = track + track_size;
 345
 346   return midi_parse_track (&track, track_end);
 347 }
 348
 349 static PyObject *
 350 midi_parse (unsigned char **midi,unsigned  char *midi_end)
 351 {
 352   PyObject *pymidi = 0;
 353   unsigned long header_len;
 354   unsigned format, tracks;
 355   int division;
 356   int i;
 357
 358   debug_print ("%s", "\n");
 359
 360   /* Header */
 361   header_len = get_number (midi, *midi + 4, 4);
 362
 363   if (header_len < 6)
 364     return midi_error (__FUNCTION__,  ": header too short");
 365
 366   format = get_number (midi, *midi + 2, 2);
 367   tracks = get_number (midi, *midi + 2, 2);
 368
 369   if (tracks > 32)
 370     return midi_error (__FUNCTION__,  ": too many tracks");
 371
 372   division = get_number (midi, *midi + 2, 2) * 4;
 373
 374
 375   if (division < 0)
 376     /* return midi_error ("can't handle non-metrical time"); */
 377     ;
 378   *midi += header_len - 6;
 379
 380   pymidi = PyList_New (0);
 381
 382   /* Tracks */
 383   for (i = 0; i < tracks; i++)
 384     PyList_Append (pymidi, midi_parse_track (midi, midi_end));
 385
 386   pymidi = Py_BuildValue ("(OO)", Py_BuildValue ("(ii)", format, division),
 387                           pymidi);
 388   return pymidi;
 389 }
 390
 391 static PyObject *
 392 pymidi_parse (PyObject *self, PyObject *args)
 393 {
 394   unsigned char *midi, *midi_end;
 395   unsigned long midi_size, midi_len;
 396
 397   PyObject *sobj = PyTuple_GetItem (args, 0);
 398
 399   debug_print ("%s", "\n");
 400   if (!PyArg_ParseTuple (args, "s#", &midi, &midi_size))
 401     return 0;
 402
 403   if (memcmp (midi, "MThd", 4))
 404     return midi_error (__FUNCTION__,  ": MThd expected");
 405
 406   midi += 4;
 407
 408   midi_end = midi + midi_size;
 409
 410   return midi_parse (&midi, midi_end);
 411 }
 412
 413
 414 static PyMethodDef MidiMethods[] =
 415 {
 416   {"parse",  pymidi_parse, 1},
 417   {"parse_track",  pymidi_parse_track, 1},
 418   {0, 0}        /* Sentinel */
 419 };
 420
 421 PyMODINIT_FUNC
 422 initmidi (void)
 423 {
 424   PyObject *m, *d;
 425   m = Py_InitModule ("midi", MidiMethods);
 426   d = PyModule_GetDict (m);
 427
 428   Midi_error = PyString_FromString ("midi.error");
 429   PyDict_SetItemString (d, "error", Midi_error);
 430   add_constants (d);
 431   Midi_warning = PyString_FromString ("midi.warning");
 432   PyDict_SetItemString (d, "warning", Midi_warning);
 433 }
 434