Cette page concerne la partie descriptive du fichier MIDI et des codes contrôles de ce standard.
Pour la présentation du protocole MIDI voir ici

Préambule :

Cet article est rédigé à partir de tests et du déchiffrage partiel d'un fichier au standard MIDI. Il existe quelques pages web sur ce protocole, mais elles ne sont pas accessibles pour corriger, modifier ou ajouter des informations ; C'est pour cette raison que j'ai entamé cette documentation afin que vous y ayez tous accès et puissiez l'améliorer et la faire évoluer.
Les généralités de cette norme sont décrites ici
Pour mes tests j'ai utilisé le langage de programmation C++(QT5) et me suis basé sur deux fichiers .MID , l'un exporté depuis le séquenceur Rosegarden, et l'autre étant un ancien export de Cakewalk. J'ai aussi testé l'exportation en .mid avec Muse et Qtractor.

Dans le texte qui suit :

• Toutes les valeurs des codes sont exprimées en hexadécimal sauf indication contraire.
• SMF = Standard MIDI File
• Les types de données sont décrits en annexe A.

Le format du fichier "mid"

Ce type de fichier est organisé en format RIFF (fichier bloc) voir ici pour des informations plus détaillées sur le principe des fichiers RIFF.
Le format de codage des données du fichier est variable suivant le message envoyé au matériel ou interprété par le séquenceur. Certains de ces messages ne sont destinés qu'au séquenceur, et font partie des métadonnées. Ces formats d'envoi de code sont constitués d'une suite d'octet, dont le ou les premiers, représente le délai par rapport à l'action précédente (pour certain code il est nul, donc un octet = 00 ), ensuite le codage détermine l'action à mener, le type de data à traiter et la ou les données à traiter.

Définition du nombre de données à transmettre :

• le nombre de données est défini et est obligatoire :

• Un seul paramètre dont la valeur peut dépasser 7F (d127)

• La longueur en octet du paramètre doit être est indiquée

• La valeur et les data sont variables

Il faut savoir que les données de type "texte" n'utilisent pas la terminaison 00 ; il faut utiliser la valeur donnée par l'octet de dimension de chaine. Ce qui implique qu'une chaine ne peut excéder 255 caractères.

Le premier bloc

struct entete{
  DWORD  typestructure;
  DWORD  tailledata;// nombre d'octets des données suivantes (ici 6)
  WORD   typesmf
  WORD   nbzonedata
  WORD   diviseur
}

Avec ce bloc de 14 octets nous récupérons :

• le type de structure : toujours MThd (fichier MIDI)
• type de standard SMF : SMF (Standard Midi File) valeur de 0 à 2.
  • 0 : une seule zone data où se mélangent les événements de plusieurs canaux.
  • 1 : plusieurs zones qui se suivent dans le fichier, mais sont jouées simultanément. Les métadonnées se trouvent dans la première zone. (Type le plus utilisé).
  • 2 : plusieurs zones, jouées l'une après l'autre.
• Nombre de zones data : nombre de zones de données "MTrk" (MIDI track) de 1 à 65.535 octets
• diviseur pour 1 temps (valeur de la note noire) : codage pour 1 temps
  • le premier bit du premier octet = 0 : le restant des bits définissent la valeur : 120, 240, 480, 960. ex : 01 e0 nous donne d480 tics pour la noire : 01*FF + E0.
  • les trois premiers bits du premier octet = 64 (d100), ils indiquent une unité suivant la norme SMPTE.

exemple :

Le bloc data

Ce bloc peut contenir une ou plusieurs zones MTrk, suivant la valeur de "type de standard SMF" donné en entête (dans l'exemple utilisé, il y a deux zones). Ces zones contiennent les événements musicaux, contrôles et métadonnées. La dimension du blocdata étant donné sur 4 octets elle ne peut excéder d65535, sa structure est :

struct zonedata{
    DWORD   balise;
    DWORD   taille du blocdata;
//     ... data
    BYTE;
    BYTE;   
    BYTE;     3 BYTE pour balise de fin de zone : obligatoire
}

exemple :



Chaque zone de données Mtrk se termine impérativement par ces trois octets : FF 2F 00 ; Même si la zone est unique.
La plupart du temps, l'exportation vers un fichier MID, crée une zone MTrk par piste définie dans le séquenceur.

Organisation du codage

Le premier bloc data, quelle que soit la valeur du paramètre SMF, contient les métadonnées destinées au séquenceur et ne sont pas envoyées à l'appareil. Certaines d'entre elles servent d'informations et n'ont aucune utilité pour le jeu de la musique ; Ces métadonnées commencent obligatoirement par deux codes de valeur 00 FF, suivie d'un octet pour indiquer la fonction de la donnée (ex : 02 -> texte de copyright).
ex : 00 FF 02 03 41 42 43 donnée = "ABC" (dans la suite d'octet de ce code "chaine" l'octet <03> définit la taille de la chaine)



Ensuite il peut y avoir une suite de code "00ff" de type "07" définissant divers textes tel que le logiciel qui a créé le fichier. A leur suite vont apparaître d'autres métadonnées qui sont nécessaires aux appareils et/ou aux séquenceur tels le tempo ou l'indication de mesure, et celles-ci ont une position dans le temps pour être exécutées, dans ce cas le codage change, au lieu du "00 ff" on trouvera "8x xx ff" où "8x xx" définit le délai pour exécuter la fonction du code depuis le codage précédent.

Si un texte de chant est prévu, il est situé dans la deuxième zone MTrk et utilise le code ff05.

Codage du tempo

Pour coder le tempo le calcul s'effectue en microsecondes (µs). Par exemple un tempo de d80 battements/minute donne : 60/80 = 0.75 c'est à dire d750.000 µs par battement qui vont être codés comme suit :


S'il y a une suite de tempo différents, ils sont écrits à la suite l'un de l'autre dans ce même premier Mtrk.


La création d’accélération ou ralentissement se fera par une succession d'envoi de code. Suivant le séquenceur utilisé l'exportation de ces changement n'est pas la même. A titre d'exemple Rosegarden crée un code 51 à chaque événement musical qui semble calculé par rapport au moment où il a lieu, tandis que CakeWalk crée une suite de code 51, pour obtenir des "pentes" qui font abstraction des événements. Mathématiquement ces deux principe se valent, mais la deuxième méthode "bourre" le fichier de code 51.

Codage de la mesure

Ce codage est définit par 4 valeurs : numérateur - dénominateur - métronome et nb de triple croches par 24 clics. le numérateur représentant le nombre de temps et le dénominateur le rang de la division de la ronde (0=ronde, 1 blanche, 2=noire, 3=croche...).
exemple pour une mesure en 2/2

Codage de la clé

à développer
L'indication de la clé se précise sur deux octets

• l'altération de la tonalité est indiquée par un octet signé de F9 à 7
• le mode sur un octet : 00=majeur, 01=mineur.

exemple :
00 ff 59 02: code la clé de départ
xx
00 : mode majeur

Codes de paramétrage d'une piste

Dans les fichiers MIDI, une piste commence par un entête Mtrk avec les 4 octets définissant la taille de ce bloc qui se termine par les 3 octets ff 2f 00.
Au début de ce bloc nous trouverons : le nom de la piste, le numéro de canal, le N° de banque son et le n° d'instrument ( si le canal fait appel à une banque son ), puis les valeurs par défaut de certains contrôleurs nécessaires au départ ( volume, balance ..) et, ensuite, les notes jouées et les valeurs des contrôleurs modifiés en cours de jeu. Dans le cas du type SMF = 1 Les délais définis dans un bloc Mtrk ne sont valables que pour ce bloc Mtrk, puisque les blocs Mtrk sont joués simultanément ; Alors que dans le cas SMF=2 les délais d'un bloc Mtrk sont appliqués à la suite du dernier délai du bloc précédent.

nom de la piste

Donnée texte - code : 03.
Il se situe aussitôt la taille du bloc et son délai est toujours 0. Ce code suit les directives des données textes.

numéro de la banque son

Code : 00.
En général, le numéro de la banque de son est placé aussitôt le nom de la piste. Il suit les règles des codes de contrôle, il est indiqué par le code control change (B.), car la piste est supposée travailler avec la banque par défaut au départ du jeu, il faut donc un changement de banque pour initialiser la piste correctement.

exemple : 00 b3 00 00


S'il n'existe pas de code sélection de banque, c'est la banque par défaut de l'appareil ou du logiciel qui sera utilisée.

numéro d'instrument

Code : Cc.
Le changement de patch program change ne fait pas partie des codes contrôle, il a son propre code de changement. Si aucun patch n'est donné pour la piste, ce sera le patch par défaut (0) dans la banque initialisée ou par défaut qui sera utilisé.
Sa structure est "xx C+canal valeur" où :

exemple du codage d'un début de piste Mtrk

Dans le tableau qui suit, appareil désigne la cible connectée au fichier et peut être aussi bien un matériel qu'un logiciel. De même, le n° de canal 0 du fichier correspond au canal 1 de la cible. Les délais autre que 0 sont indiqués par la lettre x.

Codage des notes

Le principe est d'envoyer un message noteON de démarrage de la note, puis un noteOFF d'arrêt pour cette même note. De ce fait la "durée" de la note n'est jamais indiquée dans le fichier ; C'est le code de départ ET son code de fin de la note qui définissent sa durée. La note est jouée dans un canal MIDI qui doit être paramétré avant l'envoi de la première note, c'est dans ce canal MIDI que sont définit l'instrument, le volume ... (voir ici).
Le format du codage commence par le délai constitué de 1 à 4 octets suivant sa valeur puis d'une série de 3 octets dont le premier est décomposé en deux quartet :

• le premier quartet définit l'action 1000 ou 1001 (80 pour noteOFF 90 pour noteON)
• le deuxième quartet définit le canal où la note doit être jouée ( la valeur 0 dans le code agit sur le canal 1 du logiciel).
• l'octet suivant est le numéro de la note à produire (0 à 127)
• en troisième position c'est la valeur de la vélocité (0 à 127)

exemple :

Succession de notes

Dans le cas d'une série de notes qui se suivent sans autres interventions que des notes (pas de codes contrôles), la notation peut se passer des NoteON et NoteOFF ; Dans ce cas c'est la valeur de la vélocité qui "termine la note" et donne le départ d'une note suivante.

Codage de notes avec jeu simultané ( accord )

Dans une suite de notes dans un même bloc, il y a des notes jouées en même temps, d'autres s'arrêtent et d'autres démarrent, la notation va permettre d'éluder certains NoteON ou NoteOFF. Il semble convenu, dans certaines conditions, qu'il est possible d'éviter ces répétitions de codes.

Les codes contrôle

Les contrôles agissent sur la piste où ils sont placés. Pour modifier leur valeur il faut utiliser le code Control Change B0+n°de canal .
Sa structure est "xx B+canal cc valeur" où :



Le pitchbend (modification de la hauteur de la note d'un ton ou deux tons en plus ou en moins) peut-être noté comme un code contrôle :

Succession de codes contrôles

Si une suite de changement de valeur de codes contrôle doit être inscrite, on utilise le code B.. pour le premier changement et les autres codes suivent avec un délai nul ou non-nul.

exemple : 00 b2 00 00 00 79 00 00 0a 40 00 c2 02

Codage des textes

Les textes du chant sont obligatoirement associés à des notes et sont définis par le code ff 05 suivant le format de codage des textes. Seules les notes sont associées à un canal, le texte étant destiné au séquenceur (en attendant une synchronisation vers une synthèse vocale ?). La série commence par le premier texte précédé du délai et suivit de sa note au délai 0, et c'est l'arrêt de cette note qui détermine la durée.



Il est peut-être possible, dans une même piste de placer plusieurs voix avec des textes différents, mais je n'ai testé cette situation car elle rendrait la partition monstrueusement stupide !

Le décalage ou délai pour traiter le code

La succession des traitements des actions est pilotée par un délai qui débute chaque codage. Ce délai est donné par rapport à l'action précédente (délai relatif et non pas absolu) et s'exprime en nombre de division de la noire (Valeur donnée par les deux derniers octets du bloc MThd).
Si ce délai est inférieur ou égal à 7f, il n'y aura qu'un octet pour le définir.
S'il est supérieur à 7f, il peut y a voir deux ou plusieurs octets ; Le premier bit de tous les octets sauf le dernier est à 1, le dernier octet aura obligatoirement le premier bit est à 0. Les 7 autres bits représentent le facteur de la valeur du délai.

exemple :

annexes

description des types de données :

• DWORD 4 octets
• WORD 2 octets
• BYTE 1 octet

Codes des événements métadonnées :

Données texte

Tous ces codes sont précédés de xx xx FF où les xx représentent le délai avant l’exécution. Certaines métadonnées n'étant que des informations, le code avec le délai sera 00 FF.
Format : FF cc NN <texte> . cc est le code de fonction, NN indique la taille du texte toujours inférieure à 255 caractères et le terme <texte> est la suite de codes ASCII représentant le texte. Ci-dessous la valeur du code fonction :

Liste des codes contrôle

Les Changement de contrôle

Le Registered Parameter Numbers (RPNs) est une extension de ces messages pour le réglage de paramètres supplémentaires. Les codes oubliés sont des codes non-définis.

Les Messages de mode du canal (channel mode messages)

Liens et commentaires

Voir également le tutoriel permettant d'utiliser les codes contrôles avec ZynAddSubFX.