MIDI 文件基础：记录什么 + 编码原理

MIDI不是音频！不存声音波形，只存「演奏指令」，这是最核心区别。

一、MIDI文件里面记录哪些信息

1. 核心事件（MIDI Event）

1. 音符事件（Note On / Note Off）

   • Note On：按下琴键/鼓垫

     • 参数：通道(0~15)、音号(0-127，代表音高)、力度(0-127)
     • 注：力度=0的Note On等价于Note Off

   • Note Off：松开按键

     • 参数：通道、音号、释放力度

2. 控制器事件 CC（Control Change）

   • 通道音量、声像、踩镲控制、弯音轮、表情、延音踏板等。
   • 例如CC64=延音踏板，CC10=声像，CC7=通道音量

3. 程序改变 Program Change

   • 切换音色：比如通道1改成钢琴，通道10默认是打击乐通道（鼓组，这就是电鼓DTX用到的）
4. 弯音 Pitch Wheel：滑音、音高偏移
5. 通道触后、音符触后：键盘压力感应（手卷鼓一般不用）

2. 元事件（Meta Event，只存在MIDI文件，不发给硬件）

• 节拍、BPM（速度）、拍号（4/4）、调号
• 音轨名称、歌曲标题、版权、歌词文本
• 时间基准（TPQN，每四分音符多少tick）：决定时间分辨率，常见480tick/四分音符

3. 时间信息：Tick + Delta-time（增量时间）

MIDI不是记录绝对时间，用Delta-Time（增量tick）：

两个事件之间间隔多少tick，而不是“第2秒按下音符”
tick → 根据BPM换算成真实秒数。

4. 文件结构信息

• 音轨数量（Track）：多轨MIDI可以鼓一轨、钢琴一轨分开。
• 格式：MIDI0（单轨） / MIDI1（多轨同步，最常用） / MIDI2（多轨异步很少用）

二、MIDI文件编码（标准：MIDI 1.0，.mid二进制文件）

MIDI文件由文件头块 + 多个音轨块组成，全部是大端（Big-Endian）二进制存储。

1. 文件头块（Header Chunk）

固定结构：

4字节块标识：MThd
4字节块长度：固定00 00 00 06
2字节：MIDI格式（0/1/2）
2字节：音轨数量
2字节：时间基准 TPQN

示例十六进制：4D 54 68 64 00 00 00 06 00 01 00 02 01 E0

• 4D546864 = ASCII MThd
• 后面6字节：格式=1，2条音轨，TPQN=480

2. 音轨块（Track Chunk，每条音轨一个MTrk）

4字节标识：MTrk
4字节：本音轨所有事件的总字节长度
然后：一连串【Delta-Time + MIDI事件】

4D 54 72 6B = ASCII MTrk

重点：Delta-Time 编码 → 可变长度变长整数（VLQ，Variable Length Quantity）

这是MIDI最有特点的编码！

• 1~4字节，最高位bit7作为标记
• bit7=1：后面还有下一个字节；bit7=0：这是最后一个字节
• 每个字节只用低7bit存数值。

举例子：
数字 0x80 (128)
拆成7bit分段：01 0000000
编码：81 00

0x81：最高位=1，低7bit=1；0x00最高位0，低7bit=0

规则：从高位往低位，每7bit一组，除最后一组外，所有字节最高位置1。

MIDI事件编码（状态字节 + 数据字节）

状态字节高4bit=事件类型，低4bit=MIDI通道（0~15）

• 9x = Note On（x=通道），后面2字节：音号、力度
• 8x = Note Off，后面2字节：音号、释放力度
• Ax = 音符触后
• Bx = CC控制器
• Cx = Program Change（只1个数据字节，音色号）
• Dx = 通道触后
• Ex = 弯音（2字节）

运行状态（Running Status）优化：连续同类型同通道事件，可以省略状态字节，只写数据，减少文件体积，MIDI文件常用。

Meta元事件（FF开头）

状态字节固定0xFF，后面1字节元事件类型，1字节VLQ长度，再是内容。
例：FF 51 03 07 A1 20 → 设置BPM（微秒/四分音符）

三、简化编码流程（写一个MIDI文件的步骤）

1. 写Header块：MThd + 长度 + 格式、轨道数、TPQN

2. 对每一条音轨：

   1. 写入MTrk标识 + 预留长度（写完事件后回填）
   2. 遍历所有演奏事件，按时间先后排序
   3. 计算两个事件之间tick差值，用VLQ编码Delta-Time
   4. 写入事件状态+数据（使用running status压缩）
3. 音轨结束事件：FF 2F 00（元事件：轨道结束）
4. 回填MTrk块的长度字段

四、补充，和你电鼓相关

MIDI通道10（MIDI协议里是通道9，索引从0开始）固定打击乐通道：
每个音号对应不同鼓件：36底鼓、38军鼓、42闭踩镲、46开踩镲、49叮叮镲等。
所以DTX游戏、手卷鼓输出MIDI，就是输出Note On/Note Off到通道10。

五、举最小样例（极简MIDI示意）

四分音符TPQN=480，一个C4音符按下再松开。

1. DeltaTime=0，NoteOn 通道1，音号60，力度100
2. DeltaTime=480，NoteOff 通道1，音号60，力度80

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