Rozhraní MIDI pro hudební nástroje (.mid)
MIDI StandardníMusical Instrument Digital Interface (MIDI) je symbolický standard hudební notace, který zaznamenává události instrumentálního provedení namísto akustických zvukových vln.
Kontrola a metadata
Operační systémy a analyzátory souborů identifikují soubory MID kontrolou počáteční binární sekvence bajtů:
Podpis hlavičky na úrovni bajtů (Magic Bytes)
Operační systémy a analyzátory souborů identifikují soubory MID kontrolou počáteční binární sekvence bajtů:
HEXADECIMÁLNÍ PODPIS (POSUN 0):
4D 54 68 64ASCII REPREZENTACE: MThd
Standardizace: MIDI Manufacturers Association (MMA) / AMEI
Technické specifikace
| Architektura kontejneru | Hierarchie bloků souboru Standard MIDI File (SMF) (hlavička MThd + bloky stop MTrk) |
| Komprese | Nekomprimované symbolické události výkonu (Note On, Note Off, Velocity, Pitch Bend) |
| Pořadí bajtů | Pořadí bitů a bajtů Big-Endian |
| Barevné prostory | Nevztahuje se (symbolický proud instrukcí not) |
| Kanály a struktura | 16 logických MIDI kanálů na stopu |
| Max. rozměry | Proměnlivé rozlišení delta času (tiky na čtvrťovou notu, až 65 535) |
| Průhlednost | Čistě matematická posloupnost událostí; neukládá žádný zvukový průběh |
| Streamování a progresivní načítání | Sekvenční proud událostí; lze jej parsovat a odesílat notu po notě |
Technická srovnávací matice: MID vs konkurence
| Technický atribut | MID (Aktuální) | WAV | MP3 | MOD |
|---|---|---|---|---|
| Ukládaný obsah | Instrukce událostí (nota, výška tónu, dynamika) | Nekomprimovaná zvuková vlna PCM | Komprimovaná ztrátová zvuková vlna | Instrukce stopy + vložené vzorky zvukových nástrojů |
| Průměrná velikost souboru | 10 kB až 100 kB | 30 MB - 50 MB | 3 MB - 5 MB | 500 kB - 2 MB |
| Konzistence zvuku | Liší se drasticky na základě syntetizéru/zvukového fontu uživatele | Data událostí MIDI jsou přenositelná; zvuk při přehrávání závisí na syntezátoru nebo zvukové bance. | Data událostí MIDI jsou přenositelná; zvuk při přehrávání závisí na syntezátoru nebo zvukové bance. | |
| Úpravy aranžmá | Triviální; manipulace se zápisem nota po notě | Extrémně obtížné přeladění zvuku | Extrémně obtížné přeladění zvuku | Úpravy vzorků založené na vzorech |
Běžné režimy poškození a příručka pro obnovení v hex
Noty syntetizéru znějí donekonečna („zaseknuté noty“) nebo se tempo stává astronomicky rychlým.
Hlavní příčina: Chybějící události „Note Off“ nebo poškozené hodnoty časového rozdílu s proměnnou délkou v bloku MTrk.
Obnovení: Otevřete soubor v MIDI sekvenceru nebo použijte nástroj File2File.app MIDI k vyčištění běžícího stavu a vložení chybějících příkazů Note Off.
Bezpečnostní analýza a vektory útoků na parser
Analyzátory MIDI dekódují složité hodnoty delta-time s proměnnou délkou (VLQ) a zprávy System Exclusive (SysEx), které mohou vyvolat přetečení vyrovnávací paměti v hardwarových i softwarových syntezátorech.
Známé vektory útoků
- Nekontrolované rozšíření množství s proměnnou délkou způsobující 32bitové přetečení celého čísla.
- Příliš velká datová část zprávy SysEx způsobuje přetečení haldy ve firmwaru syntetizéru nebo softwarových pluginech.
- Zlonaměrně vytvořené značky smyčky způsobující nekonečné smyčky CPU v renderovacích vláknech zvuku.
Doporučené bezpečnostní postupy: Před odesláním do syntetizérů vynuťte horní limit hodnot delta-time a proveďte sanitaci bloků výrobce SysEx.
Historický vývoj a milníky
Klíčové výhody a přednosti
- Mikroskopická velikost souboru: plná symfonická aranžmá spotřebovávají desítky kilobajtů namísto desítek megabajtů.
- Kompletní flexibilita úprav: jednotlivé noty, tempa, tóniny a nástrojové patche lze upravovat bez ztráty kvality.
- MIDI podporuje řada syntezátorů, digitálních pian, sekvencerů a DAW; jejich možnosti se liší
Technická omezení a nevýhody
- Neobsahuje žádné skutečné zvukové nahrávky; přehrávání závisí zcela na syntetizéru a zvukové bance poslechového zařízení.
- Nedokáže reprodukovat nahrané lidské zpěvní hlasy ani realistické akustické neinstrumentální zvuky.
- Přehrávání zní na různých počítačích zcela odlišně v závislosti na nainstalovaných zvukových fontech General MIDI.
Zajímavé technické drobnosti
- Magická hlavička „MThd“ je zkratkou pro „MIDI Track Header“, po níž následuje „MTrk“ pro každý blok stopy.
- Klasické PC videohry jako Doom, Warcraft a Monkey Island používaly MIDI k zajištění bohaté hudby na 1,44MB disketách.
- Dave Smith obdržel v roce 2013 technickou cenu Grammy za svou zásadní roli při vynálezu MIDI.
Často kladené technické otázky
Proč soubor MIDI zní na mém počítači jako levné nástroje?
Soubor MIDI obsahuje pouze pokyny pro notový záznam (kterou notu stisknout a jak silně). Zvuk, který slyšíte, generuje vestavěný syntetizér General MIDI vašeho operačního systému. Nahrání profesionálního SoundFontu (.sf2) výrazně zvyšuje realističnost.
Jak mohu převést soubor MIDI na soubor MP3 nebo WAV?
Protože MIDI neobsahuje žádný zvuk, jeho konverze vyžaduje „vykreslení“ (rendering) prostřednictvím softwarového syntetizéru se zvukovými nástroji. File2File.app Audio Converter automaticky vykresluje MIDI pomocí vysoce kvalitních akustických zvukových bank přímo ve vašem prohlížeči.
Jaký je rozdíl mezi formátem MIDI 0 a formátem MIDI 1?
Formát 0 slučuje všechny hudební kanály do jediného bloku stopy. Formát 1 odděluje jednotlivé nástroje (klavír, baskytara, bicí) do vlastních nezávislých bloků stop pro vícestopou úpravu.