Java | Introducción MIDI

El estándar de interfaz digital de instrumentos musicales (MIDI) define un protocolo de comunicación para dispositivos de música electrónica, como instrumentos de teclado electrónico y computadoras personales. Los datos MIDI se pueden transmitir a través de cables especiales durante una actuación en vivo y también se pueden almacenar en un tipo de archivo estándar para su posterior reproducción o edición.
Un archivo midi contiene datos que representan la música en términos de eventos. Cada evento proporciona una descripción de la nota musical que se reproducirá: duración, tono, velocidad, canal, etc. El paquete javax.sound.midi proporciona interfaces y clases para E/S, secuenciación y síntesis de datos MIDI.
MIDI es tanto una especificación de hardware como una especificación de software. 
El javax.sonido.midiEl paquete se usa para crear y usar eventos midi para producir una banda sonora simple en Java. 
 

Representación de dispositivo MIDI de Java Sound API

• Interfaz MidiDevice: La interfaz MidiDevice incluye una API para abrir y cerrar un dispositivo. También incluye una clase interna llamada MidiDevice.Info que proporciona descripciones textuales del dispositivo, incluido su nombre, proveedor y versión.
• Transmisores y receptores: la forma en que un dispositivo envía datos es a través de uno o más objetos transmisores que «posee». De manera similar, la forma en que un dispositivo recibe datos es a través de uno o más de sus objetos receptores. Los objetos transmisores implementan la interfaz Transmisor y los receptores implementan la interfaz Receptor.
  Cada transmisor se puede conectar a un solo receptor a la vez, y viceversa

Componentes esenciales de un sistema Midi

• Sintetizador: Este es el dispositivo que reproduce la banda sonora midi. Puede ser un sintetizador de software o un instrumento real compatible con midi.
• Secuenciador: un secuenciador toma datos Midi (a través de una secuencia) y ordena diferentes instrumentos para tocar las notas. Organiza los eventos según la hora de inicio, la duración y el canal en el que se reproducirá.
• Canal: Midi admite hasta 16 canales diferentes. Podemos enviar un evento midi a cualquiera de esos canales que luego son sincronizados por el secuenciador.
• Pista: Es una secuencia de eventos Midi.
• Secuencia: es una estructura de datos que contiene múltiples pistas e información de tiempo. El secuenciador toma una secuencia y la reproduce.

Clases y métodos importantes

• MidiSystem : esta clase proporciona acceso a recursos MIDI instalados como secuenciadores, sintetizadores, puertos de E/S. Todos los métodos son estáticos y esta clase no se puede instanciar.
• MidiSystem.getSequencer() : devuelve una instancia de la interfaz del secuenciador que está conectada a un sintetizador/receptor.
• secuenciar.open() : abre el secuenciador para que pueda adquirir recursos del sistema.
• secuenciador.setSequence(secuencia de secuencia) – Establece la secuencia actual en la que opera el secuenciador.
• secuenciar.setTempoInBPM(float bpm) – Establece el tempo de reproducción en pulsaciones por minuto.
• secuenciar.start() : inicia la reproducción de los datos MIDI en la secuencia cargada actualmente.
• secuenciar.isRunning() : indica si el secuenciador se está ejecutando actualmente.
• Secuencia : la instancia de la clase Secuencia contiene una estructura de datos que representa una o más pistas e información de tiempo.
• Sequence.PPQ : tipo de temporización basado en tempo, para el cual la resolución se expresa en pulsos (ticks) por negra.
• Sequence.createTrack() – Crea una pista vacía
• Pista : clase que contiene eventos midi ordenados cronológicamente.
• Track.add (evento MidiEvent) : agrega un nuevo evento a la pista.
• MidiEvent (mensaje MidiMessage, marca larga) : un objeto de evento midi que contiene un mensaje midi con marca de tiempo.
• ShortMessage() : un objeto ShortMessage con dos bytes de datos como máximo (extendido de MidiMessage).
• ShortMessage.setMessage(int command, int channel, int data1, int data2) : establece un objeto ShortMessage que tiene como máximo dos bytes de datos (data1 y data2).

Comandos MIDI

Los siguientes programas ilustran el uso de MIDI en Java: 
Programa 1: Ilustra la implementación de un registro simple.
 

// Java program showing the implementation of a simple record
import javax.sound.midi.*;
import java.util.*;
 
public class MyMidiPlayer {
 
    public static void main(String[] args)
    {
 
        System.out.println("Enter the number of notes to be played: ");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        int numOfNotes = in.nextInt();
 
        MyMidiPlayer player = new MyMidiPlayer();
        player.setUpPlayer(numOfNotes);
    }
 
    public void setUpPlayer(int numOfNotes)
    {
 
        try {
 
            // A static method of MidiSystem that returns
            // a sequencer instance.
            Sequencer sequencer = MidiSystem.getSequencer();
            sequencer.open();
 
            // Creating a sequence.
            Sequence sequence = new Sequence(Sequence.PPQ, 4);
 
            // PPQ(Pulse per ticks) is used to specify timing
            // type and 4 is the timing resolution.
 
            // Creating a track on our sequence upon which
            // MIDI events would be placed
            Track track = sequence.createTrack();
            .
 
                // Adding some events to the track
                for (int i = 5; i < (4 * numOfNotes) + 5; i += 4)
            {
 
                // Add Note On event
                track.add(makeEvent(144, 1, i, 100, i));
 
                // Add Note Off event
                track.add(makeEvent(128, 1, i, 100, i + 2));
            }
 
            // Setting our sequence so that the sequencer can
            // run it on synthesizer
            sequencer.setSequence(sequence);
 
            // Specifies the beat rate in beats per minute.
            sequencer.setTempoInBPM(220);
 
            // Sequencer starts to play notes
            sequencer.start();
 
            while (true) {
 
                // Exit the program when sequencer has stopped playing.
                if (!sequencer.isRunning()) {
                    sequencer.close();
                    System.exit(1);
                }
            }
        }
        catch (Exception ex) {
 
            ex.printStackTrace();
        }
    }
 
    public MidiEvent makeEvent(int command, int channel,
                               int note, int velocity, int tick)
    {
 
        MidiEvent event = null;
 
        try {
 
            // ShortMessage stores a note as command type, channel,
            // instrument it has to be played on and its speed.
            ShortMessage a = new ShortMessage();
            a.setMessage(command, channel, note, velocity);
 
            // A midi event is comprised of a short message(representing
            // a note) and the tick at which that note has to be played
            event = new MidiEvent(a, tick);
        }
        catch (Exception ex) {
 
            ex.printStackTrace();
        }
        return event;
    }
}

Input: Enter the number of notes to be played: 
       15 
Output: 15 sound notes with increasing pitch are played

Input: Enter the number of notes to be played: 
       25
Output: 25 sound notes with increasing pitch are played

(Note: Number of notes should not exceed 31 for reasons cited later)

¿Por qué el número de billetes está limitado a 31?  
Dado que los campos data1 y data2 de ShortMessage son de tipo byte, al usar setMessage(int command, int channel, int note, int speed), la nota y la velocidad no deben exceder 127.
Programa 2: Usar el código de comando 192 para cambiar el tipo de instrumento 
 

// Java program showing how to change the instrument type
import javax.sound.midi.*;
import java.util.*;
 
public class MyMidiPlayer1 {
 
    public static void main(String[] args)
    {
 
        MyMidiPlayer1 player = new MyMidiPlayer1();
 
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Enter the instrument to be played");
        int instrument = in.nextInt();
        System.out.println("Enter the note to be played");
        int note = in.nextInt();
 
        player.setUpPlayer(instrument, note);
    }
 
    public void setUpPlayer(int instrument, int note)
    {
 
        try {
 
            Sequencer sequencer = MidiSystem.getSequencer();
            sequencer.open();
            Sequence sequence = new Sequence(Sequence.PPQ, 4);
            Track track = sequence.createTrack();
 
            // Set the instrument type
            track.add(makeEvent(192, 1, instrument, 0, 1));
 
            // Add a note on event with specified note
            track.add(makeEvent(144, 1, note, 100, 1));
 
            // Add a note off event with specified note
            track.add(makeEvent(128, 1, note, 100, 4));
 
            sequencer.setSequence(sequence);
            sequencer.start();
 
            while (true) {
 
                if (!sequencer.isRunning()) {
                    sequencer.close();
                    System.exit(1);
                }
            }
        }
        catch (Exception ex) {
 
            ex.printStackTrace();
        }
    }
 
    public MidiEvent makeEvent(int command, int channel,
                               int note, int velocity, int tick)
    {
 
        MidiEvent event = null;
 
        try {
 
            ShortMessage a = new ShortMessage();
            a.setMessage(command, channel, note, velocity);
 
            event = new MidiEvent(a, tick);
        }
        catch (Exception ex) {
 
            ex.printStackTrace();
        }
        return event;
    }
}

Input : Enter the instrument to be played
        102
        Enter the note to be played
        110

Output : Sound note is played

Input : Enter the instrument to be played
        40
        Enter the note to be played
        100

Output : Sound note is played

NOTA: El código no se ejecutará en el IDE en línea, ya que el código requiere unos segundos de tiempo de ejecución para la reproducción que el IDE no permite.