復活！ＣＰ／Ｍ　ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！
ＣＰ／ＭがＴＫ−８０互換のワンボードマイコンの上で復活します
ＮＤ８０Ｚ�VとＭＹＣＰＵ８０の上でＣＰ／Ｍが走ります！

［第３３８回］


●ＭＩＤＩファイルを解析

前回わが愛する糟糠の妻の協力により作成いたしました四季の歌のＭＩＤＩファイルのサイズは１２７５バイトでした。
むむ。
そのくらいのサイズならば。
なんとか解析できるかも。

さっそくロードしてメモリダンプを実行いたしました。
こういう場合にＮＤ８０Ｚ�V（ＮＤ８０Ｚ３．５）のＮＤ８０Ｚモニタは実に便利です。
下はそのときのログファイルです。
あ。
これはＥ−８０（仮称）ミニコンに移植しましたＮＤ８０Ｚモニタで作業したときのログファイルです。

logfile nd80zlog\02181822.txt open ＮＤ８０Ｚ�Vに接続しました 0001 0000 - z 1000 00C3 - *** nd80z3 basic **** >/ld siki-b.mid,9000 loading SIKI-B.MID ...04fb(1275)bytes loaded,from 9000 to 94FA >dm 9000,94fa 9000 4D 54 68 64 00 00 00 06-00 01 00 04 01 E0 4D 54 MThd..........MT 9010 72 6B 00 00 00 1A 00 FF-51 03 0A 2C 2A 00 FF 58 rk......Q..,*..X 9020 04 04 02 18 08 00 FF 59-02 01 00 83 60 FF 2F 00 .......Y....`./. 9030 4D 54 72 6B 00 00 01 F1-00 B0 00 00 00 B0 20 00 MTrk.....ｰ...ｰ . 9040 00 C0 00 00 B0 07 64 00-B0 0A 40 00 90 48 64 83 .ﾀ..ｰ.d.ｰ.@..Hd. 9050 00 90 48 00 60 90 48 64-81 40 90 48 00 30 90 47 ..H.`.Hd.@.H.0.G 9060 64 81 40 90 47 00 30 90-45 64 86 00 90 45 00 81 d.@.G.0.Ed...E.. 9070 40 90 47 64 83 00 90 47-00 60 90 47 64 81 40 90 @.Gd...G.`.Gd.@. 9080 47 00 30 90 45 64 81 40-90 45 00 30 90 43 64 86 G.0.Ed.@.E.0.Cd. 9090 00 90 43 00 81 40 90 42-64 81 40 90 42 00 30 90 ..C..@.Bd.@.B.0. 90A0 43 64 81 40 90 43 00 30-90 45 64 81 40 90 45 00 Cd.@.C.0.Ed.@.E. 90B0 30 90 47 64 81 40 90 47-00 30 90 45 64 83 00 90 0.Gd.@.G.0.Ed... 90C0 45 00 60 90 43 64 81 40-90 43 00 30 90 42 64 81 E.`.Cd.@.C.0.Bd. 90D0 40 90 42 00 30 90 40 64-8C 00 90 40 00 83 00 90 @.B.0.@d...@.... 90E0 47 64 83 00 90 47 00 60-90 47 64 81 40 90 47 00 Gd...G.`.Gd.@.G. 90F0 30 90 45 64 81 40 90 45-00 30 90 43 64 81 40 90 0.Ed.@.E.0.Cd.@. 9100 43 00 30 90 45 64 81 40-90 45 00 30 90 43 64 81 C.0.Ed.@.E.0.Cd. 9110 40 90 43 00 30 90 42 64-81 40 90 42 00 30 90 40 @.C.0.Bd.@.B.0.@ 9120 64 83 00 90 40 00 60 90-40 64 83 00 90 40 00 60 d...@.`.@d...@.` 9130 90 40 64 86 00 90 40 00-81 40 90 48 64 83 00 90 .@d...@..@.Hd... 9140 48 00 60 90 48 64 81 40-90 48 00 30 90 47 64 81 H.`.Hd.@.H.0.Gd. 9150 40 90 47 00 30 90 45 64-81 40 90 45 00 30 90 43 @.G.0.Ed.@.E.0.C 9160 64 81 40 90 43 00 30 90-45 64 81 40 90 45 00 30 d.@.C.0.Ed.@.E.0 9170 90 48 64 81 40 90 48 00-30 90 47 64 8C 00 90 47 .Hd.@.H.0.Gd...G 9180 00 83 00 90 48 64 83 00-90 48 00 60 90 48 64 81 ....Hd...H.`.Hd. 9190 40 90 48 00 30 90 47 64-81 40 90 47 00 30 90 45 @.H.0.Gd.@.G.0.E 91A0 64 83 00 90 45 00 60 90-47 64 81 40 90 47 00 30 d...E.`.Gd.@.G.0 91B0 90 48 64 81 40 90 48 00-30 90 47 64 83 00 90 47 .Hd.@.H.0.Gd...G 91C0 00 60 90 47 64 81 40 90-47 00 30 90 43 64 81 40 .`.Gd.@.G.0.Cd.@ 91D0 90 43 00 30 90 40 64 83-00 90 40 00 60 90 40 64 .C.0.@d...@.`.@d 91E0 83 00 90 40 00 60 90 42-64 83 00 90 42 00 60 90 ...@.`.Bd...B.`. 91F0 47 64 83 00 90 47 00 60-90 45 64 81 40 90 45 00 Gd...G.`.Ed.@.E. 9200 30 90 43 64 81 40 90 43-00 30 90 42 64 81 40 90 0.Cd.@.C.0.Bd.@. 9210 42 00 30 90 43 64 81 40-90 43 00 30 90 40 64 8C B.0.Cd.@.C.0.@d. 9220 00 90 40 00 83 60 FF 2F-00 4D 54 72 6B 00 00 02 ..@..`./.MTrk... 9230 AA 00 B0 00 00 00 B0 20-00 00 C0 00 00 B0 07 64 ｪ.ｰ...ｰ ..ﾀ..ｰ.d 9240 00 B0 0A 40 00 90 34 64-81 40 90 34 00 30 90 39 .ｰ.@..4d.@.4.0.9 9250 64 81 40 90 39 00 30 90-3C 64 83 00 90 3C 00 60 d.@.9.0.<d...<.` 9260 90 39 64 81 40 90 39 00-30 90 34 64 81 40 90 34 .9d.@.9.0.4d.@.4 9270 00 30 90 39 64 81 40 90-39 00 30 90 3C 64 81 40 .0.9d.@.9.0.<d.@ 9280 90 3C 00 30 90 37 64 81-40 90 37 00 30 90 34 64 .<.0.7d.@.7.0.4d 9290 81 40 90 34 00 30 90 37-64 83 00 90 37 00 60 90 .@.4.0.7d...7.`. 92A0 34 64 81 40 90 34 00 30-90 2F 64 81 40 90 2F 00 4d.@.4.0./d.@./. 92B0 30 90 34 64 81 40 90 34-00 30 90 37 64 81 40 90 0.4d.@.4.0.7d.@. 92C0 37 00 30 90 33 64 83 00-90 33 00 60 90 36 64 83 7.0.3d...3.`.6d. 92D0 00 90 36 00 60 90 39 64-83 00 90 39 00 60 90 3B ..6.`.9d...9.`.; 92E0 64 83 00 90 3B 00 60 90-34 64 81 40 90 34 00 30 d...;.`.4d.@.4.0 92F0 90 37 64 81 40 90 37 00-30 90 3B 64 81 40 90 3B .7d.@.7.0.;d.@.; 9300 00 30 90 37 64 81 40 90-37 00 30 90 34 64 86 00 .0.7d.@.7.0.4d.. 9310 90 34 00 81 40 90 34 64-81 40 90 34 00 30 90 37 .4..@.4d.@.4.0.7 9320 64 81 40 90 37 00 30 90-3B 64 83 00 90 3B 00 60 d.@.7.0.;d...;.` 9330 90 34 64 81 40 90 34 00-30 90 37 64 81 40 90 37 .4d.@.4.0.7d.@.7 9340 00 30 90 3B 64 83 00 90-3B 00 60 90 34 64 83 00 .0.;d...;.`.4d.. 9350 90 34 00 60 90 37 64 81-40 90 37 00 30 90 3B 64 .4.`.7d.@.7.0.;d 9360 81 40 90 3B 00 30 90 34-64 81 40 90 34 00 30 90 .@.;.0.4d.@.4.0. 9370 37 64 81 40 90 37 00 30-90 3B 64 83 00 90 3B 00 7d.@.7.0.;d...;. 9380 60 90 34 64 81 40 90 34-00 30 90 39 64 81 40 90 `.4d.@.4.0.9d.@. 9390 39 00 30 90 3C 64 83 00-90 3C 00 60 90 34 64 81 9.0.<d...<.`.4d. 93A0 40 90 34 00 30 90 39 64-81 40 90 39 00 30 90 3C @.4.0.9d.@.9.0.< 93B0 64 83 00 90 3C 00 60 90-34 64 83 00 90 34 00 60 d...<.`.4d...4.` 93C0 90 3B 64 81 40 90 3B 00-30 90 39 64 81 40 90 39 .;d.@.;.0.9d.@.9 93D0 00 30 90 37 64 81 40 90-37 00 30 90 36 64 81 40 .0.7d.@.7.0.6d.@ 93E0 90 36 00 30 90 33 64 81-40 90 33 00 30 90 34 64 .6.0.3d.@.3.0.4d 93F0 81 40 90 34 00 30 90 39-64 81 40 90 39 00 30 90 .@.4.0.9d.@.9.0. 9400 34 64 81 40 90 34 00 30-90 39 64 83 00 90 39 00 4d.@.4.0.9d...9. 9410 60 90 3C 64 81 40 90 3C-00 30 90 39 64 81 40 90 `.<d.@.<.0.9d.@. 9420 39 00 30 90 34 64 81 40-90 34 00 30 90 39 64 81 9.0.4d.@.4.0.9d. 9430 40 90 39 00 30 90 3B 64-81 40 90 3B 00 30 90 39 @.9.0.;d.@.;.0.9 9440 64 81 40 90 39 00 30 90-37 64 81 40 90 37 00 30 d.@.9.0.7d.@.7.0 9450 90 36 64 81 40 90 36 00-30 90 34 64 81 40 90 34 .6d.@.6.0.4d.@.4 9460 00 30 90 33 64 81 40 90-33 00 30 90 34 64 81 40 .0.3d.@.3.0.4d.@ 9470 90 34 00 30 90 37 64 81-40 90 37 00 30 90 33 64 .4.0.7d.@.7.0.3d 9480 81 40 90 33 00 30 90 34-64 81 40 90 34 00 30 90 .@.3.0.4d.@.4.0. 9490 36 64 81 40 90 36 00 30-90 37 64 81 40 90 37 00 6d.@.6.0.7d.@.7. 94A0 30 90 39 64 83 00 90 39-00 60 90 3B 64 83 00 90 0.9d...9.`.;d... 94B0 3B 00 60 90 34 64 83 00-90 34 00 60 90 37 64 81 ;.`.4d...4.`.7d. 94C0 40 90 37 00 30 90 36 64-81 40 90 36 00 30 90 34 @.7.0.6d.@.6.0.4 94D0 64 86 00 90 34 00 83 60-FF 2F 00 4D 54 72 6B 00 d...4..`./.MTrk. 94E0 00 00 18 00 B9 00 00 00-B9 20 00 00 C9 00 00 B9 ....ｹ...ｹ ..ﾉ..ｹ 94F0 07 64 00 B9 0A 40 83 60-FF 2F 00 00 31 00 31 00 .d.ｹ.@.`./..1.1. >0000 00C3 - リモート接続を終了しました logfile closed at Mon Feb 18 18:23:30 2013

下は、上のログファイルをプリントアウトして、そこに解析した内容を書き込んで作成したメモです。


使用済みのＡ４用紙の裏にプリントアウトしています。
資源保護の精神です。

こうやって実物で確認をしてみますとＭＩＤＩファイルは割と分かりやすい構造をしています。
少し分かってきますと、このような１６進数ダンプをそのまま見て、おおよそのことは解読しながら先へ進んでいくこともできそうです。

●ＭＩＤＩファイルの構造

ＭＩＤＩファイルはトラックごとに区切られた構造をしています。

●ヘッダートラック

一番最初にはヘッダートラックがあります。

9000 4D 54 68 64 00 00 00 06-00 01 00 04 01 E0 4D 54 MThd..........MT

ヘッダートラックの先頭にはＭＴｈｄという文字が書かれています。

その文字に続く４バイトはトラックに含まれるデータのバイト数（この４バイトの次のデータからトラックの終わりまで）です。
ＭＩＤＩファイルで扱う数値は１６進数ですが、２桁以上を格納する場合に、Ｚ８０や８０８０などのように下位バイトを先に置く（リトルエンディアン）のではなく、それとは逆に普通に読むのと同じ順番に、つまり上位バイトから先に格納します（ビッグエンディアン）。

私は昔リトルエンディアン（ｌｉｔｔｌｅ　ｅｎｄｉａｎ）のことをリトルインディアンだと思っていました（汗）。
ｏｎｅ　ｌｉｔｔｌｅ，ｔｗｏ　ｌｉｔｔｌｅ，ｔｈｒｅｅ　ｌｉｔｔｌｅ　ｉｎｄｉａｎｓ…。
ケツから先に進むのは小さいインディアンの作法かと…。

ご存知の方も多いかと思いますが、ネーミングのもとはガリバー旅行記なのだそうですね。
玉子を大きいほうの端（ｂｉｇ　ｅｎｄ）から割るグループと小さいほうの端（ｌｉｔｔｌｅ　ｅｎｄ）から割るグループとの対立をえがいたエピーソードに由来するのだそうであります。
ガリバー旅行記は子供のころに読んだきりですが、そんなお話は知りませんでした。
でも私はだいたい真ん中あたりから割りますけれど。

トラックのサイズは４桁の固定長ですが、これとは別のところで可変長の数も出てきます。
可変長の数の扱いはちょいとややこしい方法でおこないます。
それは後で説明することにいたしまして、ここでのデータ数は６になっています。
ヘッダートラックのデータサイズは常に６バイト（００　００　００　０６）のようですが、違う場合もあるのかも知れません。

●フォーマット

その後ろの、つまりデータの先頭の２バイトがファイル形式（フォーマット）です。
フォーマット０〜フォーマット２があるようですが、普通はフォーマット０（００　００）かフォーマット１（００　０１）のようです。

フォーマット１はヘッダートラックのほかに２つ以上のトラックがあります。
フォーマット１の最初のデータトラックは演奏に必要なデータとかファイル識別のための情報（速さとか曲名とか）を入れるためのもので、それに続くトラックが楽譜のパートに相当するのだと思います。

フォーマット０はヘッダートラックのほかにはデータトラックが１つあるだけというシンプルな形式です。
シンプルですけれど、１つのトラックにいわば指揮者のための情報と演奏者のための情報が一緒につまっているだけ、その中身は複雑になります。

フォーマット情報２バイトの後ろには、ヘッダートラック以外のデータトラックの数が入ります。
ここでは４（００　０４）になっています。
ということは演奏者（ＭＩＤＩ音源）に送るためのデータトラックは４−１＝３ということになります。

しかし、前回お見せしました四季の歌の楽譜の画像を見ていただきますとわかりますが、２つのパートしかありません。
画像ではＴｒ．１とＴｒ．２になっています。
またＢＡＳＩＣで１バイトずつに区切ってゆっくりと送信した結果も先にトラック１が演奏され、続いてトラック２が演奏されましたが、トラック３は演奏されませんでした（そのようでした）。
その疑問の答えは後になってわかりました。
最後のトラック（アドレス９４ＤＢＨ〜）の中身は空っぽでした。
楽譜作成プログラムの設定で、パッカーション用のトラックにチェックが入っていたため、（実際には使われていない）空のトラックが作成されてしまったのでした。

●分解能（ＢＰＱＮ）

さて、最後の２バイトは４分音符あたりの分解能です。
０１　Ｅ０
です。

４分音符の長さを、この曲データで扱う時間の最少単位（ティック）であらわしたものです。
ふつうはこのデータのように０１Ｅ０Ｈ（４８０）であることが多いようです。
ちなみにＭＩＤＩの分解能はＢＰＱＮ（ｂｉｔ　ｐｅｒ　ｑｕａｒｔｅｒ　ｎｏｔｅ）というようです。
しかし、これだけでは音の長さは決まりません。
音の長さは、このＢＰＱＮと、次のトラックにあるテンポの数値によって決まります。

●最初のデータトラック

次は最初のデータトラックです。

9010 72 6B 00 00 00 1A 00 FF-51 03 0A 2C 2A 00 FF 58 rk......Q..,*..X 9020 04 04 02 18 08 00 FF 59-02 01 00 83 60 FF 2F 00 .......Y....`./.

フォーマット１の最初のデータトラックには、演奏のために必要な情報や、曲名などが入っています。
このトラックのデータはＭＩＤＩ音源には送られません。

データトラックの先頭にはＭＴｒｋの４文字があります。
その次の４バイトはデータのバイト数です。
ここでは００　００　００　１Ａ（２６バイト）になっています。
その後ろから２６バイトがデータです。

●データの表記ルール

ＭＩＤＩのデータ（ＭＩＤＩイベントとかステータスバイトとかと言うようです）は最初に時間を示す数値（１バイト以上の可変長）があって、その後ろに３バイトのコードがあります。
ただし、最初のトラックに多く書かれる特別のＭＩＤＩイベント（メタイベント）などは、それとはまた別のルールによります。

メタイベントは、第一バイトがＦＦで、次にイベントの種類を示すバイトがあり、その次にデータ数を示す数値（可変長）が置かれ、そのあとにそのイベントのデータが続きます。

●メタイベント　ＦＦ　５１　０３（テンポを定義）

最初のデータは
００　ＦＦ　５１　０３　０Ａ　２Ｃ　２Ａ
です。

時間データは００ですから、この前に送られたデータと時間差を置かずに実行されます（されるべき）。
ＦＦは音源には送らない特殊コード（メタイベント）であることを示します（その後ろにさらに１バイトのコードが続きます）。

ＦＦ　５１　０３は速度（テンポ）を示します。
最後の０３はこの後ろに続く速度データが３バイトあることを示しますが、ここは常に３バイトのようです。

速度のデータは０Ａ　２Ｃ　２Ａになっています。
４分音符の長さをμｓの単位で示したものです。

おお。
ここでやっと速度の情報が出てきました。
０Ａ２Ｃ２ＡＨ＝６６６６６６μｓです。
えらく端数ですが、それにはわけがあります。
ふつう曲の速さは１分間当たりいくつの４分音符を演奏するかで示します。
上の数は４分音符１個あたりの時間ですから、秒の単位に直した上でその逆数を６０倍すると１分間当たりの４分音符の数が求まります。
１／０．６６６６６６×６０≒９０です。

ところでさきほどＢＰＱＮ＝４８０という数が出てきました。
４分音符の長さを、この曲の最小の時間単位（ティック）で示したものでした。
そして、ここでその４分音符の演奏時間が６６６６６６μｓである、という情報が得られました。
ということは、この曲の１ティックは、６６６６６６／４８０≒１３８９μｓということになります。

ＭＩＤＩの時間の長さは、このティックを単位にして示されます。
たとえばある音色のある高さの音を出して（ノート・オン）、それから２４０ティック後に音を止める（ノート・オフ）というように示します。
この場合にはその音は８分音符の長さで、それは１．３８９×２４０＝３３３．３６ｍｓという時間になります。

●メタイベント　ＦＦ　５８　０４（拍子を定義）

次のデータは
００　ＦＦ　５８　０４　０４　０２　１８　０８
です。

先頭の時間データは００ですから、これも即座に実行されることを示しています。

ＦＦ　５８　０４
は、それに続く４バイトで拍子を示します。
ここは多分演奏には関係しないと思い、とりあえず無視しています（拍子による強弱等は音データに付加されていると勝手に期待していますが、確認はしていません）。

●メタイベント　ＦＦ　５９　０２（調号を定義）

その次のデータは
００　ＦＦ　５９　０２　０１　００
です。

これも先頭の時間データは００ですから、即座に実行されることを示しています。

ＦＦ　５９　０２
は、それに続く２バイトで調号を示します。
これも演奏には関係しないと判断して無視しています。

●メタイベント　ＦＦ　２Ｆ　００（トラックの終わりを示す）

その次のデータは
８３　６０　ＦＦ　２Ｆ　００
です。

ＦＦ　２Ｆ　００
は、トラックの終わりを示します。

データトラックの終わりは必ずこのコードで終ります（ヘッダートラックにはありません）。
理屈の上では、トラックの先頭にデータバイト数がありますから、このコードは不要なはずなのですが、それでもこのコードは省略不可のようです。
このコードの前にある時間データには、可変長の表現が使われています。

●可変長の表記法

ＭＩＤＩでは固定長であることが明確な場合以外は数値を可変長で示します。
たとえばコード（イベント）の前に置かれる時間データの最小値は００でこれは１バイトで済みます。

今回はそこが８３　６０になっています。
これは通常の１６進数表記の８３６０Ｈではありません。
ＭＩＤＩの可変長表記では１バイトの数の最上位ビットは、その次に下位バイトが続く（１）か、続かない（０）かの識別に使われています。

１バイトで表現できる最大の数は７Ｆ（０１１１１１１）です。
８０Ｈ（１０００００００）は２バイトを使って、８１　００（１００００００１　００００００００）のようにあらわします。
実質的に各バイトは下位７ビットで数を示しますから、
１　００００００１　０　０００００００　→識別子を外すと００００００００　１０００００００になる
↑識別子　　　　↑識別子
のように考えます。

ですから８３　６０は
１　０００００１１　０　１１０００００
なので識別子を外すと
０００００００１　１１１０００００　つまり１Ｅ０Ｈになります。

１Ｅ０Ｈは、４分音符１個分の時間です。
なぜこれだけの時間を置いてからトラックの終わりにするのかは意味不明です。

以上で最初のトラックの解析は終了しました。
このトラックの情報はＳＣ−８８には送りません。
ＳＣ−８８に送るデータは次のトラックからのデータになります。

●２番目と３番目のデータトラック

２番目と３番目のトラックをざっと眺めましたところ、ＭＩＤＩ音源に送る演奏データそのものの羅列のように見えました。
９０　ＸＸ　ＸＸ（ノートオン、音を出す）、９０　ＸＸ　００（音を止める、実質的にノートオフ）だけが並んでいるようです。

むむむむむ。
これだけの情報を眺めまして、ＭＩＤＩ演奏プログラムをでっちあげてしまいました。

前回はシーケンサープログラムと書きましたが、ＭＩＤＩシーケンサーといいますのはＭＩＤＩファイル作成ソフトのことを言うようです。
ですので私が作りたかったのは、ＭＩＤＩ演奏プログラムということになるようです。
あ。
１ティックが１．３８９ｍｓということになりますと、とてもＢＡＳＩＣでは無理です。
オールマシン語で、Ｚ８Ｓ１８０の内蔵タイマーを使った割り込みを利用いたしました。

最初は１日で仕上げるつもりでありましたが、さすがにそれは無理でありまして、デバッグを含めて３日を要しました。
とりあえず出来上がりましたのは、２月２６日のことでありました。

Ｅ−８０（仮称）ミニコンにロードした四季の歌のＭＩＤＩファイル（ｓｉｋｉ−ｂ．ｍｉｄ）を、出来上がったばかりのＭＩＤＩ演奏プログラムで実行しましたところ、ＳＣ−８８に接続したアンプ−スピーカーから四季の歌の曲が流れ出しました。
おお、おお、おお。
感激でありました。

が。
そうなりますと、欲が出てまいります。

そう。
あのバッハ。
ｂｗｖ１４０．ｍｉｄもぜひとも演奏してみたい。

ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第３３８回］
２０１３．３．７ｕｐｌｏａｄ

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