midi接口和midi time code（MTC）_midi time decode

作者：繁依Fanyi0 | 2024-03-16 09:15:44

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midi time decode

Midi的硬件接口

MIDI 协议是一种特殊的串行通讯协议，是专门为数字音乐传输制订的，因此，它有着自己的特点：每一条线路允许连接16个MIDI 设备，每个设备有各自的通道号，数据流是单向的，不进行应答，演奏设备只管发出MIDI命令而不检测接收设备是否准确收到，由于音乐自身的特点，接收设备判断收到正确的信号则响应，而错误的信号将被忽略－音乐演奏时，允许丢掉音符，但不能搞乱节奏。

MIDI协议规定， MIDI信号以波特率31.25K的串行异步信号传输，每字节数据包括10 位，一个起始位，8位数据，一个停止位，无校验位。每个音符的开（或关）命令有3个字节，经计算，不到1mS即可传输一个音符的开关命令,一条MIDI命令一般为1-3字节，连续发送。

在MIDI协议中，规定了包括按键的压下/释放，力度，触后压力，各种MIDI控制器等命令和一些系统信息。实际上，存在数种不同的MIDI协议，1991年制订了通用MIDI协议（GM）后 ,经实践检验，并不能解决所有的问题，于是Roland和Yamaha两个公司分别开发了自己的协议称为GS和XG，试图更好的解决问题，但这两个协议不完全兼容。这几种协议中不兼容部分，主要是针对比较高级的MIDI 应用，一般性的键盘和控制命令是兼容的。

与RS232口不同的是，MIDI信号用电流的差异代表不同的逻辑，MIDI设备的输出与另一台接收设备的输入连成一个回路，在这条回路里，5mA的电流代表逻辑“0”，0mA代表逻辑“1”，标准的MIDI设备之间，采用光隔离连接，设备之间没有握手信号。

按照MIDI协议，MIDI信号的输入输出均采用5针的DIN插头，每个设备的输出接另一个设备的输入，在多个设备接入的系统里，每个中间设备要负责转发接在其输入口的MIDI信号。

MIDI Time Code（MTC）是MIDI中的一个子协议。在MTC的协议数据中包含了SMPTE的时间信息。

MTC协议由几条MIDI Message组成，并且另外还有几条SysEx Message。

MTC协议中最重要的几个消息叫做Quarter Frame（不包括SysEx Message）。它的状态码为0xF1，接着1个字节为数据字节。Quarter Frame的是根据正在运行的SMPTE来发送的，并且发送的频率是SMPTE的1/4；也就是1个SMPTE Frame的时间内，发送4个Quarter Frame。一个完整的MTC时间帧需要8条Quarter Frame组成，也就是MTC时间帧的更新频率只有SMPTE的1/2；那么对于30fps的SMPTE来说，对应的MTC时间帧只有15fps。

MTC中Quarter Frame的组成格式（2个字节组成）：Status Byte（固定为0xF1） + Data Byte

对于Quarter Frame中的Date Byte对应的二级制表示为：nnnn dddd，对应下表中：

nnnn dddd

0000 当前Frames的低4bit（bit0-bit3）

0001 当前Frames的高4bit（bit4-bit7）

0010 当前Seconds的低4bit（bit0-bit3）

0011 当前Seconds的高4bit（bit4-bit7）

0100 当前Minutes的低4bit（bit0-bit3）

0101 当前Minutes的高4bit（bit4-bit7）

0110 当前Hours的低4bit（bit0-bit3）

0111 当前Hours的第5bit（bit4）+当前SMPTE的类型

当nnnn=0111时，将Date Byte的二级制重新定义格式为：nnnn xyyd

x——为不使用的bit，并且置成0

yy——当前使用的SMPTE的类型：

00——24fps

01——25fps

10——30fps（Drop Frame）

11——30fps

d——当前Hours的第5bit（bit4）

例如：连续接收到的数据流为

0xF1 0x01 0xF1 0x12 0xF1 0x23 0xF1 0x34 0xF1 0x45 0xF1 0x56 0xF1 0x67 0xF1 0x77

表示当前的同步时间为：Frames:0x21； Seconds：0x43； Minutes：0x65； Hours：0x17； SMPTE Type：30fps

自我理解：当上述的数据流接收完毕并且解析，当前的时间帧对应的SMPTE应该已经到了0x23。（因为1个完整的MTC时间信息占用的时间对应2帧SMPTE信息）

MTC同步时间信息流，正常播放时是有顺序发送的，对应的nnnn是不断的从0000-0111循环发送；Frames，Seconds，Minutes，Hours的低bit先于高bit发送。但是MTC有倒播的功能，那么就刚好跟正常是相反，对应的高bit先于低bit发送。

在MTC中，0xF1 0x0n 和 0xF1 0x4n 这2个数据帧作为分界点，总是按照实时的SMPTE数据来发送。也就是1个完整的MTC数据包刚好处于2个SMPTE数据帧交界处，那么这个MTC数据包的前半部分是上个SMPTE帧的数据，MTC的后半部分是当前SMPTE的数据。解析的时候特别要注意。

Full Frame

Full Frame是SysEx Message，一个Full Frame包含了1帧SMPTE的时间信息。

数据流格式：（十六进制）

F0 7F cc 01 01 hr mn sc fr F7

cc——SysEx channel（0-127）对应的126个通道设备。如果为0x7F（127）是指所有MIDI链上的设备都需要识别当前Full Frame Message

hr——当前Hours

mn——当前Minutes

sc——当前Seconds

fr——当前Frames

Full Frame只是作为对SMPTE的识别和准备，所有MIDI链上的设备都不会真正工作，除非接到了Quarter Frame Message。主MIDI设备，在发送Full Frame转到发送Quarter Frame之前，必须有个停顿，以满足Slave MIDI设备对SMPTE时间有个预测。

在快进和倒带的时候，主MDI设备应该停止发送Quarter Frame Message，而是应该用Full Frame对应替换。

参考：

http://home.roadrunner.com/~jgglatt/tech/mtc.htm

http://www.electronics.dit.ie/staff/tscarff/Music_technology/midi/MTC.htm

http://www.elmvideotechnology.com/MIDI/MTC/MTC-Users-Manual-Modular-Midi-Time-Code-Reader.pdf

http://wenku.baidu.com/view/d9761e2eb4daa58da0114a53.html

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