Dispositivi MIDI in Java Lezione 20 Dispositivi MIDI in Java Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico)

Introduzione Nella lezione precedente è stata introdotta la logica di descrizione di dati MIDI da parte del package Tipicamente i dati vengono scambiati tra dispositivi Ad esempio, un programma può generare messaggi MIDI da zero, ma spesso questi vengono creati da un sequencer o ricevuti su una porta MIDI In Di solito poi i messaggi vengono inviati a un altro dispositivo, quale un sintetizzatore o una porta MIDI Out In Java si creano allo scopo oggetti software che implementano l’interfaccia MidiDevice Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Interfaccia MidiDevice Usata per definire oggetti software in grado di inviare e/o ricevere messaggi MIDI Può presentare un’implementazione software pura o fungere come interfaccia per le porte MIDI di una scheda audio (hardware) Cos’è un’interfaccia Java? Un’interfaccia (interface) ha una struttura simile a una classe, ma può contenere solo metodi astratti e costanti (quindi non può contenere costruttori, variabili statiche, variabili di istanza e metodi statici). Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Interfaccia MidiDevice L’interfaccia MidiDevice fornisce tutte le funzionalità genericamente richieste da dispositivi di sequencing, sintetizzatori, porte MIDI di ingresso e uscita Esistono sotto-interfacce più specifiche di MidiDevice, che ereditano da tale interfaccia: Synthesizer e Sequencer L’interfaccia MidiDevice include metodi per “aprire” e “chiudere” un dispositivo Include inoltre la classe interna MidiDevice.Info che fornisce descrizioni in formato stringa del dispositivo, tra cui il nome del modello, il produttore e la versione Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Trasmettitori e ricevitori Un MidiDevice può essere un trasmettitore di eventi MIDI, un ricevitore o entrambe le cose. Dunque MidiDevice deve mettere a disposizione istanze delle interfacce Transmitter o Receiver o entrambe. Tipicamente: le porte MIDI IN presentano trasmettitori (vedi slide succ.) le porte MIDI OUT e i sintetizzatori presentano ricevitori i sequencer mettono a disposizione trasmettitori per il playback e ricevitori per le operazioni di registrazione DeviceInfo.java Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Porte e trasmettitori/ricevitori Catena MIDI MIDI IN Riceve da catena MIDI e trasmette al software Software Riceve da MIDI IN e trasmette a MIDI OUT MIDI OUT Riceve dal software e trasmette a catena MIDI Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Paradigma di ricezione e trasmissione In che modo un dispositivo invia i dati MIDI? Tramite uno o più trasmettitori In che modo un dispositivo riceve i dati MIDI? Tramite uno o più ricevitori Ogni trasmettitore può essere connesso a un solo ricevitore alla volta, ma non viceversa Se un dispositivo deve inviare messaggi MIDI a più dispositivi contemporaneamente, deve avere più trasmettitori Se un dispositivo deve poter ricevere messaggi MIDI da più mittenti simultaneamente, può (non deve) avere più ricevitori Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Esempi Porta MIDI In Synth Sequencer Midi Out 1 Midi Out 2 Messaggio MIDI Trasmettitore Trasmettitore 1 Trasmetttitore 2 Ricevitore Ricevit Sequencer Midi Out 1 Midi Out 2 Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Esempio Sintetizzatore Sintetizzatore Ricevitore da mittente 3 Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Sequencer public interface Sequencer extends MidiDevice Un sequencer è un dispositivo che cattura ed esegue sequenze di eventi MIDI. Può ad esempio caricare una sequenza da un file MIDI, interrogarne e impostarne il tempo e sincronizzare altri dispositivi Possiede trasmettitori, in quanto è in grado di inviare i messaggi salvati in una sequenza ad altri dispositivi (synth, MIDI OUT). Possiede ricevitori in quanto è in grado di catturare messaggi MIDI e salvarli in una sequenza. Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Sintetizzatori public interface Synthesizer extends MidiDevice I sintetizzatori sono gli unici oggetti nel package javax.sound.midi in grado di produrre audio Ogni sintetizzatore controlla un insieme di 16 oggetti “canale MIDI”, ciascuno istanza dell’interfaccia MidiChannel Un’applicazione può generare suono invocando direttamente i metodi degli oggetti “canale MIDI” di un sintetizzatore. Il caso più comune però è che un sintetizzatore generi suono in risposta ai messaggi inviati ai suoi ricevitori (vedi più avanti). Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Strumenti Il sintetizzatore valuta i messaggi che giungono ai suoi ricevitori e quindi invia i comandi corrispondenti (ad es. Note On o Control Change) a uno dei propri oggetti MidiChannel sulla base del numero di canale specificato nell’evento. Per generare audio però serve informazione aggiuntiva: lo strumento associato al canale. Lo si fa tramite la classe astratta Instrument. Il sintetizzatore deve caricare uno strumento e associarlo a uno o più canali tramite un comando di Program Change. Da quel momento le note inviate a quei canali verranno sintetizzate con lo strumento. Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Sintesi del suono in JAVA Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Introduzione Molti software Java che si avvalgono del package hanno l’obiettivo di generare suono. L’apparato fin qui descritto, composto da: messaggi eventi (messaggi temporizzati) tracce (insiemi di eventi) sequenze (insiemi di tracce) sequencer (oggetti che manipolano tracce) quasi sempre ha lo scopo di inviare dati musicali a un sintetizzatore che li tradurrà in segnali audio. Esistono eccezioni: ad esempio, programmi che visualizzano dati MIDI in formato testuale, o software che li convertono in notazione musicale, o che li inviano a dispositivi esterni tramite porte MIDI. Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

L’interfaccia Synthesizer In questa parte della lezione si mostrerà come gestire un sintetizzatore per far suonare eventi MIDI. Esistono diversi approcci: Utilizzare un sequencer per inviare dati MIDI al sintetizzatore, eventualmente caricandoli da un file MIDI o generando direttamente la sequenza (vedi lezione precedente); Controllare il sintetizzatore in modo diretto, senza passare attraverso sequencer; Usare direttamente oggetti MidiMessage. I diversi approcci verranno trattati separatamente. Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

L’architettura per la sintesi del suono L’architettura include tre interfacce: Synthesizer MidiChannel Soundbank: concetto introdotto dall’API Java come ulteriore livello gerarchico. I soundbank possono contenere fino a 128 bank, ciascuno contenente fino a 128 strumenti  e quattro classi: Instrument: una specifica per sintetizzare un certo tipo di suono. In GM si definiscono 128 strumenti standard Patch SoundbankResource VoiceStatus: dà informazioni sullo stato corrente (attivo o inattivo) della voce, sul canale MIDI, sul numero di bank e di programma associati, sul numero di nota MIDI e sul volume Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Synthesizer e sequencer di default Sequencer mioSequencer = MidiSystem.getSequencer(); Synthesizer mioSynth = MidiSystem.getSynthesizer(); Per elencare tutti i dispositivi installati: MidiDevice.Info[] devices = MidiSystem.getMidiDeviceInfo(); for (MidiDevice.Info info: devices) { ... } Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Caricamento di strumenti Per conoscere gli strumenti attualmente caricati nel sintetizzatore si può invocare il metodo di Synthesizer Instrument[] getLoadedInstruments() Per conoscere gli strumenti caricabili dal soundbank corrente Instrument[] getAvailableInstruments() Per conoscere il nome dei singoli strumenti, si utilizza il metodo getName() di Instrument Il metodo di Synthesizer che restituisce il soundbank di default è Soundbank getDefaultSoundbank() Anche in questo caso, l’interfaccia Soundbank include metodi per recuperare il nome, il produttore, il numero di versione, ecc. SynthInfo.java Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Approccio 1: uso di sequencer In molti casi, un programma può utilizzare un oggetto Synthesizer quasi senza invocare metodi per la sintesi E’ possibile creare una sequenza manualmente o caricarla da un file MIDI all’interno di un oggetto Sequence. Tale oggetto viene poi caricato da un sequencer, che manda i dati al sintetizzatore di default. Come ottenere il sequencer di default? Usando un metodo statico di MidiSystem: static Sequencer getSequencer() Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Approccio 1: uso di sequencer Ottenere il sequencer di default, acquisire le risorse di sistema richieste e renderlo operativo: Sequencer mioSequencer; mioSequencer = MidiSystem.getSequencer(); if (mioSequencer == null) { // Errore - dispositivo sequencer non supportato } else { mioSequencer.open(); } Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Approccio 1: uso di sequencer Leggere una sequenza da file: si usa il metodo getSequence di MidiSystem, in grado (tramite overload) di caricare una sequenza da InputStream, File, o URL. Il metodo restituisce un oggetto Sequence che può essere caricato in un Sequencer  try { File mioMidiFile = new File("seq1.mid"); Sequence miaSeq = MidiSystem.getSequence(mioMidiFile); mioSequencer.setSequence(miaSeq); } catch (Exception e) // Gestione dell’errore CaricaSequenzaDaFile.java CaricaSequenzaDaUrl.java Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Playback di una sequenza Metodi principali invocabili su oggetti Sequencer: void start() avvia l’esecuzione void stop() mette in pausa l’esecuzione Il metodo setSequence inizializza la posizione corrente del sequencer all’inizio della sequenza Tra i metodi per il riposizionamento: void setMicrosecondPosition(long microseconds) void setTickPosition(long tick) Descrizione completa della classe Sequencer: http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/javax/sound/midi/Sequencer.html Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java

Ulteriori esempi Nel file ZIP della lezione corrente sono state incluse delle varianti agli esercizi sopra commentati SynthInfo2.java dà informazioni su tutti i sintetizzatori trovati nel sistema, non solo su quello di default Per farlo, si cicla su tutti i MidiDevice e si filtrano i risultati tramite l’istruzione if (device instanceof Synthesizer) CaricaSequenzaDaFile2.java permette di scegliere quale traccia ascoltare tra quelle di un MIDI file Se il file è di tipo 1, di solito la 1a traccia è riservata ai metadati e non contiene informazione audio Per farlo si accede alla struttura dati Track[] tracks = miaSeq.getTracks(); e si eliminano tutte le tracce diverse da quella scelta Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 20. Dispositivi MIDI in Java