MIDIおよびOSC-音楽アプリケーションの相互作用のための主要なプロトコル

パート1. MIDI

MIDI（Musical Instrument Digital Interface）は、デジタル楽器間でデータを交換するための標準です。 ノート番号、ベロシティ、タイムコードなどの情報を交換できます。MIDIはリリースされた音楽デバイスのほとんどをサポートしますが、例外はモジュラーシステムの多くのモジュール（Eurorackなど）とMonomeなどです。

1背景

このような規格の必要性は、70年代の終わりごろに生じました。 当時、シンセサイザーはCV / Gateインターフェースを使用して電圧で制御されていました。 それにはいくつかのタイプがありましたが、 ローランドが提案したバリアントが最も人気がありました：電圧が1 V増加すると、生成されるトーンの周波数が1オクターブ増加しました。 このインターフェースの主な欠点は、ポリフォニーの1つの音声しか制御できないことです。 余分な音を抽出するには、別のCV /ゲートインターフェイスを追加する必要があります。 さらに、この方法では、キーを押すという事実とその高さのみが送信されますが、これは表現力豊かなプレイには明らかに不十分です。

当時のシンセサイザーのもう1つの欠点は、チューニングの複雑さでした。 新しいサウンドごとに、ミュージシャンは楽器を新たに調整する必要がありましたが、これはライブパフォーマンスでは非常に不便でした。 当時のコンサートでは、多くの場合、シンセサイザーのラック全体を見ることができたため、ミュージシャンは状況から抜け出しました。 時間が経つにつれて、ミニコンピューターがツールに組み込まれ、ペンの位置をプリセットに保存することができました。
ただし、 MIDIの開発に大きな影響を与えた別のポイントがあります 。

間違いなく、各シンセサイザーには独自のサウンドキャラクターがあり、それぞれが特定の種類のサウンドに強いものでした。 そのため、当時の多くのミュージシャンは、最高の異なるモデルを使用しているかのように、一度に2つの楽器でゲームを練習していました。 さまざまなシンセサイザーからのサウンドをレイヤー化することは、多くのミュージシャンの特徴である実行テクニックになりました。 [1]

2歴史

80年代の初めまでに、ほとんどのメーカーは単一のインターフェースを作成する必要性を認識していました。 タスクはこれでした。すべてのタイプの電子楽器間で、パフォーマーの行動をデジタル形式で転送するための標準を開発することです。 [1]

歴史を詳しく掘り下げることはしませんが（非常に興味深いですが、[1]で読むことができます）、ここにいくつかの重要な日付があります。

• 1981年6月-NAMM展示会で、最初の会話は、 シーケンシャルサーキット 、 ローランド、オーバーハイムのヘッド間の単一のインターフェースで行われました。
• 1981年秋は、 UMI（Universal Musical Interface）と呼ばれるインターフェースの最初のバージョンです。
• 1982年6月-NAMM展示会で、国際開発の成果が発表されました。 法律上の問題が発生する可能性があるため、 MIDIを支持してUMIという名前を放棄する必要がありました。
• 1982年10月-暫定的なMIDI仕様が完成しました。
• 1982年12月-MIDIインターフェイスを備えた最初のシンセサイザー、 Sequencial Circuits Prophet 600がリリースされました 。
• 1983-国際MIDIユーザーグループ（IMUG）であるMIDI規格委員会（JMSC）が設立され、 MIDI 1.0仕様がリリースされました。
• 1984-MIDI Manufacturers Association （MMA）が設立されました 。

3基本

MIDIは、マスターとスレーブ間のシリアル通信プロトコルです。 ホストデバイスはメッセージを生成し、受信したコマンドを実行するスレーブに送信します。 シリアル-情報はビット単位で一度に1ビットずつ送信されます。 これは、複数のメッセージを同時に送信することが不可能であることを意味します。

プロトコル自体は、データ形式の仕様、ハードウェアインターフェイスの仕様、データストレージの仕様の3つの部分で構成されています[1]。 この記事では、最初の部分のみを説明します。

MIDIメッセージは、チャネルメッセージとシステムメッセージの2種類に分類されます。 前者は音の生成を制御し、後者は同期などのサービス機能を実行します。



通常、メッセージは2バイトまたは3バイトで構成されます。 最初のバイトはステータスバイトと呼ばれます。 メッセージのタイプと、メッセージが属するチャネル番号を設定します。 後続のすべてのバイトはデータバイトと呼ばれます。 ステータスバイトは常に1から始まり、バイトデータはゼロから始まります。したがって、システムはそれらを区別します。 MIDI情報用に残っているのは7ビットのみで、0〜127の整数をエンコードできることがわかります。これが、音符とコントローラーの値に対するこの「有名な」制限の由来です。



この図からわかるように、メッセージのタイプに関する情報には3ビットのみが割り当てられており、エンコードできるのは8桁のみです。 そのうちの7つは、最も頻繁に使用されるコマンド用に予約されており、後者はシステムメッセージに使用されます。 システムメッセージが送信されると、バイトステータスの最後の4ビット（通常はチャネル番号が送信される）がシステムメッセージのタイプを決定します。

タブ。 1.チャンネルメッセージ。

メッセージ	ステータスバイト	データバイト1	データバイト2
ノートオフ	1000nnnn	ノート番号	速度
上の注意	1001nnnn	ノート番号	速度
ポリフォニックキープレス	1010nnnn	ノート番号	圧力
コントロールチェンジ	1011nnnn	コントローラー番号	価値
プログラム変更	1100nnnn	プログラム番号	-
チャンネル圧	1101nnnn	圧力	-
ピッチホイールチェンジチェンジ	1110nnnn	プログラム番号	-
システムメッセージ	1111nnnn	...	...

タブ。 2.システムメッセージ

メッセージ	ステータスバイト	データバイト1	データバイト2
システムエクスクルーシブ（SysEx）
システム専用	11110000	ID	...
システム共通
MTC Quaterフレーム	11110001	タイムコード	-
曲の位置ポインター	11110010	LSB	MSB
選曲	11110011	曲番号	-
チューニングリクエスト	11110110	-	-
排他的終了（EOX）	11110111	-	-
リアルタイム
タイミングクロック	11111000（248）	-	-
開始する	11111010（250）	-	-
続ける	11111011（251）	-	-
やめて	11111100（248）	-	-
アクティブセンシング	11111110	-	-
システムリセット	11111111	-	-

4つの欠点

MIDIは 、MIDIデバイス間でアーティストのジェスチャーを転送するための手頃な価格の実用的な標準として開発されました[2]。 最後になりましたが、軽さのために、そのような分布を受けました。 あなたが何と言っても、彼は彼の使命に完全に対処し、これは時間によって確認されます。
したがって、おそらく最も有名な欠点は、コントローラー値が128値に制限されることです。 もちろん、2データバイト（ 16 384の可能な値を与える）を使用してそれらを転送することは可能ですが、このためには、データが31,250ビット/秒の速度で送信されるため、プロトコルを非常にロードする3つのControl Changeメッセージを送信する必要があります。 これは非常に小さいです。 比較のために、12音のコードが約10 msで送信されます。 そして、これにはClockやCCなどの他のメッセージがありません。 実際のパフォーマンスでは、多くの異なるパラメーターが同時に送信されると、同期に関する問題が発生する場合があります。

パート2.サウンドコントロールを開く

「オープンサウンドコントロールは、コンピューター、サウンドシンセサイザー、その他のマルチメディアデバイスの相互作用のための最新のネットワークテクノロジーに最適化された新しいプロトコルです」-これは1997年のコンピューター音楽に関する国際会議でOSCによって発表されました OSCは 、ハードウェア要件を記述していないため、 MIDIの形式のプロトコルではありません。仕様はデータ転送フォーマットのみを記述しています。 この点で、 OSCは MIDIよりもXMLまたはJSONに似ています [8]。

とりあえず、技術的な詳細を残して、歴史から始めましょう。

1歴史、アプリケーション

オープンサウンドコントロールは、1997年にカリフォルニア大学ニューミュージックアンドオーディオテクノロジーセンター（CNMAT-Center of New Music and Audio Technologies）のマシューライトとエイドリアンフリードによって作成されました。 開発者は、インタラクティブなコンピューター音楽で高速ネットワーク技術を使用したいと考えていました[4]。 ほとんどの実装はTCP / IPまたはUDPを使用しますが 、 OSCは単なるバイナリメッセージ形式であるため、どのプロトコルが送信されるかは関係ありません。 作成のもう1つの理由は、 MIDIがノート、チャンネル、コントローラーを備えているため、当時開発されていたCASTシンセサイザー（CNMAT Additive Synthesis Tools）に論理的に適合しなかったことです。別のシンセサイザー[1]。

名前の「Open」という言葉は、 OSCが特定のパラメーターに使用するメッセージを事前に決定しないことを意味します。これは特定のデバイスの開発者によって決定されます。 さらに、この単語には別の意味があります。プロトコルは公開されており、その仕様は公式Webサイトにあり、ソースをダウンロードできます。

Open Sound Controlを使用するプログラムの小さな（および不完全な）リスト：

• プログラミング言語：C / C ++、Java、Php、Python、Ruby。
• ビジュアルプログラミングおよび合成環境：Bidule、Chuck、Common Music CPS、Intakt、Max / MSP、Open Sound World、Pd、SuperCollider、Reaktor、VVVV。
• センサーを操作するためのデバイス：EtherSense、Gluion、IpSonLab Kroonde、Lemur、Smart、Controller、Teabox、Toaster。
• その他のプログラム：EyesWeb、Picker、SonART、SpinOSC。

2つの特徴

• 任意のデータ転送プロトコルを使用できます（最も一般的なのはTCP / IPおよびUDPです ）。
• OSCでは、パラメーターの直感的なアドレスを設定できます。 たとえば、ミキサーの3番目のチャンネルのボリュームを100に設定する場合、メッセージは次のようになります： "/ mixer / channel / 4 / volume 100" 。
• いわゆるパターンマッチングを使用して、単一のメッセージで複数のパラメーターを制御することができます。 たとえば、 「/ mixer / channel / * / volume 10」というメッセージを使用して、すべてのミキサーチャンネルの音量を10に下げることができます。 この記録形式は、オペレーティングシステムのUnixファミリのプログラマやユーザーになじみがあるかもしれません。
• 1つのOSCメッセージで、いくつかのタイプのデータを送信できます。
• 時間タグ 各メッセージにはタイムスタンプが割り当てられます。

3投稿の構造

UDPを使用する場合 、メッセージが異なるパケットで送信された場合、メッセージは必ずしも送信された順序で到着するとは限らないことに注意してください[6]。 次のメッセージが送信されたとしましょう：

/synth1/noteoff 54
/synth1/noteon 60

実際、それらは逆の順序で来ることができます：

/synth1/noteoff 60
/synth1/noteon 54

これにより、ポリフォニーの音声制御に問題が発生する可能性があります。たとえば、このメッセージでは、 noteoffコマンドが送信され 、音声をオフにしてから別のノートをオンにします。 これらのメッセージが逆の順序で到着した場合、音声はリリースされず、新しいノートは開始できません。

これを回避するには、メッセージを単一のパケット（バンドル）で送信するか、 TCP / IPを使用する必要があります。UDPとは異なり、パケットの正しい配信を保証し、元の形式で送信されるまでそれぞれを送信します。 このような利便性を犠牲にして、 UDPと比較して大きな遅延が発生することに留意する必要があります。そのため、 TCP / IPの使用を正当化する必要があります。

4パターンマッチング

アドレスバーで使用できる文字[7]：

• 「？」 -任意の1文字に一致します。
• 「*」 -ゼロまたはその他の文字のシーケンスに一致します。
• 角括弧内の文字 （たとえば、「[string]」）-文字列内の任意の文字に一致します。 角括弧内のハイフン（-）および感嘆符（！）には特別な意味があります。
  
  2文字の間のハイフンは、 ASCIIシーケンス内の数字の範囲を意味します（行末のハイフンには特別な意味はありません）。
  
  最初の角括弧の後の感嘆符は、文字の動作を「反転」します：行にないすべての文字に対応します（この文字が他の場所に置かれると、その特別な意味は消えます）。
• {first、second}のような構造は、コンマで記述された文字のシーケンスに対応します。

参照資料

[1] 雑誌Musical EquipmentのMIDIに関する一連の記事 。
[2] T.ウィンクラー " インタラクティブミュージックの作成 " -2001 MIT Press。
[3] M.ライト、およびA.フリード、1997年。「 オープンサウンドコントロール：サウンドシンセサイザーと通信するための新しいプロトコル。 」-ICMC 1997。
[4] M.ライト「 オープンサウンドコントロール：音楽ネットワーキングの実現技術 」。 Organized Sound 10（3）：193-200-2005ケンブリッジ大学出版局。
[5] A.シュメダー、A。フリード、D。ウェッセル「 オープンサウンドコントロールのベストプラクティス 」-Linux Audio Conference、05/05/2010、ユトレヒト、NL、（2010年）。
[6] A.フライエッタ「 オープンサウンドコントロール：制約と制限事項」-2008 8th NIMEカンファレンス。
[7] M.ライト「 オープンサウンドコントロール1.0仕様 」 -2002
[8] A. Freed、A。Schmeder「 NIMEのOpen Sound Controlバージョン1.1の機能と将来 」-2009年。

PSこの記事で見つかったエラーについて、8bitjoey habrayuzerに感謝します。