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JS `Web MIDI API` `Sysex` 消息处理：与复杂 MIDI 设备交互

各位观众老爷，欢迎来到今天的“Web MIDI API 进阶：Sysex 消息处理”特别节目！今天咱们不搞虚的，直接上干货，聊聊如何用 JavaScript 的 Web MIDI API 和那些“性格古怪”的 MIDI 设备打交道，特别是 Sysex 消息的处理。

一、Sysex 消息是啥？为啥要用它？

简单来说，Sysex (System Exclusive) 消息就是 MIDI 协议里的“秘密通道”。它允许 MIDI 设备厂商定义自己的特定消息格式，用来传输一些标准 MIDI 消息无法表达的信息。比如说：

  • 固件更新： 给你的合成器刷个最新版本。
  • 音色数据传输： 把你的珍藏音色从一个设备复制到另一个。
  • 设备控制： 调整一些高级参数，例如滤波器斜率，包络曲线等等。

为啥要用 Sysex 呢？因为标准 MIDI 消息很有限，有些设备的高级功能根本没法通过标准 MIDI 来控制。Sysex 就像是设备的“私有协议”，让你能够完全掌控它。

二、Sysex 消息的格式：解密“暗语”

Sysex 消息的格式有点像加密电报，但其实也没那么复杂：

  • 起始字节 (0xF0)： 告诉接收者：“嘿，我要开始发 Sysex 消息啦！”
  • 厂商 ID： 标识消息是哪个厂商的。每个厂商都有一个唯一的 ID，例如 0x41 代表 Roland，0x43 代表 Yamaha。有些厂商还有子 ID，用于区分不同的产品线。
  • 数据字节： 这部分是厂商自定义的数据，可以包含各种参数、设置等等。
  • 结束字节 (0xF7)： 告诉接收者：“好了，我说完了，你可以停止接收了。”

举个例子，一个简单的 Roland Sysex 消息可能长这样：

0xF0 0x41 0x10 0x00 0x00 0x00 0xF7
  • 0xF0: Sysex 起始
  • 0x41: Roland 厂商 ID
  • 0x10 0x00 0x00 0x00: 一些 Roland 特定的数据
  • 0xF7: Sysex 结束

三、Web MIDI API 处理 Sysex 消息：代码实战

好了，理论讲完了，咱们来点实际的。首先，确保你的浏览器支持 Web MIDI API（Chrome 和 Opera 支持得最好）。

  1. 获取 MIDI 设备访问权限：
navigator.requestMIDIAccess()
  .then(onMIDISuccess, onMIDIFailure);

function onMIDISuccess(midiAccess) {
  console.log("MIDI Ready!");
  // 获取输入设备
  const inputs = midiAccess.inputs;
  for (let input of inputs.values()) {
    input.onmidimessage = getMIDIMessage;
  }
}

function onMIDIFailure(msg) {
  console.error(`Failed to get MIDI access - ${msg}`);
}

这段代码和处理普通 MIDI 消息一样，先请求 MIDI 访问权限，然后在成功回调里获取输入设备，并设置 onmidimessage 事件监听器。

  1. 处理 onmidimessage 事件：
function getMIDIMessage(message) {
  const command = message.data[0];
  const data1 = message.data[1];
  const data2 = message.data[2];

  if (command === 0xF0) { // Sysex 消息
    console.log("Sysex Message Received:", message.data);
    processSysexMessage(message.data);
  } else {
    // 处理其他 MIDI 消息
    console.log("MIDI Message:", command, data1, data2);
  }
}

这里我们判断 message.data[0] 是否等于 0xF0，如果是，就说明这是一个 Sysex 消息，然后调用 processSysexMessage 函数来处理它。

  1. 解析和处理 Sysex 消息：processSysexMessage 函数

这个函数是处理 Sysex 消息的核心。我们需要根据厂商 ID 和消息内容来解析消息，并执行相应的操作。

function processSysexMessage(data) {
  const vendorId = data[1]; // 获取厂商 ID

  switch (vendorId) {
    case 0x41: // Roland
      processRolandSysex(data);
      break;
    case 0x43: // Yamaha
      processYamahaSysex(data);
      break;
    default:
      console.warn("Unknown Vendor ID:", vendorId);
  }
}

这里我们用一个 switch 语句来根据厂商 ID 分别处理不同的 Sysex 消息。

  1. 处理特定厂商的 Sysex 消息：以 Roland 为例
function processRolandSysex(data) {
  // 假设 Roland Sysex 消息的第三个字节代表消息类型
  const messageType = data[2];

  switch (messageType) {
    case 0x10: // 请求音色数据
      console.log("Roland: Request for Tone Data");
      // 在这里添加处理音色数据请求的代码
      break;
    case 0x11: // 音色数据
      console.log("Roland: Tone Data Received");
      // 在这里添加处理音色数据的代码
      parseRolandToneData(data);
      break;
    default:
      console.warn("Unknown Roland Sysex Message Type:", messageType);
  }
}

function parseRolandToneData(data) {
    // 假设 Roland 音色数据从第 4 个字节开始，包含音色名称和参数
    const toneName = String.fromCharCode.apply(null, data.slice(4, 20)); // 假设音色名称占 16 个字节
    const filterCutoff = data[20]; // 假设滤波器截止频率在第 21 个字节
    const resonance = data[21]; // 假设共振频率在第 22 个字节

    console.log("Tone Name:", toneName.trim()); // 去除空格
    console.log("Filter Cutoff:", filterCutoff);
    console.log("Resonance:", resonance);
}

这里我们假设 Roland 的 Sysex 消息的第三个字节代表消息类型，然后根据消息类型来处理不同的数据。parseRolandToneData 函数用于解析 Roland 音色数据，提取音色名称、滤波器截止频率和共振频率等参数。

  1. 发送 Sysex 消息：

发送 Sysex 消息也很简单，只需要创建一个 Uint8Array 对象，包含 Sysex 消息的各个字节，然后用 output.send() 方法发送即可。

function sendSysexMessage(output, data) {
  const sysexMessage = new Uint8Array(data);
  output.send(sysexMessage);
}

// 例子：发送一个 Roland 音色数据请求
function requestRolandToneData(output, channel, toneNumber) {
  const sysexData = [
    0xF0,       // Sysex Start
    0x41,       // Roland ID
    0x10,       // Device ID (可以根据实际情况修改)
    0x00,       // Model ID High
    0x00,       // Model ID Low
    0x11,       // Command: Request Tone Data
    channel,    // Channel
    toneNumber, // Tone Number
    0xF7        // Sysex End
  ];

  sendSysexMessage(output, sysexData);
}

这段代码创建了一个 requestRolandToneData 函数，用于发送 Roland 音色数据请求。你需要根据你的设备和协议修改 sysexData 数组的内容。

四、实战技巧和注意事项：避坑指南

  1. 仔细阅读设备手册： 这是最重要的！Sysex 消息的格式是厂商自定义的，你需要仔细阅读设备的手册，了解 Sysex 消息的结构和参数含义。
  2. 使用 MIDI 监视器： 推荐使用 MIDI-OX (Windows) 或 Snoize MIDI Monitor (Mac) 等 MIDI 监视器软件，可以实时查看 MIDI 消息的发送和接收，方便调试。
  3. 厂商 ID 查询： 如果你不知道设备的厂商 ID，可以到 MIDI 厂商 ID 列表 (例如：https://www.midi.org/specifications-old/item/manufacturer-id-numbers) 查询。
  4. 数据类型转换： Sysex 消息中的数据通常是二进制的，你需要根据设备手册的说明进行类型转换，例如将字节转换为整数或浮点数。
  5. 错误处理： Sysex 消息可能会出错，例如校验和错误或格式错误。你需要添加错误处理代码，防止程序崩溃。
  6. 异步处理： 有些 Sysex 操作可能需要花费一些时间，例如固件更新。建议使用异步处理，避免阻塞主线程。

五、Sysex 消息的应用场景：脑洞大开

  • 自定义 MIDI 控制器： 你可以用 Web MIDI API 创建一个自定义的 MIDI 控制器，通过 Sysex 消息来控制你的合成器或效果器。
  • 音色库管理工具： 你可以开发一个音色库管理工具，用于备份、恢复和编辑你的音色数据。
  • 远程控制： 你可以通过 Web MIDI API 和 WebSockets，实现远程控制你的 MIDI 设备。

六、代码示例：一个完整的 Roland 音色数据请求示例

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Web MIDI Sysex Example</title>
</head>
<body>
  <h1>Web MIDI Sysex Example</h1>
  <button id="requestButton">Request Roland Tone Data</button>

  <script>
    let midiAccess;
    let output;

    document.getElementById("requestButton").addEventListener("click", onRequestButtonClick);

    navigator.requestMIDIAccess()
      .then(onMIDISuccess, onMIDIFailure);

    function onMIDISuccess(midi) {
      midiAccess = midi;
      console.log("MIDI Ready!");

      // 获取输入设备
      const inputs = midiAccess.inputs;
      for (let input of inputs.values()) {
        input.onmidimessage = getMIDIMessage;
        console.log("Input device:", input.name);
      }

      // 获取输出设备 (选择第一个)
      const outputs = midiAccess.outputs;
      for (let o of outputs.values()) {
        output = o;
        console.log("Output device:", output.name);
        break; //只取第一个输出口
      }

      if (!output) {
        console.warn("No output device found.");
      }
    }

    function onMIDIFailure(msg) {
      console.error(`Failed to get MIDI access - ${msg}`);
    }

    function getMIDIMessage(message) {
      const command = message.data[0];

      if (command === 0xF0) { // Sysex 消息
        console.log("Sysex Message Received:", message.data);
        processSysexMessage(message.data);
      } else {
        // 处理其他 MIDI 消息
        console.log("MIDI Message:", message.data);
      }
    }

    function processSysexMessage(data) {
      const vendorId = data[1]; // 获取厂商 ID

      switch (vendorId) {
        case 0x41: // Roland
          processRolandSysex(data);
          break;
        case 0x43: // Yamaha
          //processYamahaSysex(data);
          break;
        default:
          console.warn("Unknown Vendor ID:", vendorId);
      }
    }

    function processRolandSysex(data) {
      // 假设 Roland Sysex 消息的第三个字节代表消息类型
      const messageType = data[2];

      switch (messageType) {
        case 0x10: // 请求音色数据
          console.log("Roland: Request for Tone Data");
          // 在这里添加处理音色数据请求的代码
          break;
        case 0x11: // 音色数据
          console.log("Roland: Tone Data Received");
          // 在这里添加处理音色数据的代码
          parseRolandToneData(data);
          break;
        default:
          console.warn("Unknown Roland Sysex Message Type:", messageType);
      }
    }

    function parseRolandToneData(data) {
        // 假设 Roland 音色数据从第 4 个字节开始，包含音色名称和参数
        const toneName = String.fromCharCode.apply(null, data.slice(4, 20)); // 假设音色名称占 16 个字节
        const filterCutoff = data[20]; // 假设滤波器截止频率在第 21 个字节
        const resonance = data[21]; // 假设共振频率在第 22 个字节

        console.log("Tone Name:", toneName.trim()); // 去除空格
        console.log("Filter Cutoff:", filterCutoff);
        console.log("Resonance:", resonance);
    }

    function sendSysexMessage(output, data) {
      const sysexMessage = new Uint8Array(data);
      output.send(sysexMessage);
    }

    // 例子：发送一个 Roland 音色数据请求
    function requestRolandToneData(output, channel, toneNumber) {
      const sysexData = [
        0xF0,       // Sysex Start
        0x41,       // Roland ID
        0x10,       // Device ID (可以根据实际情况修改)
        0x00,       // Model ID High
        0x00,       // Model ID Low
        0x11,       // Command: Request Tone Data
        channel,    // Channel
        toneNumber, // Tone Number
        0xF7        // Sysex End
      ];

      sendSysexMessage(output, sysexData);
    }

    function onRequestButtonClick() {
      if (output) {
        // 发送 Roland 音色数据请求 (频道 1, 音色编号 1)
        requestRolandToneData(output, 0x01, 0x01);
      } else {
        console.warn("No output device available.");
      }
    }

  </script>
</body>
</html>

重要提示： 这个例子只是一个框架，你需要根据你的 Roland 设备的手册，修改 requestRolandToneData 函数中的 sysexData 数组，才能发送正确的音色数据请求。同时，parseRolandToneData 函数也需要根据实际的音色数据格式进行修改。

七、总结：玩转 Sysex，掌控你的 MIDI 设备

Web MIDI API 的 Sysex 消息处理功能，让你能够与复杂的 MIDI 设备进行深入的交互，实现更多高级功能。虽然 Sysex 消息的格式比较复杂，需要仔细阅读设备手册，但只要掌握了基本原理和技巧，就能轻松玩转 Sysex，掌控你的 MIDI 设备！

今天的讲座就到这里，希望对你有所帮助。如果你有任何问题，欢迎留言提问。下次再见！

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