世纪之交话MIDI

来自：文:金毓镇编写

来到20世纪末21世纪初的MIDI规定已经虚岁18，却仍然带着出生时的1.0标记，笔者曾在“数字音乐”小报上写了一篇《MIDI1.0岿然不动》的短文为它叫好。MIDI虽然老了，但细数起来，它总在不断的完善自己，追赶时代的步伐，并不是个老朽。我们把MMA近年发布的规定开列出来就可见一斑：


1999年1月发布DLS Level 1规定
1999年6月发布SMF Device/Program规定
1999年7月发布DLS Level 2规定
1999年11月发布GM Level 2规定
2000年2月发布RMID (SMF w/DLS) 规定
2000年11月发布MIDI Over IEEE1394规定
这些规定及时、有力地推动了电脑音乐的发展，有兴趣的朋友们请造访www.midi.org网站做进一步的了解。
许多工作来自消费者方面的推动，市场和厂商看到了日益增长的超过专业音频和音乐市场的巨大潜力。MIDI仍被认为是处理音乐和游戏或在网络有限的带宽中处理高度灵活交互性应用的有效手段。当游戏的设计者用上了全部的CPU速度和RAM容量，为了更好的图形而忘记给音频留下最后一块地盘，这时总会想起MIDI，而MIDI也一定会在极窄小的空间中游刃有余地出色完成任务。任何音频文件格式，甚至压缩的MP3或Real Audio都远比MIDI慢而体积大。
许多消费者是通过电脑声卡上极难听的FM声音认识MIDI的，这真是天大的冤枉。甚至廉价的波表合成也要好听得多，但是如果对波表合成的声音也不满意时怎么办呢？DLS提供了解决方案。
DLS-1现在已经有3年历史，它能替代厂家预置在ROM芯片里的声音或128个基本的GM声音，作曲家获声音设计人能够用采样格式创造自己的声音。然后成块下载到芯片的中，能够快速复音调用，很多情况下，一个2MB的声音集和数百K MIDI数据就能提供数小时高质量的完全交互式音乐。（Beatnik, Thomas Dolby Robertson同时提出了用于网络的基本相同的技术）
但是DLS-1并不能解决所有人的问题，甚至就在它开发的时候，Emu和Ensoniq的母公司创新科技也在为这一概念的自有版本工作，叫做“声音字体（Sound Fonts）”，与DLS-1相仿但带有更多高级表演特性。二者面临火并，除非创新或MIDI工业（包括麻省媒体实验室等其他机构）能够协商出一个并不偏袒某一方而且大家都能接受的更高功能的标准，结果就是DLS-2的诞生。DLS-2的主要改进是动态滤波器和矩阵调制，两个专业级合成器和采样器所具有的基本特点。DLS-2于1999年夏季被MMA正式采用，甚至超越MIDI界成为MPEG-4标准的一部分，称为“Structured Audio Sample Bank Format”。
一个厂商声称第一片DLS-2芯片将于2001年底推出市场，40到60%的电脑将用DLS-2声音装配主板，游戏方面，微软将在他的X-box平台支持新标准。
与DLS平行发展的是GM2。几乎就在GM刚刚制定出来的时候，已经出现了要求适应许多合成器更高兼容格式的呼声，Roland和Yamaha分别推出了扩展的GS和XG标准，有更多的复音、效果和音色，但二者不兼容。其他键盘和音源厂家希望改善他们的产品，却不想给Roland和Yamaha付授权费（GS和XG的商标不能随便免费使用），他们等待一个没有专利权的扩展标准。
GM2于1999年11月推出，复音数由16扩展到32，定义了更多更精确的控制器。例如新规定包括了MIDI音量映射到幅度dB的公式。GM2用选择音色库的命令扩大了可应用的乐器和打击乐器音色，每多一个库就可增加128个音色。GM2比DLS更好的地方是不用下载音色，不费时间和内存，可以立即发声。
第一件GM2产品是Roland的SC系列音源新产品，由此带动了GM的前进。Korg紧跟，以高端产品机架音源Triton作为响应。
变化同时出现在MIDI的另一端――专业方面。MIDI的速度今天看来慢得荒谬可笑，但实际仍在应用。从来没有考虑过在SCSI上传送MIDI（SCSI的确很快，但它是间歇喷射式的工作，对于有缓冲的数字音频比较合适，但对于要求实时控制“细水长流”的MIDI就不合适）。新的传输规定USB和IEEE-1394强烈吸引了MIDI。
USB MIDI接口最初出现在1999年初，苹果公司推出第一台装备USB的Macintosh以后，众多厂家如Emagic、Roland、Steinberg和MOTU等争相推出USB MIDI接口，从巴掌大的1进1出到机架式的多线接口，有的还带有SMPTE和音频I/O。可喜的是这些接口都遵循USB Implementers Forum（USB执行论坛）所定义的在USB上传送MIDI方式；不可喜的是MIDI协会MMA从来就没有认可USB MIDI规定。
作为电脑上普遍使用的串行口、并行口、PCI或SCSI的竞争者，USB无疑非常成功，大有取而代之的劲头。打印机、调制解调器、扫描仪、可移动的存储设备和几年前我们想不到的各种设备都带上了USB接口。它的优势非常明显：一台电脑可以连上127件各种性质的设备，自动完成结构（无需IRQ或SCSI ID设定），允许“热插拔”等等。
莫非USB在MIDI方面有问题？据IBM研究院Jim Wright（同时在MMA任技术标准部主席）称，USB在MIDI方面显示出时间上的问题。他领导了一个试验，将“古典”（如串行口、并行口、PCI和PCMCIA）接口与USB接口作对比，集中观察MIDI事件进出接口的时间差异。他发现USB接口的延迟在7至8毫秒，3倍于古典接口。这对于音乐本身并不是难于克服的问题，音乐家对付声音延迟的能力非常强，例如舞台上两位乐手相距若干米，却从没有感到彼此声音的延迟。
除了延迟，还有抖动。观察到的USB接口抖动情况2倍于古典接口。打个比方：两位乐手此刻相距2米，下一个瞬间它们却相距3米或更多。Wright还作了个比方，就象吉他手在弹一个琶音的中间手指突然抽一下筋。这种情况在充满大量触後或连续控制命令的MIDI数据流中将更加不能被接受。Wright同时发现USB数据流加上音频数据以后抖动还要增加50%，3倍于传统的接口。
为什么会出现这样的情况？据Wright讲USB的开发者直到即将完成开发的很晚阶段才接触到MIDI，MMA和其在日本的机构AMEI已经没有机会向他们提出如何处理MIDI的意见（尽管Roland独自做了很多努力，包括在USB开发的较早阶段）。在USB电缆中，MIDI用异步方式传送，象AES/EBU数字音频那样没有潜在的时钟。因此时间上没有保障，就象请一个不大负责的人捎信，你交给他信的时间是确定的，至于他什么时候把信带到就不一定了，即使路上没有塞车，路况好得不得了（当年我们提倡用多口的MIDI接口，每根线里尽量少容纳通道，就是为了减少MIDI线内的拥堵）。
音频在USB电缆中用同步方式传送，时间上是有保障的，于是问题就出来了。在同一条USB电缆中传送的音频和MIDI有可能在时间上彼此叉开。为了让它们“携手并进”，一些硬件和软件开发商数年来绞尽脑汁，但看来他们的努力未见成效。
接口的生产厂商并非没有觉察到问题，在大打广告的背后MOTU研制出MTS，一个专利的时间系统，给进入USB的MIDI事件打上标记以克服USB的时间问题。这样的标记在USB以前大可不必，因为合成器本身的延迟和抖动比来自MIDI网络的延迟和抖动大许多，但是现在情况变了。Emagic跟随很快制定了自己的时间标记，Steinberg也宣布要搞一个类似的系统。
但是又要老调重弹了，它们不兼容！由此否定了MIDI和USB的全部哲学。MOTU的MTS仅适用于本公司生产的硬件和软件，不能用于Emagic的硬件或Steinberg的软件，反过来也一样，循环反复以至无穷。
面对这种状况，电脑厂商似乎站在比较有利的位置。苹果的MacOS X系统可能在它的MIDI驱动内包含时间标记，但苹果公司并没有明确的说明。另一方面，Windows的Streaming MIDI API已经包含了时间标记，不过仅工作于输出，不工作于输入。微软的DirectMusic支持时间标记（以更高的精度：100纳秒），但目前还没有硬件接口能享受到这些好处。
去年4月USB执行论坛宣布了USB2.0标准，要把现有的USB规格提高40倍！时间问题能否由此得到解决？等市场上出现一批产品以后我们再做测试吧。
IEEE-1394虽然造价高一些，但似乎对于MIDI有更多的承诺。去年底MMA发布了MIDI搭载IEEE-1394的具体规定（MMA没有发布过MIDI搭载USB的有关规定），看来MMA更偏爱IEEE-1394。