The high-resolution MIDI format(eXtended Precision MIDI format)の仕様紹介と，

研究分野での利用について

○野池賢二（所属なし）

池淵 隆（関西学院大学）

片寄晴弘（関西学院大学）

はじめに

• とある仕様の紹介発表

• MIDI 高精度化の仕様• MMA の仕様（High Resolution MIDI ?）

• YAMAHA の仕様（eXtended Precision MIDI（XP MIDI））

• まだあまり認知や普及がなされていない

• “High Reso MIDI 仕様”, “XP MIDI 仕様” で検索しても，まとまった情報がほとんど見つからない

• 128段階で足りてますか？

•研究成果の品質が上がるかも？

•製品の特長のひとつになるかも？• この発表スライドや，サウンドサンプルのありか

http://www.slideshare.net/knoike/presentations

http://noike.info/HRmidi/

MIDI とはどんな仕様か

•電子楽器間で演奏情報をやりとりするプロトコル

•日本発祥の規格

• 1983年に制定

• 30年が経過した現在でも標準的に使用されている，有用な仕様

現在におけるMIDI の不満点

•鍵盤楽器に特化した仕様である

• 31250 bps という転送速度の遅さ

•同時発生イベントを「同時である」と記述できない→ インターバルタイム 0 でイベントを列挙する

………

•パラメータの精度（分解能）の低さ

いまいち萌えない理由を挙げなさい

MIDI メッセージパラメータの精度（分解能）

•基本的に，7bit のパラメータがひとつ（128段階）• Note On/Off ベロシティ 128段階で十分？

• ペダル踏度 128 段階で十分？

• ポリフォニック・キープレッシャー（アフタータッチ） 128 段階で十分？

↓

演奏表情の研究素材データとしては

精度が足りない（と感じる）

↓

音響信号処理に移行する前段階として

手軽な高精度化方法が必要

うわっ…私の精度，低すぎ…？

ふたつのMIDI 高精度化仕様

• MMA（MIDI Manufacturers Association） によって承認されている仕様

• YAMAHA による拡張仕様 eXtended Pricision MIDI（XP MIDI）公開されている仕様書が存在しない

→ 解析的に仕様を推測

•現状での普及具合

•研究分野での利用について

MMA による高精度化仕様

•以前から「HD Protocol」として高精度化，高機能化が議論されてきた

•現状では，• High Resolution Velocity Prefix（HR Vel Prefix と略記）

• だけが承認（2007年）

High Resolution Velocity Prefix（HR Vel Prefix）

• CC#88（58H） を使用して，Note On/Off ベロシティに下位 7bit の情報を拡張する

Note On: 9n K V

CC#88 HR Vel Prefix: Bn 58 P p p p p p p p

v v v v v v v

v v v v v v v p p p p p p p

High Resolution Velocity(14bit):

HR Vel Prefix の値

1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1

High Resolution Velocity(14bit):

High Resolution Velocity(7+7bit):

→ 8192+1024+128+32+1=9737→ 9737 / 16384段階

1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1

理解２

理解１

→ → 64+8+1=73, 0.25+0.0078125=0.2578125→ 73.2578125

小数部整数部

こちらの理解

のほうがオススメ

HR Vel Prefix の特徴

•標準の Note On/Off ベロシティとの完全上位互換性を確保• HR Vel Prefix をサポートしていない HW/SW は，単純に無視すればよい

• Note On/Off ベロシティが 0 のときは，HR Vel Prefix は無効

• （「Note Onベロシティ0 = Note Off」との互換性を優先）

• HR Vel Prefix は，その後で最初に出現する Note On/Off メッセージにだけ有効

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

→ 33(あるいは，0.2578125) ではなく，0→ + という理解が直感的→ このルールのため，精度は 214-128=16256

整数部 小数部

ふたつのMIDI 高精度化仕様

• MMA（MIDI Manufacturers Association） によって承認されている仕様

• YAMAHA による拡張仕様 eXtended Pricision MIDI（XP MIDI）

YAMAHA による高精度化仕様

• Disklavier E3 などで用いられている拡張仕様

•仕様の名前は eXtended Pricision MIDI(XP MIDI)

公開されている仕様書が存在しなかったため，

• Zenph社のシーケンスソフト「RePerform」http://www.zenph.com/reperform

• Minnesota International Piano-e-Competition のアーカイブファイル

http://www.piano-e-competition.com

• MODARTT社のソフトウェア音源「Pianoteq」http://www.pianoteq.com/

を使用し，解析的に仕様を推測

XP MIDI によって高精度化されたメッセージ

• Note On/Off ベロシティ128段階→ 1024段階

• ポリフォニックキープレッシャー（アフタータッチ）128段階→ 1024段階

• ペダル踏度128段階→ 256段階

XP MIDI 高精度化 Note On/Off ベロシティ

• CC#16（10H） を使用して，Note On/Off ベロシティに下位 3bit の情報を拡張する

Note On: 9n K V

CC#16 XP Vel Suffix: Bn 10 S

XP MIDI Velocity(10bit):

v v v v v v v

s s s

sv v v v v v v s s

MMA の HR Vel Prefix と異なり，拡張するためのメッセージのほうが後着

XP MIDI Note On/Off ベロシティの値

XP MIDI Velocity(10bit):

XP MIDI Velocity(7+3bit):

→ 512+64+8+2=→ 586 / 1024段階

理解２（Pianoteq）

理解１（RePerform）

→ → 64+8+1=73, 0.25=0.25→ 73.25

小数部整数部

01 0 0 1 0 0 1 1 0

01 0 0 1 0 0 1 1 0

XP MIDI Note On/Off の特徴

•高精度化用のメッセージのほうが，標準の Note On/Off メッセージよりも後

• Note On/Off メッセージのベロシティが0であっても有効

→ 2(10bit表現)，0.25(整数部+小数部)→ 真の10bit表現のため，精度は 210=1024

00 0 0 0 0 0 0 1 0

XP MIDI 高精度化ポリフォニックキープレッシャー

•標準のポリフォニックキープレッシャーとは別に，CC#81（51H）で上位7bitを，CC#16(10H)で下位3bitを指定する

PolyKprs: An K V

CC#81 XP Kprs MSB: Bn 51 H

XP MIDI Kprs(10bit):

v v v v v v v

l l l

lh h h h h h h l l

h h h h h h h

CC#16 XP Kprs LSB: Bn 10 L

XP MIDI ポリフォニックキープレッシャーの値と特徴

•値

•高精度化メッセージのほうが，標準のポリフォニックキープレッシャーメッセージよりも後

XP MIDI Kprs(10bit):

01 0 0 1 0 0 1 1 0

→ 512+64+8+2=→ 586 / 1024段階

XP MIDI 高精度ペダル踏度

• CC#16（10H） を使用して，標準のペダル踏度に下位 1bit の情報を拡張する

Damper(Sustain): Bn 40 V

CC#16 XP Pedal Suffix: Bn 10 S

XP Pedal(8bit):

v v v v v v v

拡張するためのメッセージのほうが後着

Sostenuto: Bn 42 V

Soft: Bn 43 V

s

v v v v v v v s

XP MIDI ペダル踏度の値と特徴

•値

•高精度化メッセージのほうが，標準のペダル踏度メッセージよりも後

•標準のペダル踏度が 0 であっても，有効

XP MIDI Pedal(8bit):

→ 128+16+2+1=→ 147 / 256段階

1 0 0 1 0 0 1 1

0 0 0 0 0 0 0 1

→ 1(8bit表現)，0.5(整数部+小数部)→ 真の8bit表現のため，精度は 28=256

現状での普及具合

• サポート製品

• XP MIDI を積極的に使用したピアノ演奏コンテスト「Minnesota International Piano-e-Competition」

http://www.piano-e-competition.com

HR Vel Prefix（入力 / 出力）

XP MIDI（入力 / 出力）

Pianoteq ○ / － ○ / －

VAX77 － / ○ － / ×

Privia PX-150など ○ / ○ × / ×

Disklavier E3 など × / × ○ / ○

RePerform × / × ○ / ○

PianoteqソフトウェアMIDI音源（MODARTT社）

•物理モデリングに基づいて音響信号を生成するソフトウェアMIDI音源

http://www.pianoteq.com/

• MMA の HR Vel Prefix と，YAMAHA の XP MIDI の両仕様に対応

• MIDI高精度化仕様を用いたSMFやMIDI入力を，音で確認する場合に有用

VAX77 MIDI Keyboard Controller（INFINITE RESPONSE社）

• 76鍵のMIDIキーボードhttp://www.infiniteresponse.com/

• MMA の HR Vel Prefix に対応

•各鍵の Note On ベロシティ用のセンサの精度は256段階

•演奏データをMIDI高精度化仕様で出力できるMIDIキーボードとして有用であったが，現在は入手不可能

→ 次の製品を開発中

Privia PX-150 など（CASIO社）

• Privia: PX-150, PX-350M, PX-750, PX-850, PX-1200GPhttp://casio.jp/emi/products/privia/

• CELVIANO: AP-250, AP-450, AP-650Mhttp://casio.jp/emi/products/celviano/

•音源を内蔵した電子ピアノ

• MMAのHR Vel Prefixに対応している．ただし，PX-150, PX-350M, PX-750, AP-250はNote Offベロシティには対応していない

http://support.casio.jp/pdf/008/nil%20(PX150-1200_AP250-650_MIDI_J_121017).pdf

• MIDI高精度化仕様での演奏収録に有用

• MIDI高精度化仕様を用いたSMFやMIDI入力を

•音で確認する場合に有用

Disklavier E3 など（YAMAHA社）

•演奏の記録，再生のできるアコースティックピアノ

• E3, Pro, Mark IV が XP MIDI に対応している

• XP MIDI 仕様での演奏収録，再生のために，確実で最良

RePerform（Zenph社）• MIDI シーケンスソフトウェア

http://www.zenph.com/reperform

• XP MIDI に対応

•演奏の記録，再生，簡易編集が可能

•通常の SMF と，XP MIDI 仕様の SMF との相互変換が可能

• XP MIDI 仕様での演奏収録，再生のために有用

Minnesota International Piano-e-Competition

• XP MIDI 仕様とインターネットを積極的に活用した，人間のピアノ演奏コンテスト

http://www.piano-e-competition.com

•演奏者や聴取者は，必ずしも同一コンテスト会場に集まる必要がない• 演奏者の演奏データや演奏中の映像は，インターネットを経由して別のコンテスト会場にも送られる

• このときの演奏データの形式が XP MIDI

• 使用されているピアノは Disklavier E3

•過去のコンテストでの演奏データがアーカイブとして公開されているので，XP MIDI 仕様による SMF の実例として有用

• XP MIDI 仕様そのものの有用性の確認

研究分野での利用について（1/2）

•演奏の表情を扱う研究• 演奏表情の分析，生成

• 演奏表情付けコンテスト（Rencon）• 試しに高精度化MIDI仕様で聴き比べコンテスト実施？

• 演奏表情DB（例: CrestMusePEDB）演奏→ SMF → CrestMuseDB

↓

演奏→ 高精度化 SMF → 高精度化 CrestMusePEDB

• MIDIに類似したデータ表現を用いる研究• 音響信号からMIDIレベルの量子化を行う研究（採譜システム）

• 歌声から歌声合成システムの元データを生成する研究

• 聴取心理実験の刺激データ

精緻にすることで，成果の品質を上げられないか？新たな知見，課題が生じるのではない？

研究分野での利用について（2/2）

• ネットワーク越しに演奏情報をやりとりする研究• 転送先での演奏の再現性の向上

• インタラクティブシステム• 7bitよりも精度の高いセンシング情報を，劣化させることなくMIDIメッセージにマッピング

• 128段階よりも精緻なコントロール

• （例: 360度の回転を 360/128=2.8125度よりも精緻に）

•研究分野以外での利用について

•高精度化MIDI 対応デバイス，ソフトウェアの開発→ 製品の特長のひとつとして挙げられる

まとめ

•ふたつのMIDI 高精度化仕様を紹介

•現状での普及具合

•研究分野での利用について

• この発表スライドのありかhttp://www.slideshare.net/knoike/presentations

• サウンドサンプルhttp://noike.info/HRmidi/