(Windows) pythonでMIDIからWAVを出力 #Python3

やりたいこと

Windows8.1でMIDIファイルからWAVファイルを出力

環境

Windows8.1
python3.5
pretty_midi 0.2.8

方針

pythonのpretty_midiパッケージでMIDI読み込み
scipyでWAV出力(すぐできたので特に説明しません)

pretty_midiパッケージの依存関係をインストールする

上記記事のとおりですが、pretty_midiでの波形出力(numpyのndarray形式)は、ソフトウェアシンセサイザのFluidSynthおよびそれを呼び出すためのpythonパッケージpyFluidSynthに依存しています。これらに依存しない関数(synthesize())もありますが、サウンドフォントが適用されない模様です（期待した音にならない）。

FluidSynthのリポジトリwikiより、FluidSynthをwindowsに入れるには

a. MSYS2からビルド
b. Cygwinからビルド
c. MinGW+コマンドプロンプトからビルド
d. Visual Studioでビルド

があることがわかります。
私の試した範囲では、bとcはビルドに失敗、
aはFluidSynthのビルドはできましたが、pretty_midiをインストールできず中断しました。
結局dで動かすことができたので記載します。

FluidSynthのビルド

上記githubに従うだけです。
ソースコードをgithubのリリースからダウンロードして解凍します。この記事ではfluidsynth 2.0.1を使用します。
すでにVisual Studio Express Community 2017が入っているものとして、パッケージマネージャのvcpkgをインストールします。
インストール方法はvcpkgを使ってみたに従いました。
なお、Visual Studioに言語パック(英語)が入っていないとビルドに失敗します。私はおやぢチップス (65) : Visual Studio 2017 言語パックのインストール方法に従ってインストールしました。

下記をコマンドプロンプトに打って、FluidSynthが依存するglibをインストールします

vcpkg install glib

ビルドします。CMakeのGUI版(3.9.0)を使いました。

入力：ダウンロードしたFluidSynthのディレクトリを指定
出力：上記ディレクトリ内にbuildディレクトリを作成し、それを指定
Configureボタンを押してGeneratorはVisual Studio 15 2017 Win64を選択(私はpythonが64bit版なのでWin64を選びました。一致していないと後でpythonから読み込めません。)
Generateボタンを押す

出力に指定したディレクトリにFluidSynth.slnというファイルができるのでVisual Studioで開きます。
構成をreleaseにして(debugのままでもいいのかもしれません)、ビルドメニューからソリューションのビルド(B)をクリックし、ビルド終了を待ちます。

なお、FluidSynth 1.1.10にはvcpkgにパッケージがあるそうです。
vcpkg install fluidsynth

ビルド終了後、build/src/Releaseに目的のdllファイルlibfluidsynth-2.dllが生成されています。これをパスの通っている場所に置くか、後述のようにpyFluidSynthのパッケージ内に置きます。

pyFluidSynthをインストール

公式リポジトリから落としました。pipでも入りますがバージョンが古いという情報があったためです。
＊先ほど確認したところpipでも同じバージョン(pyfluidsynth-1.2.5)だったのでそちらでも大丈夫そうです。

git clone https://github.com/nwhitehead/pyfluidsynth
cd pyfluidsynth
python setup.py install

pythonのsite-packages（私の環境ではユーザディレクトリ\AppData\Local\Programs\Python\Python35\Lib\site-packagesに）内にpyfluidsynth用ディレクトリが2つできることを想定したのですが、
pyFluidSynth-1.2.5-py3.5.eggというファイルが1つできました。
これを解凍すると

fluidsynth.pyファイルと
EGG-INFOディレクトリができます。

EGG-INFOはリネームしてpyFluidSynth-1.2.5.dist-infoに、
また、fluidsynthという新たなディレクトリを作成してその中にfluidsynth.pyと先ほどビルドしたdllファイルlibfluidsynth-2.dllを入れました。
さらに__init__.pyを作成してfluidsynth.pyと同じ場所に置きました。

__init__.py

from .fluidsynth import *
__version__ = '1.2.5'

これでファイルの配置は完了です。
ここからfluidsynth.pyのソースを編集していきます。

fluidsynth.py

lib = find_library('fluidsynth') or \
    find_library('libfluidsynth') or \
    find_library('libfluidsynth-2') #37行目くらいにあるlibfluidsynth-1をlibfluidsynth-2に

fluidsynth.py

_fl = WinDLL(lib) # 45行目 _fl = CDLL(lib)　から変更。そのままでも大丈夫かも

~~179行目から237行目までコメントアウト（私の場合）。~~
2018/11/12 訂正。179~201, 220~226, 229~233をコメントアウト。
よく確認するとエラーが出ない関数も混じっていました。公式でもissueが上がっていて対応中の模様

DLL内の関数をpythonから呼び出すための関数を作成している箇所だと思いますが、
FluidSynthのビルド設定によって有効な関数が異なると思います。
55行目の関数定義にprint()を入れてどこまでならエラーを出さずに通るか調べました。

fluidsynth.py

    print(((name, _fl), tuple(aflags)))#55行目。これを追加して確認した
    return CFUNCTYPE(result, *atypes)((name, _fl), tuple(aflags))

fluidsynth.py


#179行目から201行目までコメントアウト
'''
fluid_synth_get_channel_info = cfunc('fluid_synth_get_channel_info', c_int,
                                  ('synth', c_void_p, 1),
                                  ('chan', c_int, 1),
                                  ('info', POINTER(fluid_synth_channel_info_t), 1))

fluid_synth_set_reverb_full = cfunc('fluid_synth_set_reverb_full', c_int,
                                    ('synth', c_void_p, 1),
                                    ('set', c_int, 1),
                                    ('roomsize', c_double, 1),
                                    ('damping', c_double, 1),
                                    ('width', c_double, 1),
                                    ('level', c_double, 1))

fluid_synth_set_chorus_full = cfunc('fluid_synth_set_chorus_full', c_int,
                                    ('synth', c_void_p, 1),
                                    ('set', c_int, 1),
                                    ('nr', c_int, 1),
                                    ('level', c_double, 1),
                                    ('speed', c_double, 1),
                                    ('depth_ms', c_double, 1),
                                    ('type', c_int, 1))
'''

fluidsynth.py

#220~226コメントアウト
'''
fluid_synth_get_chorus_speed_Hz = cfunc('fluid_synth_get_chorus_speed_Hz', c_double,
                                    ('synth', c_void_p, 1))

fluid_synth_get_chorus_depth_ms = cfunc('fluid_synth_get_chorus_depth_ms', c_double,
                                    ('synth', c_void_p, 1))

'''

fluidsynth.py

#229~233コメントアウト
'''
fluid_synth_set_midi_router = cfunc('fluid_synth_set_midi_router', None,
                               ('synth', c_void_p, 1),
                               ('router', c_void_p, 1))
'''

これで編集完了です。

pythonで動作確認

MIDIからWAVを出力するスクリプトは下記となります

midi2wav.py


import pretty_midi
import argparse
import scipy
from scipy import io
from scipy.io import wavfile
import numpy as np

parser=argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("input")
parser.add_argument("output")
args=parser.parse_args()

in_file=args.input
out_file=args.output
midi=pretty_midi.PrettyMIDI(in_file)

sig=midi.fluidsynth()

m = np.max(np.abs(sig))
sigf32 = (sig/m).astype(np.float32)
scipy.io.wavfile.write(out_file, 44100, sigf32)

実行します

python midi2wav.py midiファイル.mid output.wav

問題がなければoutput.wavが出力され、midiファイルに定義された音色で音が鳴るはずです（ちなみに検証に使ったmidiファイルはトラックが1つしかないデータです）。

(Windows) pythonでMIDIからWAVを出力

やりたいこと

環境

方針

pretty_midiパッケージの依存関係をインストールする

FluidSynthのビルド

pyFluidSynthをインストール

pythonで動作確認

参考