はじめに

WindowsのMIDI APIを使うと、c/c++言語プログラムでMIDI音源を制御することができます。また、MATLABのMEX機能を用いることで、C/C++言語で記述されたプログラムを、MATLAB環境に取り込むことができます。ここでは、Visual Studio環境でMIDI出力をテストし、MATLAB環境へ移植する手順を概説します。

Visual Studio環境でテスト

使用コマンド、用語など

以下のプログラムをVisual Studio環境でコンパイルし、動作を確認します。以下は、プログラム内のコマンド、用語のポイント。

mmsystem.h: MIDIコマンドに関する情報の格納されたヘッダファイル。
argv[] : コマンドライン入力字に文字列が格納される配列。
HMIDIOUT: MIDIハンドルの定義。
midiOutOpen: MIDIデバイスのオープン。第一引数はMIDIハンドルのポインタ、第二引数はデバイスID。MIDI_MAPPERは、"デフォルトのデバイス"の意味。
midiOutClose: MIDIデバイスのクローズ。引数はMIDIハンドル。
midiOutShortMsg: MIDIメッセージの送信。第一引数はMIDIハンドル、第二引数はMIDIメッセージ
MIDIメッセージ: 4バイト信号を16進数で表現。最下位（一番右）1バイトがステータスバイト。
ステータスバイト: メッセージの種別を示す。ここでは以下の三種類を使用
- 0x90: ノートオン（発音の開始）。上位バイトで音程、さらに上位バイトで音量情報を与える。
- 0x80: ノートオフ（発音の終了）。上位バイトで、該当する音程情報を与える。
- 0xC0: プログラムチェンジ。上位バイトで、音色番号を与える。

Cプログラム

#include <stdio.h>
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
#include <mmsystem.h>
#pragma comment(lib, "winmm.lib")

int main(int argc, char *argv[])
{
    HMIDIOUT hmo;   // MIDI out handle

    int pitch;  // 音程(0～127: C-1～G9)
    int duration;   // 音の長さ(msec)
    int velocity;   // ベロシティ（音量）
    int timbre; // 音色

    pitch    = atoi(argv[1]); //コマンドライン入力の文字列をinteger型へ変換
    duration = atoi(argv[2]);
    velocity = atoi(argv[3]);
    timbre   = atoi(argv[4]);

    midiOutOpen(&hmo, MIDI_MAPPER, 0, 0, 0); // MIDIデバイスオープン
    midiOutShortMsg(hmo, 0xC0 | (timbre << 8)); // 0xC*: プログラムチェンジ

    midiOutShortMsg(hmo, 0x90 | (velocity << 16) | (pitch << 8)); // 0x90: ノートオン
    Sleep(duration);
    midiOutShortMsg(hmo, 0x80 | (pitch << 8));     // 0x80: ノートオフ

    midiOutClose(hmo);                             // MIDIデバイスクローズ
}

テスト

Visual Studio内でコマンドライン引数を与えて評価する場合は、
「Solution Explorerペインでプロジェクト名を右クリック」
　　⇒ Propertiesを選択
　　⇒ Debugging
　　⇒ Command Argumentsに、引数を記入（複数ある場合は、スペースで区切る）
ここでは、以下の引数をテストしています。

第一引数：60（音程：C4、ド）
第二引数：1000（長さ：1000[msec]発音）
第三引数：100（音量：maxは127）
第四引数：1（音色：GM音源では1番はグランドピアノ）

Visual Studio環境でテスト後、DOS窓等で実行する場合は、実行ファイル名の後、スペース区切りで引数を羅列して入力します。

MATLAB環境へ移植

コマンド・用語等

以下のプログラム例の様に、mexFunction（ゲートウェイルーチン）を介すことで、C/C++言語で記述されたプログラムを、MATLABで実行できる形式にコンパイルすることができます。以下は、プログラム内のコマンド、用語のポイント

miditest(): 実際の処理部（オリジナルのプログラムに該当）。コマンドライン引数の受け渡しに関連する部分は削除し、MATLAB環境で受け取る形式に修正。それ以外は変更なし。
mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]): MATLABと上記"実際の処理部"との間を取り持つゲートウェイルーチン。お約束なので、このまま使用。
mxGetScalar(prhs[n]): n番目の右辺入力引数を取得。

MATLAB環境でコンパイルするために修正したプログラム

#include "mex.h"
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <mmsystem.h>

#pragma comment(lib, "winmm.lib")

int miditest(int pitch, int duration, int velocity, int timbre)
{
    HMIDIOUT hmo;     // MIDI out handle

    midiOutOpen(&hmo, MIDI_MAPPER, 0, 0, 0);    // open MIDI out device
    midiOutShortMsg(hmo, 0xC0 | (timbre << 8)); // 0xC*: program change

    midiOutShortMsg(hmo, 0x90 | (velocity << 16 | pitch << 8)); // 0x90: note on
    Sleep(duration);                                                         
    midiOutShortMsg(hmo, 0x80 | (pitch << 8));   // 0x80: note off
    midiOutClose(hmo);                           // close MIDI out device

    return 0;
}

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    int pitch, duration, velocity, timbre;

    pitch       = mxGetScalar(prhs[0]); //右辺入力取得（0番目）
    duration    = mxGetScalar(prhs[1]); //右辺入力取得（1番目）
    velocity    = mxGetScalar(prhs[2]); //右辺入力取得（2番目）
    timbre      = mxGetScalar(prhs[3]); //右辺入力取得（3番目） 

    miditest(pitch, duration, velocity, timbre);
}

テスト

MATLABのコマンドウィンドウで、以下の様にmexコマンドを実行し、上記プログラムをコンパイルします。

　>>mex filename.cpp

ビルドに成功すると、"MEXは正常に完了しました"というメッセージが表示され、Cコードと同じディレクトリに、"mexw64"という拡張子を持つファイル（一般に、"MEXファイル"と呼ばれる）が現れます。後は、MATLABのコマンドウィンドウで、以下の様にMEXファイルに必要な引数を与えることで、MATLAB環境からMIDI音源を鳴らすことができます。

まとめ

Windows環境において、非常に短い記述でMIDI音源を鳴らすことができました。またMATLABへの移植も大きな修正は不要です。ここでの例は非常にシンプルですが、同様の手順で、複数音源の同時再生や、MIDIファイルを読み込んで再生することも可能でしょう。

MATLABでMIDI音源を鳴らす