libroot_build: *Actually* fix attribute usage on Haiku.
[haiku.git] / docs / user / midi2 / midi2intro.dox
blob53dbdb7e12de33fb427bc365a2eb3f687c8c1f58
1 /*!
2 \page midi2_intro Introduction to the MIDI2 Kit
4 The Midi Kit is the API that implements support for generating, processing, and 
5 playing music in MIDI format. <A HREF="http://www.midi.org/">MIDI</A>, which 
6 stands for 'Musical Instrument Digital Interface', is a well-established 
7 standard for representing and communicating musical data. This document serves
8 as an overview. If you would like to see all the components, please look at
9 \link midi2 the list with classes \endlink .
11 \section midi2twokits The two kits
13 The BeOS comes with two different, but compatible Midi Kits. This documentation 
14 focuses on the "new" Midi Kit, or midi2 as we like to call it, that was 
15 introduced with BeOS R5. The old kit, which we'll refer to as midi1, is more 
16 complete than the new kit, but less powerful.
18 Both kits let you create so-called MIDI endpoints, but the endpoints from midi1 
19 cannot be shared between different applications. The midi2 kit solves that 
20 problem, but unlike midi1 it does not include a General MIDI softsynth, nor 
21 does it have a facility for reading and playing Standard MIDI Files. Don't 
22 worry: both kits are compatible and you can mix-and-match them in your 
23 applications.
25 The main differences between the two kits:
27 - Instead of one BMidi object that both produces and consumes events, we have 
28 BMidiProducer and BMidiConsumer.
29 - Applications are capable of sharing MIDI producers and consumers with other 
30 applications via the centralized Midi Roster.
31 - Physical MIDI ports are now sharable without apps "stealing" events from each 
32 other.
33 - Applications can now send/receive raw MIDI byte streams (useful if an 
34 application has its own MIDI parser/engine).
35 - Channels are numbered 0..15, not 1..16
36 - Timing is now specified in microseconds instead of milliseconds.
38 \section midi2concepts Midi Kit concepts
40 A brief overview of the elements that comprise the Midi Kit:
42 - \b Endpoints. This is what the Midi Kit is all about: sending MIDI messages 
43 between endpoints. An endpoint is like a MIDI In or MIDI Out socket on your 
44 equipment; it either receives information or it sends information. Endpoints 
45 that send MIDI events are called \b producers; the endpoints that receive those 
46 events are called \b consumers. An endpoint that is created by your own 
47 application is called \b local; endpoints from other applications are \b 
48 remote. You can access remote endpoints using \b proxies.
50 - \b Filters. A filter is an object that has a consumer and a producer 
51 endpoint. It reads incoming events from its consumer, performs some operation, 
52 and tells its producer to send out the results. In its current form, the Midi 
53 Kit doesn't provide any special facilities for writing filters.
55 - \b Midi \b Roster. The roster is the list of all published producers and 
56 consumers. By publishing an endpoint, you allow other applications to talk to 
57 it. You are not required to publish your endpoints, in which case only your own 
58 application can use them.
60 - \b Midi \b Server. The Midi Server does the behind-the-scenes work. It 
61 manages the roster, it connects endpoints, it makes sure that endpoints can 
62 communicate, and so on. The Midi Server is started automatically when BeOS 
63 boots, and you never have to deal with it directly. Just remember that it runs 
64 the show.
66 - \b libmidi. The BMidi* classes live inside two shared libraries: libmidi.so 
67 and libmidi2.so. If you write an application that uses old Midi Kit, you must 
68 link it to libmidi.so. Applications that use the new Midi Kit must link to 
69 libmidi2.so. If you want to mix-and-match both kits, you should also link to 
70 both libraries.
72 Here is a pretty picture:
74 \image html midi2concepts.png
76 \section midi2mediakit Midi Kit != Media Kit
78 Be chose not to integrate the Midi Kit into the Media Kit as another media 
79 type, mainly because MIDI doesn't require any of the format negotiation that 
80 other media types need. Although the two kits look similar -- both have a 
81 "roster" for finding or registering "consumers" and "producers" -- there are 
82 some very important differences.
84 The first and most important point to note is that BMidiConsumer and 
85 BMidiProducer in the Midi Kit are NOT directly analogous to BBufferConsumer and 
86 BBufferProducer in the Media Kit! In the Media Kit, consumers and producers are 
87 the data consuming and producing properties of a media node. A filter in the 
88 Media Kit, therefore, inherits from both BBufferConsumer and BBufferProducer, 
89 and implements their virtual member functions to do its work.
91 In the Midi Kit, consumers and producers act as endpoints of MIDI data 
92 connections, much as media_source and media_destination do in the Media Kit. 
93 Thus, a MIDI filter does not derive from BMidiConsumer and BMidiProducer; 
94 instead, it contains BMidiConsumer and BMidiProducer objects for each of its 
95 distinct endpoints that connect to other MIDI objects. The Midi Kit does not 
96 allow the use of multiple virtual inheritance, so you can't create an object 
97 that's both a BMidiConsumer and a BMidiProducer.
99 This also contrasts with the old Midi Kit's conception of a BMidi object, which 
100 stood for an object that both received and sent MIDI data. In the new Midi Kit, 
101 the endpoints of MIDI connections are all that matters. What lies between the 
102 endpoints, i.e., how a MIDI filter is actually structured, is entirely at your 
103 discretion.
105 Also, rather than use token structs like media_node to make connections via the 
106 MediaRoster, the new kit makes the connections directly via the BMidiProducer 
107 object.
109 \section midi2remotelocal Remote and local objects
111 The Midi Kit makes a distinction between remote and local MIDI objects. You can 
112 only create local MIDI endpoints, which derive from either BMidiLocalConsumer 
113 or BMidiLocalProducer. Remote endpoints are endpoints that live in other 
114 applications, and you access them through BMidiRoster.
116 BMidiRoster only gives you access to BMidiEndpoints, BMidiConsumers, and 
117 BMidiProducers. When you want to talk to remote MIDI objects, you do so through 
118 the proxy objects that BMidiRoster provides. Unlike BMidiLocalConsumer and 
119 BMidiLocalProducer, these classes do not provide a lot of functions. That is 
120 intentional. In order to hide the details of communication with MIDI endpoints 
121 in other applications, the Midi Kit must hide the details of how a particular 
122 endpoint is implemented.
124 So, what can you do with remote objects? Only what BMidiConsumer, 
125 BMidiProducer, and BMidiEndpoint will let you do. You can connect objects, get 
126 the properties of these objects -- and that's about it.
128 \section midi2lifespan Creating and destroying objects
130 The constructors and destructors of most midi2 classes are private, which mean 
131 you cannot directly create them using the C++ <CODE>new</CODE> operator, on the 
132 stack, or as globals. Nor can you <CODE>delete</CODE> them. Instead, these 
133 objects are obtained through BMidiRoster. The only two exceptions to this rule 
134 are BMidiLocalConsumer and BMidiLocalProducer. These two objects may be 
135 directly created and subclassed by developers.
137 \section midi2refcount Reference counting
139 Each MIDI endpoint has a reference count associated with it, so that the Midi 
140 Roster can do proper bookkeeping. When you construct a BMidiLocalProducer or 
141 BMidiLocalConsumer endpoint, it starts with a reference count of 1. In 
142 addition, BMidiRoster increments the reference count of any object it hands to 
143 you as a result of \link BMidiRoster::NextEndpoint() NextEndpoint() \endlink or 
144 \link BMidiRoster::FindEndpoint() FindEndpoint() \endlink. Once the count hits 
145 0, the endpoint will be deleted.
147 This means that, to delete an endpoint, you don't call the <CODE>delete</CODE> 
148 operator directly; instead, you call \link BMidiEndpoint::Release() Release() 
149 \endlink. To balance this call, there's also an \link BMidiEndpoint::Acquire() 
150 Acquire() \endlink, in case you have two disparate parts of your application 
151 working with the endpoint, and you don't want to have to keep track of who 
152 needs to Release() the endpoint.
154 When you're done with any endpoint object, you must Release() it. This is true 
155 for both local and remote objects. Repeat after me: Release() when you're done.
157 \section midi2events MIDI events
159 To make some actual music, you need to \link BMidiProducer::Connect() Connect() 
160 \endlink your consumers to your producers. Then you tell the producer to 
161 "spray" MIDI events to all the connected consumers. The consumers are notified 
162 of these incoming events through a set of hook functions.
164 The Midi Kit already provides a set of commonly used spray functions, such as 
165 \link BMidiLocalProducer::SprayNoteOn() SprayNoteOn() \endlink, \link 
166 BMidiLocalProducer::SprayControlChange() SprayControlChange() \endlink, and so 
167 on. These correspond one-to-one with the message types from the MIDI spec. You 
168 don't need to be a MIDI expert to use the kit, but of course some knowledge of 
169 the protocol helps. If you are really hardcore, you can also use the \link 
170 BMidiLocalProducer::SprayData() SprayData() \endlink to send raw MIDI events to 
171 the consumers.
173 At the consumer side, a dedicated thread invokes a hook function for every 
174 incoming MIDI event. For every spray function, there is a corresponding hook 
175 function, e.g. \link BMidiLocalConsumer::NoteOn() NoteOn() \endlink and \link 
176 BMidiLocalConsumer::ControlChange() ControlChange() \endlink. The hardcore MIDI 
177 fanatics among you will be pleased to know that you can also tap into the \link 
178 BMidiLocalConsumer::Data() Data() \endlink hook and get your hands dirty with 
179 the raw MIDI data.
181 \section midi2time Time
183 The spray and hook functions accept a bigtime_t parameter named "time". This 
184 indicates when the MIDI event should be performed. The time is given in 
185 microseconds since the computer booted. To get the current tick measurement, 
186 you call the system_time() function from the Kernel Kit.
188 If you override a hook function in one of your consumer objects, it should look 
189 at the time argument, wait until the designated time, and then perform its 
190 action. The preferred method is to use the Kernel Kit's 
191 <CODE>snooze_until()</CODE> function, which sends the consumer thread to sleep 
192 until the requested time has come. (Or, if the time has already passed, returns 
193 immediately.)
195 Like this:
197 \code
198 void MyConsumer::NoteOn(
199     uchar channel, uchar note, uchar velocity, bigtime_t time) 
201     snooze_until(time, B_SYSTEM_TIMEBASE); 
202     ...do your thing...
204 \endcode
206 If you want your producers to run in real time, i.e. they produce MIDI data 
207 that needs to be performed immediately, you should pass time 0 to the spray 
208 functions (which also happens to be the default value). Since time 0 has 
209 already passed, <CODE>snooze_until()</CODE> returns immediately, and the 
210 consumer will process the events as soon as they are received.
212 To schedule MIDI events for a performance time that lies somewhere in the 
213 future, the producer must take into account the consumer's latency. Producers 
214 should attempt to get notes to the consumer by or before 
215 <I>(scheduled_performance_time - latency)</I>. The time argument is still the 
216 scheduled performance time, so if your consumer has latency, it should snooze 
217 like this before it starts to perform the events:
219 \code
220 snooze_until(time - Latency(), B_SYSTEM_TIMEBASE);
221 \endcode
223 Note that a typical producer sends out its events as soon as it can; unlike a 
224 consumer, it does not have to snooze.
226 \section midi2ports Other timing issues
228 Each consumer object uses a Kernel Kit port to receive MIDI events from 
229 connected producers. The queue for this port is only 1 message deep. This means 
230 that if the consumer thread is asleep in a <CODE>snooze_until()</CODE>, it will 
231 not read its port. Consequently, any producer that tries to write a new event 
232 to this port will block until the consumer thread is ready to receive a new 
233 message. This is intentional, because it prevents producers from generating and 
234 queueing up thousands of events.
236 This mechanism, while simple, puts on the producer the responsibility for 
237 sorting the events in time. Suppose your producer sends three Note On events, 
238 the first on t + 0, the second on t + 4, and the third on t + 2. This last 
239 event won't be received until after t + 4, so it will be two ticks too late. If 
240 this sort of thing can happen with your producer, you should somehow sort the 
241 events before you spray them. Of course, if you have two or more producers 
242 connected to the same consumer, it is nearly impossible to sort this all out 
243 (pardon the pun). So it is not wise to send the same kinds of events from more 
244 than one producer to one consumer at the same time.
246 The article Introduction to MIDI, Part 2 in <A 
247 HREF="http://open-beos.sourceforge.net/nsl.php?mode=display&id=36">OpenBeOS 
248 Newsletter 36</A> describes this problem in more detail, and provides a 
249 solution. Go read it now!
251 \section midi2filters Writing a filter
253 A typical filter contains a consumer and a producer endpoint. It receives 
254 events from the consumer, processes them, and sends them out again using the 
255 producer. The consumer endpoint is a subclass of BMidiLocalConsumer, whereas 
256 the producer is simply a BMidiLocalProducer, not a subclass. This is a common 
257 configuration, because consumers work by overriding the event hooks to do work 
258 when MIDI data arrives. Producers work by sending an event when you call their 
259 member functions. You should hardly ever need to derive from BMidiLocalProducer 
260 (unless you need to know when the producer gets connected or disconnected, 
261 perhaps), but you'll always have to override one or more of 
262 BMidiLocalConsumer's member functions to do something useful with incoming 
263 data.
265 Filters should ignore the time argument from the spray and hook functions, and 
266 simply pass it on unchanged. Objects that only filter data should process the 
267 event as quickly as possible and be done with it. Do not 
268 <CODE>snooze_until()</CODE> in the consumer endpoint of a filter!       
270 \section midi2apidiffs API differences
272 As far as the end user is concerned, the Haiku Midi Kit is mostly the same 
273 as the BeOS R5 kits, although there are a few small differences in the API 
274 (mostly bug fixes):
276 - BMidiEndpoint::IsPersistent() always returns false.
277 - The B_MIDI_CHANGE_LATENCY notification is now properly sent. The Be kit 
278   incorrectly set be:op to B_MIDI_CHANGED_NAME, even though the rest of the 
279   message was properly structured.
280 - If creating a local endpoint fails, you can still Release() the object 
281   without crashing into the debugger.
283 \section midi2seealso See also
285 More about the Midi Kit:
287 - \ref Midi2Defs.h
288 - Be Newsletter Volume 3, Issue 47 - Motor Mix sample code
289 - Be Newsletter Volume 4, Issue 3 - Overview of the new kit
290 - <A HREF="http://haiku-os.org/documents/dev/introduction_to_midi_part_1">Newsletter
291   33</A>, Introduction to MIDI, Part 1
292 - <A HREF="http://haiku-os.org/documents/dev/introduction_to_midi_part_2">Newsletter
293   36</A>, Introduction to MIDI, Part 2
294 - Sample code and other goodies at the 
295   <A HREF="http://haiku-os.org/about/teams/midi_kit">Haiku Midi Kit team page</A>
297 Information about MIDI in general:
299 - <A HREF="http://www.midi.org">MIDI Manufacturers Association</A>
300 - <A HREF="http://www.borg.com/~jglatt/tutr/miditutr.htm">MIDI Tutorials</A>
301 - <A HREF="http://www.borg.com/~jglatt/tech/midispec.htm">MIDI Specification</A>
302 - <A HREF="http://www.borg.com/~jglatt/tech/midifile.htm">Standard MIDI File Format</A>
303 - <A HREF="http://www.io.com/~jimm/midi_ref.html">Jim Menard's MIDI Reference</A>
308 \addtogroup midi2
310 Please have a look at the \link midi2_intro introduction \endlink for a more
311 comprehensive overview on how everything ties together.