PythonでMIDI


pygameのインストール

PythonでMIDIを扱うために、MIDI機器からのMIDIイベントを逐次的にモニターできるものを探していました。 pygameというモジュールが使えそうなので試してみることにします。

私の環境はWindows 10 Home, Python 3.8.6です。Pythonはwww.python.orgからダウンロードしました。pygameは以下のコマンドでインストールできます。


> pip install pygame

余談ですが、pipインストールで以下のようなSSLのエラーに遭遇しました。いろいろ試したのですがpythonをインストールし直すことでしか解決できませんでした。

ERROR: No matching distribution found for pprint
Could not fetch URL https://pypi.org/simple/pip/: There was a problem confirming 
the ssl certificate: HTTPSConnectionPool(host='pypi.org', port=443): Max retries
exceeded with url: /simple/pip/ (Caused by SSLError(SSLCertVerificationError
(1, '[SSL: CERTIFICATE_VERIFY_FAILED] certificate verify failed: unable to get
local issuer certificate (_ssl.c:1108)'))) - skipping

pygameのドキュメントは、www.pygame.orgにあります。以下に関数の簡単な説明を書いておきます。

  • pygame.midi
        MIDI入力および出力を扱うpygameモジュール。
  • pygame.midi.init
        MIDIモジュールの初期化
  • pygame.midi.quit
        MIDIモジュールを解除
  • pygame.midi.get_init
        MIDIモジュールの初期化をチェック。初期化されている場合はTrueを返す
  • pygame.midi.Input
        入力は、midiデバイスからmidi入力を取得
  • pygame.midi.Output
        出力は、MIDIを出力デバイスに送信
  • pygame.midi.get_count
        接続されているMIDIデバイスの数を取得
  • pygame.midi.get_default_input_id
        デフォルトの入力デバイス番号を取得
  • pygame.midi.get_default_output_id
        デフォルトの出力デバイス番号を取得します
  • pygame.midi.get_device_info
        MIDIデバイスの情報を返す
            戻り値　(interf、name、input、output、opened)
            interf:デバイスインターフェイスの説明　MMSystem:Windows
            name:デバイス名
            input: 入力デバイスは 1
            output: 出力デバイスは 1)
            opened: デバイスが開いている時 1
        詳細は次の例を参照のこと
  • pygame.midi.midis2events
        MIDIイベントをpygameイベントに変換
  • pygame.midi.time
        PortMidiタイマーの現在の時刻をミリ秒単位で取得
  • pygame.midi.frequency_to_midi
        周波数をMIDIノートに変換
  • pygame.midi.midi_to_frequency
        MIDIノートを周波数に変換
  • pygame.midi.midi_to_ansi_note
        MIDI番号のANSIで音階名を返す


デバイスの情報表示

以下にサンプルプログラムを掲載します。サンプルプログラムではpygame.midiを"m"の一文字で読み込んでいます。 

import pygame.midi as m

m.init()            # MIDIデバイスを初期化
i_num=m.get_count() # MIDIデバイスの数
for i in range(i_num):
	print(m.get_device_info(i)) # MIDIデバイスの情報を表示

[結果]
pygame 2.0.0 (SDL 2.0.12, python 3.8.6)
Hello from the pygame community. https://www.pygame.org/contribute.html
(b'MMSystem', b'Microsoft MIDI Mapper', 0, 1, 0) // 入力
(b'MMSystem', b'loopMIDI Port', 1, 0, 0)         // 入力
(b'MMSystem', b'nanoKEY2', 1, 0, 0)              // 入力
(b'MMSystem', b'Microsoft GS Wavetable Synth', 0, 1, 0) // 出力
(b'MMSystem', b'loopMIDI Port', 0, 1, 0)                // 出力
(b'MMSystem', b'nanoKEY2', 0, 1, 0)                     // 出力

MIDIの受信
 
import pygame.midi as m

m.init()
i = m.Input(2) # デバイス番号を２('nanoKEY2')とする
while True:
  if i.poll(): # MIDIが受信されると１
    midi_events = i.read(1) # 読み取る入力イベントの数　
    print ("midi_events:" + str(midi_events))


[結果]
pygame 2.0.0 (SDL 2.0.12, python 3.8.6)
Hello from the pygame community. https://www.pygame.org/contribute.html
midi_events:[[[144, 48, 55, 0], 1396]]
midi_events:[[[128, 48, 64, 0], 1644]]
midi_events:[[[144, 48, 54, 0], 2331]]
midi_events:[[[128, 48, 64, 0], 2495]]
...
...

上のプログラムでlistタイプのmidi_eventsを、numpy arrayに変換して、 さらにMIDIのイベントを16進で表示するプログラムを書いて見ます。MIDIを扱う人には16進の方がわかりやすいですね。 

import pygame.midi as m
import numpy as np

m.init()
i = m.Input(2) # デバイス番号を２('nanoKEY2')とする
while True:
  if i.poll(): # MIDIが受信されると１
    midi_events = i.read(1) # 読み取る入力イベントの数　
    dd=np.array(midi_events, dtype=object) #listを配列に変換
    status = dd[0][0][0]
    data1 = dd[0][0][1]
    data2 = dd[0][0][2]    
    print("%02x" %status,"%02x" %data1, "%02x" %data2)

[結果]
90 37 37
80 37 40
90 37 7f
80 37 40
90 37 76
80 37 40
...
...

System Exclusiveの受信
 
import pygame.midi as m

m.init()
i = m.Input(2) # デバイス番号を２('nanoKEY2')とする
while True:
  if i.poll(): # MIDIが受信されると１
    midi_events = i.read(4) # 読み取る入力イベントの数を４とする
    print ("midi_events:" + str(midi_events))

このプログラムで、以下の18バイトのSystem Exclusiveを受信してみます。

0xF0, 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0xF7

読み取る入力イベントの数を４と設定しているので、１回目は0xF0から0x0Eまでのは4x4の16バイト、２回目に0x0Fと0xF7の2バイトの２回に分けて受信します。

//１回目の受信
midi_events:[
    [[240, 0, 1, 2], 41131],
    [[3, 4, 5, 6], 41131],
    [[7, 8, 9, 10], 41131], 
    [[11, 12, 13, 14], 41131]
]

//２回目の受信
midi_events:[
    [[15, 247, 0, 0], 41131]
]

MIDIを受信し、ソフトシンセへ送信
 
import pygame.midi as m
m.init()
i = m.Input(2)
o = m.Output(0)

while True:
  if i.poll(): # MIDIが受信されると１
    midi_events = i.read(4)
    for j in range(len(midi_events)):
      status=midi_events[j][0][0]
      data1 =midi_events[j][0][1]
      data2 =midi_events[j][0][2]
       if(status==0x80 or status==0x90): #Note OnかOFFならMIDI送信
        o.write_short(status,data1,data2)
i.close()

MIDIの音階情報
 
import pygame.midi as m

for note in range(128):
	print(note," : ",end="")
	print(m.midi_to_ansi_note(note)," : ",end="")
	print(m.midi_to_frequency(note), " Hz")


[結果]
...
60  : C4  : 261.6  Hz
61  : C#4  : 277.2  Hz
62  : D4  : 293.7  Hz
63  : D#4  : 311.1  Hz
64  : E4  : 329.6  Hz
65  : F4  : 349.2  Hz
66  : F#4  : 370.0  Hz
67  : G4  : 392.0  Hz
68  : G#4  : 415.3  Hz
69  : A4  : 440.0  Hz
70  : A#4  : 466.2  Hz
71  : B4  : 493.9  Hz
72  : C5  : 523.3  Hz
...

Raspberry Piの場合

2025/09/14

Raspberry Piでpygameを試して見ました。Raspberry Piのシステムのバージョンは以下の通りです。

pi@raspi3:~ $ uname -r
6.12.34+rpt-rpi-2712
pi@raspi3:~ cat /proc/version
Linux version 6.12.34+rpt-rpi-2712 (serge@raspberrypi.com) 
 (aarch64-linux-gnu-gcc-12 (Debian 12.2.0-14+deb12u1) 12.2.0, 
 GNU ld (GNU Binutils for Debian) 2.40) 
 #1 SMP PREEMPT Debian 1:6.12.34-1+rpt1~bookworm (2025-06-26)

また、Pythonのバージョンは以下の通りです。

pi@raspi3:~ $ python -V
Python 3.11.2

pygameをpip installでインストールしようとすると以下のエラーがでました。

pi@raspi3:~ $ sudo pip install pygame
error: externally-managed-environment

× This environment is externally managed
╰─> To install Python packages system-wide, try apt install
    python3-xyz, where xyz is the package you are trying to
    install.

書いてある通り、apt install python3-xyzでインストールすることができました。

pi@raspi3:~ $ sudo apt install python3-pygame

デバイスを列記してみると、以下のように表示されました。

[プログラム]
import pygame.midi as m
m.init()                           # MIDIデバイスを初期化
i_num=m.get_count()                # MIDIデバイスの数
for i in range(i_num):
    print(i, m.get_device_info(i)) # MIDIデバイスの情報を表示

[結果]
pygame 2.1.2 (SDL 2.26.5, Python 3.11.2)
Hello from the pygame community. https://www.pygame.org/contribute.html
0 (b'ALSA', b'Midi Through Port-0', 0, 1, 0)  // 出力
1 (b'ALSA', b'Midi Through Port-0', 1, 0, 0)  // 入力
2 (b'ALSA', b'nanoKEY2 _ CTRL', 0, 1, 0)      // 出力
3 (b'ALSA', b'nanoKEY2 _ CTRL', 1, 0, 0)      // 入力

Midi Through Portを使ったSys Exの送受信

Midi Through PortはALSA上のMIDIのバーチャルケーブルです。 ２つのアプリケーションの間をMIDIでつなぎます。デバイス情報のリストを表示した時、次のようにバーチャルケーブルが表示されました。

0 (b'ALSA', b'Midi Through Port-0', 0, 1, 0)  // 出力
1 (b'ALSA', b'Midi Through Port-0', 1, 0, 0)  // 入力

デバイスの０が出力用、アプリケーション１がデバイス０に対してMIDIを出力します。 デバイスの１が入力用、アプリケーション２はデバイスの１からMIDIを受信します。 すなわち、アプリケーション１からアプリケーション２に対してMIDIを送ったことになります。

一つのターミナルでSystem Exclusiveの受信アプリケーションを先に起動し、もう一つのターミナルでSystem Exclusiveの送信 アプリケーションを動作させます。 


#ReceiveSysEx.py
#System Exclusiveの受信
import pygame.midi as m

m.init()
i = m.Input(1) # 入力デバイス番号を１とする
while True:
  if i.poll():
    midi_events = i.read(1)
    dd=np.array(midi_events, dtype=object)
    d1 = dd[0][0][0]
    d2 = dd[0][0][1]
    d3 = dd[0][0][2] 
    d4 = dd[0][0][3]   
    print("%02x" %d1,"%02x" %d2, "%02x" %d3, "%02x" %d4)

#SendSysEx.py
#System Exclusiveの送信

import pygame.midi as m
m.init()
o = m.Output(0)
sysex=[0xF0, 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0xF7]
o.write_sys_ex(m.time(),sysex)

[結果]
f0 00 01 02
03 04 05 06
07 08 09 0a
0b 0c 0d 0e
0f f7 00 00

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PYOは信号処理を行うPythonモジュールです。オーディオ信号の生成、基本的な信号処理（フィルター、遅延、波形の合成）が可能です。また、グラニュラーシンセシスやオーディオを編集するための複雑なアルゴリズムを作ることもできます