Lezione 8

Sincronizzazione

Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico)

Sincronizzazione tra dispositivi

• Relazione master-slave – Il master è uno, gli slave possono essere più di uno • Cosa si può sincronizzare?

– Sequencer e: drum machine, dispositivo di riproduzione video, registratore multitraccia, … – Perché non un controller e un synth? Non serve!

• Due metodi di sincronizzazione per il MIDI 1. Time Code (o timecode SMPTE) 2. (MIDI) Timing Clock Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Sezione 8.2

MIDI TIME CODE (MTC)

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Society of Motion Picture and Television Engineers

• SMPTE è l’acronimo di Society of Motion Picture and Television Engineers • Fondata nel 1916 come Society of Motion Picture Engineers (SMPE), è un'associazione professionale internazionale con sede negli Stati Uniti, che riunisce tecnici dell'industra televisiva e cinematografica.

• SMPTE è riconosciuta come organismo in grado di stabilire standard internazionali: ha all’attivo più di 400 standard , raccomandazioni e linee guida per il cinema, la televisione, l'audio e la fotografia medica Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Time Code (o timecode SMPTE)

• Il Time Code (o timecode SMPTE) è un insieme di standard cooperativi per l'identificazione univoca di fotogrammi video o su pellicola cinematografica con un timecode, standard definito dalla SMPTE nella specifica 12M.

• Il Time Code è aggiunto a materiale video, audio o cinematografico ed è anche stato adattato per la sincronizzazione musicale, fornendo in ogni caso un riferimento temporale assoluto per il montaggio e la scalettatura del materiale.

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Time Code (o timecode SMPTE)

• Segnale elettronico per identificare posizione precisa su un media basato sul tempo (es. videoregistratori o sistemi audio digitali che supportano time code) • Rappresentazione della posizione temporale: ore:minuti:secondi:frame[:subframe] • Il segnale elettronico viene inviato assieme al media per permettere ad altri dispositivi di sincronizzarsi. Lo slave ha meccanismo di bloccaggio per sincronizzarsi con la temporizzazione del master Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Esempio

00:00:02:22 00:00:02:2 3 00:00:03:00 Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Le tipologie di timecode SMPTE

1. MIDI Time Code (MTC): versione MIDI di SMPTE.

Usato per sincronizzare dispositivi MIDI compatibili con dispositivi audio/video.

2. Vertical Interval Time Code (VITC): segnale registrato come parte del segnale video in una linea non utilizzata che è parte dell’intervallo verticale. Usato per sincronizzare dispositivi VITC compatibili.

3. Longitudinal Time Code (LTC): solitamente segnale audio registrato su una delle tracce del nastro. Usato anche per sincronizzare macchine video, ma in grado di agire anche su dispositivi esclusivamente audio (al contrario del VITC).

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Frequenze di fotogrammi (o frame rate)

• Perché è importante nel Time Code?

• – – – – – Frequenze (fps, frame per second) standard 24 fps: standard delle pellicole cinematografiche 25 fps: standard video PAL (Phase Alternate Line) e SECAM/EBU (Sequential Color And Memory/European Broadcast Union), in uso rispettivamente in Asia e in Europa 29.97 fps (o 29.97 Non-Drop, talvolta indicato come 30 fps): standard video NTSC (National Television Standards Committee) in uso in Nord America 29.97 fps DF (o 29.97 Drop-Frame, talvolta indicato come 30 fps DF): introdotto per ospitare le informazioni extra relative al colore, rallentando i 30 fps del b/n a 29.97 per il colore 30 fps: formato utilizzato con il primo NTSC bianco e nero Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

MIDI Time Code (MTC)

• Consente ai dispositivi di creazione musicale dotati di sequencer di agganciarsi ai dispositivi di produzione audio/video basati su SMPTE Time Code.

• MTC è una versione MIDI di SMPTE Time Code. Necessita di un convertitore ad hoc.

• I messaggi MIDI comunicano al sequencer la posizione temporale esatta in termini di: ore, minuti, secondi, frame e tipo di time code (ad es. PAL, NTSC, …) Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Struttura dei messaggi MTC

• Famiglia: System Common (messaggi pensati per tutti i canali, vedi lezione 9) • MTC è detto anche quarter frame: nel tempo di 1 frame, MIDI deve inviare 4 messaggi MTC • Un solo byte di dati per rappresentare il tipo di time code (fps) e il valore dell’indirizzo temporale MIDI Out o MIDI Thru Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione I Byte di dati Valore [0..127] 10 Byte di stato MTC Quarter Frame 11110001 2 MIDI In

Struttura dei messaggi MTC

• Problema: per rappresentare un SMPTE completo si usano 80 bit (contiene anche altre info), il Data Byte dell’MTC ne presenta solo 7.

Soluzione: spezzare l’informazione in 8 messaggi, marchiati in modo da poter ricostruire l’indirizzo temporale di partenza Byte di dati 0 2 nnn dddd 2 nnn 2 contiene il valore (o meglio, una parte del valore) identifica quale parte del valore secondo la tabella:  000 = Current Frames Low Nibble (1 nibble = 4 bit) 2 dddd 2        001 = Current Frames High Nibble 010 = Current Seconds Low Nibble 011 = Current Seconds High Nibble 100 = Current Minutes Low Nibble 101 = Current Minutes High Nibble 110 = Current Hours Low Nibble 111 = Current Hours High Nibble and SMPTE Type Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione Ordine di invio al crescere del tempo t

Struttura dei messaggi MTC

• Problema: come rappresentare in un solo byte di dati anche il tipo di time code?

• Soluzione: il byte di dati con nnn = 111 (ossia l’high nibble per le ore) viene re-interpretato nel seguente modo I Byte di dati 0 2 nnn 2 dddd 2 Generico byte di dati per MTC: 0 nnn dddd Byte di dati per l’high nibble delle ore: 0 111 dddd Byte di dati reinterpretato: 0 111 0 yy d ove solo d rappresenta parte del valore, mentre yy vanno letti secondo la seguente tabella: 00  24 fps 01  25 fps 10  30 fps-DF 11  30 fps Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Esempi ed esercizi su MTC

• Quanti frame SMPTE scorrono mentre viene inviata una informazione temporale completa con MTC?

Due frame: si inviano 4 messaggi MTC nel tempo di 1 fotogramma, e servono 8 messaggi MTC per completare l’informazione. L’incremento di indirizzo avviene ogni 2 frame.

• – Qual è la frequenza media dei messaggi MTC se si adotta SMPTE con 30 fps?

«Media» perché MTC non è un messaggio della famiglia real-time 30 · 4 messaggi in 1 secondo, f = 120 messaggi/s che corrisponde a 1 messaggio ogni 8.33 millisecondi circa Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Esempio su MTC

• Si ricostruisca l’esatto indirizzo temporale in formato SMPTE hh:mm:ss:ff e il tipo di codifica SMPTE partendo dalla seguente sequenza di messaggi MTC 11110001 0 000 1010 11110001 0 001 0001 11110001 0 010 0010 11110001 0 011 0000 11110001 0 100 0011 11110001 0 101 0010 11110001 0 110 0001 11110001 0 111 0 11 0 Ore: Minuti: 00100011 2 Secondi: 00000010 2 Frame: Fps: 00001 2 = 1 10 00011010 11 2  2 = 35 10 = 2 10 = 26 30 fps 10 Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Esercizio su MTC

• Si ricostruisca l’esatto indirizzo temporale in formato SMPTE hh:mm:ss:ff e il tipo di codifica SMPTE partendo dalla seguente sequenza di messaggi MTC 11110001 11110001 11110001 11110001 11110001 11110001 11110001 11110001 0 000 1011 0 001 0000 0 010 0011 0 011 0000 0 100 1000 0 101 0001 0 110 0111 0 111 0 01 0 Ore: Minuti: 00011000 2 Secondi: 00000011 2 Frame: Fps: 00111 2 = 7 10 00001011 01 2  2 = 24 10 = 3 10 = 11 25 fps 10 Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Sezione 8.2

MIDI TIMING CLOCK

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(MIDI) Timing Clock

• Segnale di sincronizzazione basato sul tempo metronomico (BPM) • Differenza dal Time Code (SMPTE): non si riferisce a un indirizzo di tempo assoluto, cioè espresso in ore, minuti ecc.

• La frequenza del MIDI clock può variare per seguire il tempo della sorgente di tempo master • Essendo basato sul BPM, dovrebbe essere riservato a sincronizzare i soli dispositivi MIDI Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Come funziona il (MIDI) Timing Clock

• Invio di 24 colpi di clock, detti tick o impulsi, per pulsazione (nota da un quarto), spaziati uniformemente, indipendentemente dal tempo metronomico del brano • Esempi: – – – a 60 BPM, 1440 tick per minuto (uno ogni 41.67 ms) a 100 BPM, 2400 tick per minuto (uno ogni 25 ms) a 120 BPM, 2880 tick per minuto (uno ogni 20.83 ms) Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Struttura dei messaggi (MIDI) Timing Clock

• Famiglia: System Real Time (controllano in tempo reale tutti i dispositivi del sistema, e sono indipendenti dal canale) • Sincronizzazione tramite il solo byte di stato • Si comportano come impulsi MIDI Out o MIDI Thru Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione Byte di stato Timing Clock 11111000 2 MIDI In

Esempio

Pulsazione

Pulsazione 1, tick 2: Song Select

Pulsazione

Pulsazione 1, tick 13: Program Change Suddivisione Tick Tick Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Sezione 8.3

ALCUNI PROTOCOLLI DI SINCRONIZZAZIONE

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MIDI Machine Control (MMC)

• Sottoinsieme delle specifiche MIDI contenente comandi specifici per controllare dispositivi di registrazione quali registratori a cassette e registratori multitraccia a nastro magnetico • MMC serve a inviare messaggi di controllo MIDI a un dispositivo, tramite comandi quali Play, Stop, Rewind, ecc.

• Specifiche aggiunte al protocollo MIDI nel 1992, di rado sfruttate pienamente Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Esempio di utilizzo di MMC

• Esempio: collegamento tra un registratore a nastro multitraccia con timecode SMPTE e un sequencer MIDI • – – – Comunicazione tra dispositivi: La pressione di Play sul sequencer invia anche il comando di Play al registratore tramite messaggi MMC su cavo MIDI Il registratore genera messaggi MTC con i quali controlla il tempo del sequencer (sincronizzazione) La pressione di Stop sul sequencer ferma anche il registratore • Messaggi MIDI: sono System Exclusive (vedi lezione 10) Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Tascam DA-78 HR digital 8-track recorder

• • • • Tascam DA-78 HR digital 8-track recorder built-in SMPTE synchronizer TimeCode in/out MIDI In/Out/Thru MMC Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

MIDI Show Control (MSC)

• Meccanismo per fornire controllo MIDI su luci, elevatori, macchine per produrre fumo e altro equipaggiamento di scena • Come per le esecuzioni MIDI, non viene trasferita la performance multimediale ma informazioni per ricostruirla opportunamente tramite i dispositivi compatibili MSC • Specifiche aggiunte al protocollo MIDI nel 1991 • Messaggi MIDI: sono System Exclusive (vedi lezione 10) Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

MIDI Show Control (MSC): esempi e limiti

• Primo show con pieno uso delle specifiche MSC: Magic Kingdom Parade presso il Walt Disney World's Magic Kingdom (settembre 1991).

• Tra i software che supportano il protocollo: ambienti per il trattamento in tempo reale di informazione audio quali PureData e MAX/MSP e applicazioni specifiche per il teatro e il live entertainment quali Qlab.

• Raramente si sono interfacciati dispositivi MIDI con equipaggiamento di scena.

Principale causa: l’inadeguatezza dei protocolli di sicurezza, solitamente tralasciati nelle applicazioni musicali del MIDI.

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ETC Element Lighting Console

Porta MIDI Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione

Favorire la sincronizzazione

• – – Connessioni fisiche, a seconda del tipo di sincronizzazione MIDI Time Clock richiede connessione con cavi MIDI da MIDI Out del master (del convertitore del segnale master) a MIDI In dello slave VITC o LTC solitamente vanno convertiti in MIDI Time Clock affinché i sequencer riconoscano l’informazione di sincronizzazione • Punto di ingresso: da quale porta si trasmettono e su quale porta arrivano le informazioni di sincronizzazione?

• – Relazioni master/slave Ad es. un sequencer può assumere ciascuno dei due ruoli • Formato di sincronizzazione: scelta di un timecode unico Programmazione MIDI (Prof. Luca A. Ludovico) 8. Sincronizzazione