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原琴演奏中高精度计时解决方案

约 2630 字大约 9 分钟

原神原琴音乐MIDI

2025-07-22

0. 引言——为什么有这篇文章？

在做「寰墟之叹」原琴视频的时候，我们主要采用 MIDI 文件自动化演奏的方式制作因为没有手（。在开源社区，有诸多优秀的演奏脚本，在尝试很多脚本后我们发现：后期合并音轨的时候总是对不齐，且越靠后越乱。总之最后找到了原因和解决方法，故记录在此。

1. 问题原因

目前，很多支持 MIDI 演奏的脚本均基于 Python 开发。比如：

这种脚本整体设计上并未有很大问题，部分功能也相当出色，然而在它们的计时部分却不够精确。虽足以应付独奏时的时间控制，但是会因为阻塞运行的指令而积累误差，导致计时精度下滑。

Genshin_Zither_Player/GenshinZitherPlayer.py
def playMidi(m_file_name, m_bpm, m_key_add):
    file_name = "." + os.sep + "midi_repo" + os.sep + m_file_name
    
    real_time = float( 120 / m_bpm ) 
    
    midi = mido.MIDIFile(file_name)
    
    # set bpm
    tempo = mido.bpm2tempo(m_bpm)
    
    # Read midi file
    for msg in midi:
        if(msg.type=="note_on"):
            # Press
            sleep_time = float(msg.time) * real_time
            pyautogui.sleep(sleep_time)
            pyautogui.keyDown(noteTrans(int(msg.note)+m_key_add))
            pyautogui.keyUp(noteTrans(int(msg.note)+m_key_add))
            
        elif(msg.type=="note_off"):
            # Release
            sleep_time = float(msg.time) * real_time
            pyautogui.sleep(sleep_time)
            
        else:
            continue

具体而言，pyautogui.sleep() 函数计时精度并不足够高，多次执行后误差逐渐积累，导致后续计时精度不够。此外， 76 行和 77 行按键的操作也较为耗时，导致一个循环内实际上消耗时间略多于指定的时间，不断积累，最终造成不可忽略的影响。

2. 解决方案

首先可以自己搓一个新的计时机制出来，利用异步编程的任务队列避免积累误差。

不过秉持不重复造轮子的态度（就是懒），我们可以借助以下三个免费软件直接实现高精度的原琴演奏：FreePiano、loopMIDI和MIDIKey2Key。

软件的简要介绍

FreePiano

官网：https://freepiano.tiwb.com/cn/

一款虚拟 MIDI 键盘，把正常 108 键键盘输入映射到 MIDI 信号。不过在这里它并不是干这个的。我们需要它的 MIDI 播放功能。

loopMIDI

官网：https://www.tobias-erichsen.de/software/loopmidi.html

一款 MIDI 信号路由工具，可以创建虚拟的 MIDI In 和 MIDI Out，并在其间传输 MIDI 信号。

MIDIKey2Key

官网：https://midikey2key.de/?lang=en

一款 MIDI 信号到键盘键位的映射工具。

解决思路

FreePiano 作为 MIDI 信号源，通过 loopMIDI 将信号输入到 MidKey2Key，并映射成原琴键位。

其实就是用 FreePiano 作为高精度 MIDI 解析与播放装置罢了……

上操作

注

软件安装请自行解决。

  1. 准备 MIDI 文件，需要将乐曲速度写入文件，否则导入后无法精确调整乐曲 BPM。另附写入速度小脚本：

    import mido
import os


def change_midi_tempo(input_file, output_file, new_bpm):
    mid = mido.MidiFile(input_file)
    new_tempo = mido.bpm2tempo(new_bpm)  # 将BPM转换为微秒/拍

    for track in mid.tracks:
        for i, msg in enumerate(track):
            if msg.type == 'set_tempo':
                track[i] = mido.MetaMessage('set_tempo',
                                            tempo=new_tempo,
                                            time=msg.time)
                break  # 只修改第一个set_tempo事件
        else:
            # 如果没有set_tempo事件，则在开头插入
            track.insert(
                0, mido.MetaMessage('set_tempo', tempo=new_tempo, time=0))

    mid.save(output_file)
    print(f"已将 {input_file} 的速度更改为 {new_bpm} BPM，并保存为 {output_file}")


def batch_change_midi_tempo(input_folder, output_folder, new_bpm):
    os.makedirs(output_folder, exist_ok=True)
    
    for filename in os.listdir(input_folder):
        if filename.lower().endswith('.mid'):
            input_path: str = os.path.join(input_folder, filename)
            output_path: str = os.path.join(
                output_folder,
                f"{os.path.splitext(p=filename)[0]}-{new_bpm}.mid")
            try:
                change_midi_tempo(input_file=input_path,
                                output_file=output_path,
                                new_bpm=new_bpm)
            except Exception as e:
                print(f"处理 {filename} 时出错: {e}")


if __name__ == "__main__":
    # 批量处理 input_midis 文件夹下所有 MIDI 文件，输出到 output_midis 文件夹
    batch_change_midi_tempo(input_folder='midi_in',
                            output_folder='midi_out',
                            new_bpm=145)

  2. 创建虚拟 MIDI I/O

    点击左下角 号
    点击左下角 + 号

  3. 现在打开 FreePiano，在左上角的音源菜单就可以看到新创建的 MIDI I/O 了。默认为 loopMIDI Port。
    p.s 如果没看见的话请参考重启大法。 在这里

  4. 在某一个目录（推荐在~/.midi2key类似的不容易被删除的地方）创建两个ini格式的配置文件，分别写入以下内容：

    提示

    以下两个文件绝大部分内容均相同，只有每一节配置中的 Hold 字段不同。 该字段控制是否响应 MIDI 中 Keyoff 消息，如果 Hold=0 则在固定的延迟后直接松开对应按键而不持续按下；Hold=1则反之。

    其中，gi-config.ini 是非长音乐器（如风物之诗琴）对应的配置，而 gi-config-hold.ini 是圆号对应的配置。勿要错用，错用会导致非长音乐器连奏卡顿。

    gi-config.ini
    [WindowPosition]
[MidiDevice]
MidiIn=loopMIDI Port
MidiOut=Select output device
[Switches]
SysEx=0
LogWindow=1
Ch1=1
Ch2=1
Ch3=1
Ch4=1
Ch5=1
Ch6=1
Ch7=1
Ch8=1
Ch9=1
Ch10=1
Ch11=1
Ch12=1
Ch13=1
Ch14=1
Ch15=1
Ch16=1
MirrorMidi=0
ShowTSConnect=0
[Action0]
Data=xxxxxx
Comment=STARTUP
Name=STARTUP
[Action1]
Data=9030xx
Comment=C3
Name=C3
Keyboard=Z
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action2]
Data=9032xx
Comment=D3
Name=D3
Keyboard=X
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action3]
Data=9034xx
Comment=E3
Name=E3
Keyboard=C
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action4]
Data=9035xx
Comment=F3
Name=F3
Keyboard=V
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action5]
Data=9037xx
Comment=G3
Name=G3
Keyboard=B
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action6]
Data=9039xx
Comment=A3
Name=A3
Keyboard=N
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action7]
Data=903Bxx
Comment=B3
Name=B3
Keyboard=M
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action8]
Data=903Cxx
Comment=C4
Name=C4
Keyboard=A
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action9]
Data=903Exx
Comment=D4
Name=D4
Keyboard=S
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action10]
Data=9040xx
Comment=E4
Name=E4
Keyboard=D
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action11]
Data=9041xx
Comment=F4
Name=F4
Keyboard=F
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action12]
Data=9043xx
Comment=G4
Name=G4
Keyboard=G
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action13]
Data=9045xx
Comment=A4
Name=A4
Keyboard=H
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action14]
Data=9047xx
Comment=B4
Name=B4
Keyboard=J
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action15]
Data=9048xx
Comment=C5
Name=C5
Keyboard=Q
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action16]
Data=904Axx
Comment=D5
Name=D5
Keyboard=W
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action17]
Data=904Cxx
Comment=E5
Name=E5
Keyboard=E
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action18]
Data=904Dxx
Comment=F5
Name=F5
Keyboard=R
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action19]
Data=904Fxx
Comment=G5
Name=G5
Keyboard=T
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action20]
Data=9051xx
Comment=A5
Name=A5
Keyboard=Y
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

[Action21]
Data=9053xx
Comment=B5
Name=B5
Keyboard=U
SendMidi=0
SendMidiCommands=
SendMidiCommandsB=
ControllerAction=0
Hold=0
KeyboardB=
Multiplier=1
KeyboardDelay=5
TS=0
Start=
Arguments=
WindowState=0

  5. 以管理员身份启动 MIDIKey2Key，在 File > Load Custom 处选择两个配置之一， 在左上角下拉菜单选择刚刚创建的虚拟 MIDI 接口（图中为 loopMIDI Port ），最后在右上角处点击 start开始监听 MIDI 信号。 alt text

    注意

    如果此处不以管理员身份启动，则无法将按键输入到原神中（体现为开始播放但是原神没反应）。

  6. 在 FreePiano 中开始播放 MIDI 文件，然后迅速使原神窗口获得焦点，避免触发意外。

  7. Enjoy！

至此较为具体的介绍了为什么部分 Python 脚本在合奏（即高时间精度）的场景下不可用的原因与对应解决方案。

更新日志

2025/10/12 14:46
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