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# MID → FEM 轉換規格（逆向分析結果）

對象：SEGA TOYS Grand Pianist（2007）專用 `.fem` 檔。
依據：9 組可靠 mid/fem 配對（lemontree、dona、nevada、sonic、nemo、whisper、laputa、JustDance、numb）逆向驗證；其中 7 組達 (onset, pitch) 100% 逐音吻合。
sonic 組（fem 對 mid 有 0.03% 線性伸縮）與 numb 組（fem 整體恆早 4 tick）判定為來源版本差異，titanic 組同樣因來源版本不同排除——三者的 fem 內容本身仍符合本規格。

2026-07 修正：tick 換算為**無條件捨去**（floor）而非四捨五入；開頭裁剪為**依拍號裁掉完整的開頭空小節**而非強制第一音 onset=0。改用此二規則後，先前歸因於「±1 tick 對位誤差」的力度差異與大部分「未破解削減」隨之消失。

## 1. 容器格式

`.fem` 實體是標準 MIDI 檔（SMF），規格固定：

| 欄位 | 值 |
|---|---|
| Format | 0（單軌） |
| PPQ（division） | 48 |
| Tempo | 500000 µs/拍（=120 BPM），固定一個，無 tempo map |
| 音軌 | 1 條，所有事件在 channel 0 |

## 2. 時間軸轉換

1. 來源 tick 依比例換算：`fem_tick = floor(src_tick × 48 / src_PPQ)`（**無條件捨去**；用四捨五入會產生 ±1 tick 錯位，7 組檔案改用 floor 後 100% 吻合）。
2. 開頭裁剪：**依來源拍號裁掉完整的開頭空小節**（無拍號時預設 4/4）。弱起（anacrusis）會保留——例如 whisper（4/4）第一音在第 7.5 拍，fem 裁 1 小節後仍保留 168 tick 的弱起位移；dona（6/8）裁 1440 tick；lemontree（4/4）裁 768 tick。
3. 來源的 tempo map、拍號、速度變化全部捨棄——播放節奏完全由「tick × 固定 120 BPM」決定。
   來源若有漸快/漸慢，轉換後一律消失。

## 3. 音符規則

- **時值：全部固定 32 tick**（在 48 PPQ / 120 BPM 下 ≈ 167 ms）。來源音符長短完全不保留，推測對應電磁閥擊弦的固定觸發脈衝。
- **Note-off：固定 `0x80`、力度 64**（不用 note-on vel 0）。
- **力度：保留來源 note-on 力度**；同一 onset 同音高有多個來源音符時，取最大力度（floor 換算修正後 7 組檔案逐音吻合；dona 有 1 個孤例——同 (onset,pitch) 的兩個力度不同的音被原工具同時保留，1/13000 音，視為原工具異常）。
- **同 onset 同音高去重**：重複音符只留一個。
- **Channel 9（鼓）整軌丟棄**；其餘 channel 全部併入 channel 0。
- 音域：觀察到的輸出都在鋼琴 88 鍵（21–108）內；越界如何處理無樣本可驗證。

## 4. 其他事件

全部刪除：Program Change、CC（含踏板 CC64、音量 CC7/CC11）、Pitch Bend、Aftertouch、SysEx、歌詞/文字 meta。輸出檔只剩 `0x90` / `0x80` / tempo meta / EOT。

## 5. 音符削減（仍未破解）

原工具的輸出音符數比「依上述規則轉換」少 **5–19%**（lemontree 2121 vs 2527、dona 2203 vs 2662、nemo 2229 vs 2467、whisper 1214 vs 1332、numb 1081 vs 1167）——它真的會刪音，且不是 rounding 錯位。
已用決定性模型逐一排除：複音上限（這些檔案同時發聲數從未超過 20，cap 完全沒觸發）、onset 速率限制、同鍵重觸發冷卻、八度/音程過濾、力度優先——都無法重現被丟音符的選擇。
結論：這是原轉換工具的自動編曲啟發式（可能含演奏性/機構負載評估），**需要原工具（GP_CHG 或官方軟體）才能確認**。被丟的多為密集段落的內聲部。

## 6. 轉換流程總結

```
來源 mid（任意 format / PPQ / tempo）
  → 合併所有軌，丟 ch9
  → tick × 48/PPQ 無條件捨去（floor）
  → 依拍號裁掉完整的開頭空小節（保留弱起；無拍號視為 4/4）
  → 同 onset 同音高去重（取最大力度）
  → 音符削減（啟發式，未破解，5–19%）
  → 時值一律改 32 tick，note-off 0x80 vel 64
  → 寫出 Format 0 / PPQ 48 / tempo 500000 單軌檔
```

> 本規格已實作於線上轉換器的「標準模式」（`web/js/convert_std.js`），對 7 組可靠配對達 100% 逐音吻合（削減啟發式除外——我們保留那些音，故輸出音數略多於原廠 fem）。