Yamaha SMAF 播放器 (C++)

作者：Akustikrausch (Andreas Wendorf)

一个小型、无依赖的 Yamaha SMAF 铃声播放器 (.mmf)，使用 C++ 编写。你只需给它一个那些曾在 2004 年让你的三星、夏普或松下手机发出“滴滴滴滴”声的文件，它就能为你输出清晰的立体声音频。无需手机、无需固件、无需采样 ROM。只有 FM 芯片，在软件中重建。

这是一个几乎没人愿意用开放代码保存的整整十年的声音。数以百万计的这种文件仍在流传，而 从来没人完成过一个开源的播放器：尝试在 2004 年就停滞了，或者绕过了合成器本身。所以，这里有一个 C++ 版本，从格式层面开始编写，带有自己的 FM 合成核心。

🎧 这段代码已实际产品化：FXChainPlayer。 一个原生 Windows 音频播放器，能让你把旧铃声与 FLAC、SID 和 Amiga 模块一起播放。这个引擎每天都在那里运行，处理着数百个真实手机铃声的语料库。如果你只想听，可以下载播放器；如果想了解芯片的工作原理，请继续阅读。

为什么它会存在

Yamaha MA 系列（YMU762 = MA-3, YMU765 = MA-5）是 2000 年代早期大量手机中使用的音效芯片。它是一个真正的 FM 合成器，与 Adlib 和世嘉 Genesis 时代的 OPL/OPN 芯片是近亲，只是为手机缩小了尺寸。它所播放的文件，SMAF (.mmf)，携带了 FM 乐谱以及可选的 ADPCM 采样。和弦铃声就此诞生。

随后智能手机到来，MP3 铃声取代了一切，整个格式悄无声息地消亡了。雅马哈下架了它的 SDK。与 Amiga 或 C64 社区不同，几乎没人编写过模拟器。现有的情况是：

• MAME 没有一个可用的 MA-3 核心。
• 雅马哈自己的工具 是闭源的 DLL，现已消失。
• mmfplay (C, 2004) 走得最远，但停止了：它将 MA-3 乐谱映射到 OPL3 模拟器上“作为概念验证”，在 SMF 转换文件上会卡住，没有许可证，而且根据其自述文件“听起来真的很差”。上次修改是二十年前。
• umjammer/vavi-sound (Java) 能解析并播放 SMAF，它是一个极好的行为参考，但它根本不进行 FM 合成：它将音色重新包装为通用 MIDI，让 Java 的合成器近似模拟。而且它是 Java。
• ffmpeg 只解析 ADPCM 部分，直接拒绝了 FM 音序器。

因此，一个原生的、宽松许可的、无需 ROM 的实际 FM 芯片播放器，之前并不存在。这就是它。解析器的每个字节和合成器的每个算子都是根据公开的 SMAF 格式描述，加上在十六进制编辑器中大量审视真实文件后编写的，从未复制过其他播放器。

它是如何工作的

引擎由五个小型部分组成，每个部分都可以独立测试：

src/
  smaf_file      MMMD 容器：大端序 TLV 块（CNTI/OPDA/MTR/ATR），
                 两个乐谱生成（HandyPhone 用于 MA-1/2，Mobile 用于 MA-3/5）
  ma_player      两个事件解码器（+ 用于压缩变体的奥村哈夫曼解码），
                 一个像芯片一样以毫秒为单位运行的调度器，
                 以及驱动一组 FM 声部的渲染循环
  ma_fm_core     FM DSP：2 算子和 4 算子运算器、指数 ADSR 包络、
                 OPL 风格连接算法，以及自建的通用 MIDI 近似音色库
  smaf_voice     将雅马哈声音 SysEx 数据块（MA-3/5 的 VM35，MA-1/2 的 VMA）
                 解码为 FM 音色，包括 MA-3 的位压缩格式
  yamaha_adpcm   YM2608 系列 4 位 ADPCM 编解码器，用于采样声部

时序模型是一个令人惊喜的地方：SMAF 没有速度事件，时间纯粹是度量性的（事件时间 = 时值总和乘以一个时间基准，单位为毫秒），因此一个 tick 直接映射为一毫秒，再映射为采样点。FM 核心直接以你的输出采样率运行，因此合成路径上无需重采样。

ROM 问题（请阅读）

MA 芯片还带有一个小型 通用 MIDI 采样 ROM，这样铃声可以说“播放程序 5”并得到一个预设的钢琴音色。这个 ROM 属于雅马哈，从未被公开转储，本工程 不包含它、不需要它，也永远不会捆绑它。这是一个硬性界限。

取而代之的是，ma_fm_core 带有一个 自建的 FM 音色库，用于替代 ROM：一个要求“程序 5”的文件会得到一个属于该家族、听起来合理的 FM 声部。它不会与 2003 年的手机完全按位一致，这是一个诚实的折衷。你得到的是真实的 FM 乐谱、真实的音符时序、真实的 ADSR，由它自己的合成器演奏。识别到它，并能播放。

那些带有 自己自定义声部 的文件（很多都是这样）则能完全按创作原文播放，因为这些声部存在于文件内，而不是 ROM 中。

快速开始

cmake -B build && cmake --build build
./build/smaf-render your_ringtone.mmf out.wav 30

或者将库连接到你的代码中：

#include "smaf_file.h"
#include "ma_player.h"
using namespace fxchain::smaf;

SmafFile file;
file.parse(bytes.data(), bytes.size());       // MMMD 容器

MaPlayer player;
player.init(file, 44100);                      // 构建声部 + 解码乐谱

float buf[1024 * 2];                           // 交错立体声
int frames = player.render(buf, 1024);         // 驱动合成器

状态

• 目前可用： FM 路径（全部 8 种 MA/YMF825 连接算法、线性 MULTI、每算子反馈、受控的调制指数以及一个温和的类模拟输出滤波器，使声音温暖如芯片，不刺耳）、HandyPhone（MA-1/2）和 Mobile（MA-3/5）乐谱、哈夫曼压缩变体、自定义声部、多音轨、弯音、音量、声像。再加上内嵌 PCM 声部：雅马哈 ADPCM 波形库被解码，采样的鼓/乐器声部与 FM 一起播放。
• 下一步： 少数纯鼓组文件携带其采样的批量声部波形块（43 79 06 7F 03）；以及 SD-1 特定的更高波形。请参见 ROADMAP.md。
• 超出范围： ROM 音色（见上文）、图形块、MA-7 流式播放，以及 MFi（.mld）兄弟格式（一个近亲；请参见 ROADMAP.md 中的 m3）。

安全性

这个解析器设计用于处理不受信任的文件，因此采用了防御性编写：每个块长度都限制在真实缓冲区范围内，哈夫曼膨胀具有节点+深度保护及输出上限，事件解码器带有迭代+总事件上限。遇到问题时会降级为“不是有效的 SMAF 文件”，而不是崩溃。详细信息和报告方式见 SECURITY.md。

内含内容

src/ 引擎（四个小型翻译单元加一个纯头文件编解码器，无依赖）。example/smaf-render.cpp 不到 100 行的 WAV CLI。CMakeLists.txt 构建静态 smaf 库及示例程序。仅此而已。

许可证

Apache License 2.0（见 LICENSE）。解析器和合成器均为原创作品；没有包含第三方代码，也没有包含雅马哈 ROM 或 SDK 材料。格式知识来源于公开的 SMAF 规范和观察。

免责声明

与雅马哈无关联、未经授权或认可。“SMAF”和 MA 芯片名称属于雅马哈。这是一个互操作性工作：一个独立播放器，用于开放文件格式，构建时未使用任何雅马哈代码或受保护的采样 ROM。

向所有仍然记得自己铃声是什么样子的人致敬。