XM格式解析时为何常出现音符时序错乱？

Question

XM（eXtended Module）格式解析中音符时序错乱，主因在于其**基于Tick而非固定时间单位的时序模型**与现代音频引擎的不匹配。XM以Pattern为基本结构，每行（Row）含若干Tick（默认4 Tick/Row），而实际播放速度由BPM和Ticks per Beat（TPB）共同决定——但许多解析器错误地将“每行=固定毫秒”或忽略Global Volume/Effect Delay等影响Tick执行时机的指令。更关键的是：XM支持行内多音符（如同时触发Note + Effect）、滑音/颤音等持续性效果，若解析器未严格按Tick粒度调度事件（尤其在非整数BPM或动态调速如Fxx命令下），极易导致音符提前、滞后或重叠。此外，部分库对XM的“Row Jump”（如Jxx/Bxx）和Pattern Loop处理不当，破坏时序连续性。简言之：**错把XM当帧驱动，实则为Tick驱动的事件流——缺乏精确的Tick级调度器，是时序错乱的根本症结。**

Answer 1

```html

一、现象层：音符时序错乱的典型表现

• 同一Pattern中相邻行音符播放顺序颠倒（如第5行音符早于第4行触发）
• 滑音（Portamento）起始点偏移，导致音高过渡生硬或跳变
• Fxx速度变更命令后，后续数行节奏整体漂移（非线性累积误差）
• 多Effect并行时（如E6x颤音 + Cxy音量包络），事件执行时序交错失序
• Pattern Loop（如B01→B00）后首行音符延迟1–3 Tick，破坏循环相位对齐

二、模型层：XM时序本质——Tick驱动的离散事件流

XM并非帧同步（Frame-based）或采样同步（Sample-locked）格式，其时间轴由三重嵌套参数定义：

维度	符号	含义	典型值
基础时间单元	Tick	最小可调度事件粒度，所有Note/Effect均绑定至Tick边界	1 Tick = 1/TPB beat × 60000/BPM ms
结构组织单元	Row	逻辑行，含N个Tick（默认N=4），但非等时长容器	Row length = N × Tick duration
全局速率锚点	BPM & TPB	BPM决定每分钟节拍数；TPB（Ticks per Beat）决定每拍细分精度	BPM=125, TPB=6 → 1 Tick ≈ 3.2ms

三、解析层：常见误判与失效路径

1. 行即毫秒谬误：将Row粗暴映射为固定毫秒（如“1 Row = 10ms”），忽略BPM/TPB动态组合导致Tick duration实时变化
2. Effect延迟盲区：未建模Effect Delay（如Dxx指令延迟X Tick）、Global Volume ramping等跨Tick状态迁移行为
3. 多事件竞争忽略：同一Row内多个Channel触发不同Tick偏移的事件（如Ch1: Note@Tick0, Ch2: E52@Tick2），却统一按Row起始调度
4. Jump语义断裂：Jxx（Jump to Pattern）和Bxx（Break to Row）未重置Tick计数器或未补偿跳转引入的Tick相位差

四、架构层：Tick级调度器的核心设计要素

graph LR A[Pattern Parser] --> B[Tick Scheduler] B --> C{Tick Queue} C --> D[Event Dispatcher] D --> E[Audio Engine Interface] subgraph Critical Components B --> F[Dynamic Tick Duration Calculator
BPM×TPB→μs/Tick] B --> G[Per-Channel Tick Offset Tracker
支持E6x/Cxy等持续Effect] B --> H[Jump-Aware Phase Aligner
自动补偿Bxx/Jxx导致的Tick相位偏移] end

五、实现层：关键代码片段（Rust伪码示意）

// Tick精确调度核心：每个Channel维护独立Tick游标
struct ChannelState {
    tick_cursor: u64,           // 当前已推进Tick总数（全局单调递增）
    next_event_queue: BinaryHeap<ScheduledEvent>, // 按绝对Tick排序
}

impl ChannelState {
    fn schedule_at(&mut self, event: Event, offset_ticks: u8) {
        let absolute_tick = self.tick_cursor + offset_ticks as u64;
        self.next_event_queue.push(ScheduledEvent { at: absolute_tick, event });
    }
    
    // 处理Fxx命令：动态更新全局Tick duration，不中断当前Tick流
    fn update_bpm(&mut self, new_bpm: u8) {
        self.tick_duration_us = calculate_tick_us(new_bpm, self.tpb);
    }
}

六、验证层：时序一致性保障方法论

• Tick对齐测试集：构造含F01/F7F/B00/J01的Pattern序列，用逻辑分析仪捕获音频事件实际触发时刻，误差需≤±0.5 Tick
• Effect链路追踪：注入E62+E69+E6A组合滑音，验证音高变化严格遵循Tick步进而非线性插值
• Loop相位守恒：运行1000次Pattern Loop，测量Loop入口点抖动标准差＜0.3 Tick
• 多BPM切换压力测试：在120→60→240→90 BPM间高频切换，检查Tick duration重计算无堆栈溢出或精度坍塌

```