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基于音乐旋律匹配算法的研究

作　者: 兰帆
导　师: 黄明和；汪浩
学　校: 江西师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 特征提取旋律匹配二层式音乐检索 N-Gram DTW
分类号: TP301.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 59次
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内容摘要

随着信息技术和互联网技术的飞速发展,可供人们利用的多媒体资源的数量也日趋庞大,由于受到传统基于文本检索技术的限制,仅通过现有的搜索引擎(如Google、百度)人们在不少情况下仍无法从互联网中检索到自己想要的资源。于是,为了扩充和完善现有的检索技术,给用户提供更方便的搜索方式,基于内容的检索技术在这种背景下迅速蓬勃发展起来,并成为目前研究的热点。本文研究的内容是基于内容检索技术的分支---基于内容的音乐检索。这种检索技术有别于传统的基于文本检索技术,它是通过音乐内容特征(音高、节奏)来实现音乐文件的检索。本文首先简要介绍了音频处理过程中的各种经典算法,并采用平均幅度差法(AMDF)来提取基音周期,从而得到旋律的音高和音长特征;然后详细介绍了音乐旋律匹配算法;接着,针对将来音乐数据库越来越庞大的特点,本文对现有的一些匹配算法进行分析和改善,并且结合多种匹配算法,提出了一种二层式音乐检索算法。该算法执行主要分为两步:第一步,模糊匹配,采用N-Gram算法过滤掉音乐数据库中大部分的歌曲(约80%),N-Gram算法的最大优点就是速度快,由于只计算音符出现的次数,其准确性不高,基于此,本文对N-Gram算法增加了对音符位置关系的考虑,进一步提高了N-Gram算法的准确性;第二步,精细匹配,采用DTW算法从数据库中的剩余歌曲(约20%)中检索出N首相似度最高的歌曲,DTW算法虽然准确率高,但其计算量大,速度慢,为此本文充分利用时间规整函数曲线斜率的变化范围作为约束条件来减少DTW的计算量和计算期间所需的临时存储空间,并结合跨句式匹配算法,满足用户多句检索的要求,有效提高了算法的鲁棒性。通过实验,在1018首歌曲的数据库中,二层式音乐检索算法的平均准确率最高能达到92%,已达到预期效果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 研究背景与意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 研究内容概述  9-10
  1.4 内容组织  10-11
第二章基本理论介绍  11-15
  2.1 音乐基本理论  11-13
  2.2 音频基本理论  13-15
    2.2.1 音频文件  13-14
    2.2.2 音频文件格式  14-15
第三章音乐旋律特征提取  15-24
  3.1 提取波形音乐文件旋律特征  15-21
    3.1.1 音乐信号预处理  15-16
    3.1.2 基音周期提取算法  16-18
    3.1.3 WAV 文件提取旋律特征  18-21
  3.2 MIDI 音乐文件旋律特征提取  21-24
    3.2.1 MIDI 文件结构分析  21-23
    3.2.2 MIDI 提取旋律特征  23-24
第四章音乐检索算法  24-45
  4.1 字符串精确匹配算法  24-28
    4.1.1 单模式匹配算法  25-27
    4.1.2 多模式匹配算法  27-28
  4.2 字符串近似匹配算法  28-33
    4.2.1 差异度量模型  28-29
    4.2.2 时间序列(Time Series)数据相似性搜索算法  29-30
    4.2.3 动态时间规整(DTW)  30-31
    4.2.4 基于HMM 模型的方法  31-32
    4.2.5 N-Gram 搜索算法  32-33
  4.3 算法改进及应用  33-41
    4.3.1 模糊匹配  33-35
    4.3.2 精细匹配  35-41
    4.3.3 音乐检索算法的综合应用  41
  4.4 实验结果及分析  41-45
第五章总结与展望  45-47
  5.1 总结  45
  5.2 进一步展望  45-47
参考文献  47-50
后记  50-51
在校期间公开发表论文及著作情况  51

基于音乐旋律匹配算法的研究

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