基于最大最小距离法的音乐节拍跟踪算法研究

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1、天津大学硕士学位论文基于最大最小距离法的音乐节拍跟踪算法研究BeatTrackingBasedonMax-MinDistanceMeans学科专业：信息与通信工程研究生：何凝指导教师：李锵、关欣天津大学电子信息工程学院2014年11月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论

2、文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要随着因特网与网络技术的快速发展，人们可以接触到大量的在线音乐数据，比如音乐原声信号、歌词、音乐曲风或者内容的分类以及其他网络用户的歌单等等。这种科技的进

3、步让用户在听音乐时有了越来越多的乐趣，同时，也对数据的处理提出了更高的要求，如何让计算机更好地丰富用户的音乐体验成为一个热门问题，也促进了音乐信息检索领域的深入研究。音乐信息检索，是一个跨学科的研究领域，涉及到音乐学、心理学、音乐学术研究、信号处理、机器学习等等。节拍跟踪是音乐信息检索的基础问题之一。人们会不自主的跟随音乐跺脚或者点头的过程称为节拍跟踪，计算机的节拍跟踪算法正是对人类这一感知过程的模拟。过去的二十多年中，节拍跟踪研究领域已有大量深入的研究，也有越来越多的节拍跟踪算法应用于实际生活中。本文在认真研究节拍跟踪相关研究成果的基础上，

4、结合音乐基本理论与音频信号技术，提出一种基于最大最小距离法的节拍跟踪算法，核心为起始节拍点的确定、BPM特征值提取和有效峰值提取三部分。本文的创新点在于将聚类算法应用于节拍跟踪研究，将峰值提取问题抽象为分类问题，从聚类的角度完成节拍序列的提取。具体研究步骤可概括为以下几个方面：首先，对音乐信号进行预处理，统一采样频率及幅度范围。提取音乐信号的1-2s片段进行时域处理，通过分析该片段的能量谱变化，确定起始节拍点。其次，对音乐信号进行短时傅里叶变换得到频谱，根据人类听觉系统的感知特性，对频谱幅度进行对数处理，通过半波整流输出端点强度曲线及其峰值的

5、相位信息。根据端点强度曲线的自相关特性提取BPM特征值。最后，根据音乐的节拍和速度的关系以及周期信号的性质，利用最大最小距离法对端点强度曲线的峰值点进行有效聚类，输出节拍序列。本文采用MIREX2006测试数据进行实验，将本文的提出算法与MIREX2013节拍跟踪比赛中性能较好的算法进行对比。实验结果表明，本文提出的基于最大最小距离法节拍跟踪算法对于不同曲风、不同节奏类型的音乐信号，四项算法评估指标P-Score、Cemgil、CMLc和AMLt的均值分别为57.35510、38.70537、17.15240和47.25912，能准确有效地检

6、测出节拍序列，在全局正确性、连续正确率两方面都有较大优势，综合性能稳定。关键词：节拍跟踪；最大最小距离法；端点检测；聚类；音乐信息；ABSTRACTTherapiddevelopmentsoftheInternetandtheadvancementsofthewebtechnologieshavemadeitpossibleforhumanbeingstohaveaccesstohugeamountsofon-linemusicdata,suchasmusicacousticsignals,lyrics,styleormoodlabelsan

7、dthelistofotherusers.Peoplehavemorefunwiththeprogresswhentheylistentothemusic.Atthesametime,anissueofhowtoorganizethisinformationhasraised.It’sbecomingapopularfieldthathowcomputerprogramscanassisthumanintheirmusicexperience.Andit’salsomakecontributionstothedevelopmentsofMIR

8、(musicinformationretrieval).MIRistheinterdisciplinaryscienceofretrievinginformatio