基于旋律的音乐哼唱检索系统的设计与实现

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1、⑧硕士学位论文基于旋律的音乐哼唱检索系统的设计与实现论文作者：叶飞指导教师：刘清堂教授学科专业：教育技术学研究方向：教育信息资源的设计与开发华中师范大学信息与新闻传播学院2013年5月⑥硕士学位论文MASTER‘STHESISThedesignandimplementationofmelodic．．basedmusichummingretrievalsystemATheSisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementFortheM．SDegreeinEducationalTechnologyByYeFeiPostgraduat

2、eProgramCollegeofInformationTechnology,JournalismAndCommunicationsCentralChinaNormalUniversitySupervisor：LiuQingtangAcademicTitle：ProfessorSignatureApprovedMay．2013⑥硕士学位论文MASTER‘STHESIS华中师范大学学位论文原创性声明和使用粼明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过

3、的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。作者签名：叶飞日期：珂多年s月碣日I学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密，在——年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本

4、学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：叶侮导师签名：参f陪1彭日期：捌6年、s月粥ElEl期："-a．9t'；年岁月z莎日本人已经认真阅读“CALLS高校学位论文全文数据库发布章程"，同意将本人的学位论文提交“CALLS高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的规定享受相关权益。回童途塞堡童厦溢厦；旦主生；旦二二生；旦三生筮查!钠签名：别脯日期：劢f2，年5-月踢日，’⑥硕士学位论丈MASTER‘STHESIS摘要音乐作为人们生活中必不可少的一部分，音乐搜索具有广大的用户群体，也蕴含着巨大的商机。传统的音乐搜索是根据用户输入的关键词进行搜索，关键词可以

5、是歌曲的名称，歌手名，歌词等，这种方式被称为基于文本的检索。对于这种方式的检索，如果用户不能准确地记住歌曲的相关信息(歌曲名称，歌词等)，就不能准确的检索歌曲。同时，采用这种检索方式需要手动去维护一个音乐数据库，对每首歌曲的基本信息进行标注，增加了管理者的工作量，因此需要找到一种更简单，更快捷的检索方式。哼唱检索便是一种新型的检索方式，它充分利用歌曲自身的特征，如音高，音长等特征，为用户提供一种更简单更自然的检索方式。这种新型的检索方式可以广泛地应用在移动互联网，卡拉OK中，也可以应用于音乐教育等方面。哼唱检索最核心的两部分是音乐旋律特征提取和匹配。如何准确的提取歌曲的特征

6、信息，利用特征信息描述歌曲轮廓；采用哪种匹配算法又快又准确的检索出我们所需要的歌曲是本文的研究重点。围绕这两个问题，本文做了如下相关研究和探索。(1)综合分析了音乐的各种特征，介绍了常见的几种基音提取的算法。包括自相关函数法，平均幅度差函数法等。同时为了使基音的提取更加准确，本文介绍了常用的预处理操作和后期处理操作。总结了当前音乐旋律特征的表示方式，最后确定了本文中采用绝对音高序列来描述音乐特征。(2)介绍了常用的几种旋律匹配算法，包括欧氏距离，编辑距离，DTW算法等。确定了本文中采用LS算法和DTW算法来进行旋律的匹配操作。首先采用LS算法粗略过滤掉一部分差异比较大的候选

7、项，然后利用DTW算法进行二级过滤，完成精确匹配。充分发挥LS算法在时间上的优势和DTW算法在效率上的优势。(3)本文中采用台湾清华大学资讯工程系张智星老师提供的48首MIDI音乐，采用midtoolbox工具提取MIDI音乐的音乐特征，搭建了一个小型的哼唱检索音乐数据库。并在此基础上开发一个哼唱检索系统。本文研究成果的特色之处在于：(1)设计了基于能量的过滤和平滑处理两种后期处理方式，使提取到的基频更加准确。(2)开发了一个批量提取MIDI音乐音高特征的工具，采用此工具可以很方便的提取MIDI音乐文件中的音乐信息