基于谐波结构的乐器音色特征提取方法研究

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1、硕士学位论文基于谐波结构的乐器音色特征提取方法研究RESEARCHONTIMBREFEATUREEXTRACTIONOFMUSICALINSTRUMENTTHROUGHHARMONICSTRUCTURE杨婧哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP39学校代码：10213国际图书分类号：681.3密级：公开工学硕士学位论文基于谐波结构的乐器音色特征提取方法研究硕士研究生：杨婧导师：李海峰教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TP39U.D.C:681.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTIMBREFEATUREEXTRACTIONOFMUSICALINSTRUMENTTHROUGHHARMONICSTRUCTURECandidate：YangJingSupervisor：Prof.LiHaifengAcademicDegreeAppliedMasterofEngineeringfor：Speciality：ComputerTechnolog

3、yAffiliation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-HarbinInstituteofTechnologyInstitution：摘要摘要现今，在数字音频的迅猛发展下，音乐作为最重要的多媒体形式，在计算机研究领域受到普遍的关注。自动乐器音色识别是音乐信息检索(MusicInformationRetrieval，MIR)的重要研究内容之一，涉及乐音的发声原理和人耳的感知机理，对乐音信号中包含的特征

4、信息的挖掘及应用有着重要的意义。为了更好的进行乐器识别，必须找到与乐器音色最直接相关的特征。本文着眼于乐音音色相关特征的研究，寻找与乐器音色相关程度较高的特征及其提取方法，并以此为基础对乐器的单音及乐段的识别问题进行了深入的分析与研究。受常数Q变换的启发，考虑到乐音信号的谐波对音色的物理意义，本文提出基于谐波频率的稀疏变换——离散谐波变换(DiscreteHarmonicTransform，DHT)。本文推导并证明了离散谐波变换的公式，又进一步对乐音信号的谐波结构以及谐波结构的准确性进行了分析。由于乐器的音色取决于谐波结

5、构，同类乐器具有相似的谐波结构，因此可以将离散谐波变换系数定义为与乐器音色对应的客观指标，从而本文提出了音色表达谱这一概念并给出了具体的构建算法。在乐器识别的应用方面，本文选择LPCC、MFCC和音色表达谱组成53维组合特征，采用非线性的支持向量机作为分类器，在乐器单音数据库上对25类乐器的识别率达到90.2%，在乐器音乐片段数据库上对10类乐器的识别率为71.14%，在减少特征维数的情况下提高高了乐器分类识别率。本文所提出的离散谐波变换方法，可快速提取乐音信号谐波结构的特征，在此基础上构建的音色表达谱能很好的反应乐器音

6、色特征，为乐音信号的特征提取提供了新思路。关键词:乐器识别；音色；谐波结构；特征提取；支持向量机IAbstractAbstractNowadays,withtherapiddevelopmentofdigitalaudio,music,asthemostimportantmultimediaform,hasreceivedwidespreadattentioninthefieldofcomputerresearch.Musicalinstrumentidentificationisanimportantfieldofmu

7、sicinformationretrieval.Itinvolvesboththeacousticpropertiesofthemusicandtheperceptionofthehumanear.Itisthebasisforin-depthstudyofaudioretrievalandisofgreatsignificanceinscientificresearchandpracticalapplication.Forbetterinstrumentidentification,weneedtofindthefea

8、turesthataremostdirectlyrelatedtothetimbreoftheinstrument.Inthispaper,theextractionoftimbrefeaturesistakenasthestartingpoint,andthephysicalfeatureswithhightimb