数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置制造方法及图纸

一种计算机应用技术领域的数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置。输入的音符序列由标准旋律特征读取和匹配检索控制装置提交给旋律分段位置检测和移动匹配控制装置，先对标准旋律的音符序列进行旋律分段位置的检测，再进行跨越式移动匹配的控制，输入旋律片段与标准旋律的旋律分段的匹配由旋律分段匹配装置完成，并将结果返回旋律分段位置检测和移动匹配控制装置，从结果中选出最高匹配得分，以此作为哼唱输入旋律片段与当前整首乐曲旋律的匹配结果并输出至旋律匹配结果存储装置，供旋律匹配检索结果显示装置选择。本发明专利技术保持对用户哼唱输入的容错性的同时，大幅度提高对哼唱输入的匹配检索速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种计算机应用
的装置，具体是一种数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置。
技术介绍
基于哼唱输入的数字音乐检索方式简称哼唱检索(QBHQuery byHumming)，它允许用户通过哼唱的形式来检索所需要的歌曲。用户只要能回忆起其中的片段旋律，并通过麦克风哼唱出来，QBH检索系统就能为用户找到其所需要的歌曲。在哼唱检索方面，由于用户凭借自己的记忆哼唱，再加之为非特定人哼唱，如何有效地对查询输入的旋律模式进行规整化，如何提高旋律匹配检索时的鲁棒性，以及如何实现面向大规模乐曲的检索高速化等，这些问题还没有得到很好的解决，许多关键技术都还有待于进一步深入研究。针对哼唱检索，国内外已提出的面向旋律匹配的技术包括有近似符号串比较算法，典型的如DP(Dynamic Programming)法和快速近似匹配法，音高轮廓几何匹配法和线性对齐近似旋律匹配算法LAN。在这些面向旋律匹配的方法中，旋律特征模式由音符特征序列来描述，而音符特征则一般由音符音高(或相对音高差)及音符长度(相对音符长度比)来表征；在对哼唱旋律片段与整首乐曲旋律之间进行非等长音符特征序列的模式匹配时，都是按照音符移动单位将输入旋律片段的音符序列沿着整首乐曲旋律的标准音符序列方向来进行逐一连续移动匹配的。经对现有技术的文献检索发现，刊登在《计算机研究与发展》2003年11月第40卷第11期，pp.1554-1560上的文章“线性对齐近似旋律匹配算法”中所提出的旋律匹配系统的技术方案，基本上由旋律提取部、旋律匹配部、结果输出部和乐曲旋律特征摸板库组成，而未包含为检测旋律分段特征音符位置的装置和为了控制基于旋律分段特征音符位置的旋律分段音符特征序列匹配移动方式的装置。整个乐曲旋律特征摸板库结构采用以摸板单位的链表结构来实现。在这种匹配系统框架结构下，设当输入旋律片段沿着标准旋律的音符序列进行移动匹配并移动至第K个音符时，先将输入旋律片段的头部音符与标准旋律的第K个音符对齐，并从以第K个音符为起点的标准旋律中取出长度为输入旋律片段长度1.3倍长的音符序列段作为在该头部音符对齐下的标准旋律匹配段；在时间轴上进行两旋律匹配段的线性对齐近似旋律匹配，即将输入旋律片段线性延展到与标准旋律的音符序列段相同的长度，并在一定的误差范围内对齐发生时刻接近的音符，计算旋律在节奏上的相似度，同时继续比较两段等长旋律在每个时间点上的音高差异，计算旋律在音高上的相似度，最后，综合考虑节奏和音高两方面的相似度，给出输入旋律片段与该标准旋律音符序列段的匹配得分。输入旋律片段的头部音符将继续沿着标准旋律的音符序列向后移动一个音符，并重复上述基于核心步骤的旋律音符序列段的匹配，直至移动到最后为止。线性对齐近似旋律匹配算法具有节奏容错性好、匹配精度高的优点，但是由于该文献所述匹配系统的技术方案没有考虑对标准旋律进行自动分段检测标注的手段及基于该分段标注的匹配控制方式，而采用了原始的以音符为移动单位的移动匹配控制方式，故使得这种基于音符移动单位的移动匹配方式响应时间较长，不适于用作大规模数字音乐库的检索匹配。因此，随着数字音乐库的规模日益增大，面向旋律匹配检索的响应速度和检索精度之间的矛盾将会日益突出，成为基于哼唱输入的数字音乐检索系统迈向实用化的一大瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高性能的数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置，使得在保持对用户哼唱输入的容错性的同时，还能大幅度地提高对哼唱输入的匹配检索速度。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括旋律特征提取结果存储装置、标准旋律特征库和音乐素材库存储装置、标准旋律特征读取和匹配检索控制装置、旋律分段位置检测和移动匹配控制装置、旋律分段匹配装置、旋律匹配结果存储装置、旋律匹配检索结果显示装置。标准旋律特征读取和匹配检索控制装置控制保存在旋律特征提取结果存储装置的输入旋律的音符特征序列和保存在标准旋律特征库和音乐素材库存储装置中的整首标准旋律的音符特征序列的读取及其匹配检索进程； 旋律分段位置检测和移动匹配控制装置检测乐曲标准旋律中表征各旋律分段位置的特征音符，标准旋律中每两个特征音符间的音符特征序列即被定义为一个旋律特征分段；同时，控制输入旋律片段与乐曲标准旋律中的各旋律分段进行匹配时的跨越式移动方式，以及输出整首旋律匹配结果；旋律分段匹配装置进行输入旋律片段与乐曲标准旋律中某一旋律分段间的模式匹配，旋律分段的匹配结果将返回所述旋律分段位置检测和移动匹配控制装置的控制进程；旋律匹配结果存储装置在每一次与标准旋律模板文件匹配之后，将结果存储在该存储部中；旋律匹配检索结果显示装置显示基于输入旋律片段的最终标准旋律匹配检索的结果，包括与前N位匹配的乐曲旋律特征曲线的比较视图及其相关乐曲的文本属性；当输入旋律片段和乐曲标准旋律的音符序列由标准旋律特征读取和匹配检索控制装置提交给旋律分段位置检测和移动匹配控制装置时，由其旋律分段位置检测装置部分先对标准旋律的音符序列进行旋律分段位置的检测；然后，由其移动匹配控制装置部分以当前检测到的旋律分段为单位进行跨越式移动匹配的控制，而不是按照音符移动单位将输入旋律片段的音符序列沿着标准旋律的音符序列方向进行连续移动匹配的控制。跨越式移动中的输入旋律片段与标准旋律中的某一旋律分段的匹配则由旋律分段匹配装置来完成。最后，由旋律分段位置检测和移动匹配控制装置根据旋律分段匹配装置返回的各旋律分段匹配的结果从中选取出最高的旋律分段匹配得分，以此得分作为哼唱输入旋律片段与当前整首乐曲旋律的匹配结果并输出至旋律匹配结果存储装置，以供旋律匹配检索结果显示装置选择。所述的旋律特征由表征音符特征的(音高差、时间)矢量的序列来描述。其中，“音高差”指与前一个音符音高(基本频率)的差值，以适应不同旋律的起调和非特定人哼唱，并以半音(Semitone)为单位；“时间”指该音符的开始时刻，其表达了旋律的节奏特征。之所以选用音符起始时刻而非音符持续时间长度来作为表征旋律的节奏参数，是考虑到用户哼唱旋律时的节奏特征。用户在进行哼唱时，一般比较容易把握音符的出现时刻，而对各个音符的持续长度不怎么敏感或差异较大。而若仅仅采用音高信息而忽略时间这一节奏信息，随着音乐库规模的扩大，匹配成功率势必会随之下滑，将变得越来越低。另外，考虑到单以音高信息为参数匹配的局限性，本专利技术选择(音高差，时间)的矢量序列来描述旋律的特征。在进行输入旋律片段的音符特征序列与整首乐曲旋律的标准音符特征序列的模式匹配时，不是像传统的旋律移动匹配方式那样，即按照音符移动单位将输入旋律片段的音符序列沿着整首乐曲旋律的音符序列方向进行逐一连续移动匹配的控制，而是以检测到的整首乐曲旋律中的各旋律分段的特征音符位置为匹配移动单位来实现跨越式移动匹配的控制，从而为实现大幅度提高基于内容的音乐检索匹配速度提供了一种切实可性的解决方法。本专利技术所述的旋律分段位置检测和移动匹配控制装置，也可以由下述特征而构成。即，为避免过多的无意义的分段，先由消除可忽略静音段(等效于休止符)子装置搜索标准旋律的音符特征序列，若查找到的音符长度小于某一预先设定的静音段长度阈值则将该音符加以删除，并将此段并入前一个音符的发音段。由于静音段长度阈值一般设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置，包括：旋律特征提取结果存储装置（１）、标准旋律特征库和音乐素材库存储装置（２）、旋律分段匹配装置（５）、旋律匹配结果存储装置（６）、旋律匹配检索结果显示装置（７），其特征在于，还包括：标准旋律特征读取和匹配检索控制装置（３）、旋律分段位置检测和移动匹配控制装置（４），标准旋律特征读取和匹配检索控制装置（３）控制保存在旋律特征提取结果存储装置（１）的输入旋律的音符特征序列和保存在标准旋律特征库和音乐素材库存储装置（２）中的整首标准旋律的音符特征序列的读取及其匹配检索进程；当输入旋律片段和乐曲标准旋律的音符序列由标准旋律特征读取和匹配检索控制装置（３）提交给旋律分段位置检测和移动匹配控制装置（４）时，由其旋律分段位置检测部分先对标准旋律的音符序列进行旋律分段位置的检测；然后，由其移动匹配控制部分以当前检测到的旋律分段为单位进行跨越式移动匹配的控制，跨越式移动中的输入旋律片段与标准旋律中的某一旋律分段的匹配则由旋律分段匹配装置（５）来完成，最后，由旋律分段位置检测和移动匹配控制装置（４）根据旋律分段匹配装置（５）返回的各旋律分段匹配的结果从中选取出最高的旋律分段匹配得分，以此得分作为哼唱输入旋律片段与当前整首乐曲旋律的匹配结果并输出至旋律匹配结果存储装置（６），以供旋律匹配检索结果显示装置（７）选择。...

【技术特征摘要】
1.一种数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置，包括旋律特征提取结果存储装置(1)、标准旋律特征库和音乐素材库存储装置(2)、旋律分段匹配装置(5)、旋律匹配结果存储装置(6)、旋律匹配检索结果显示装置(7)，其特征在于，还包括标准旋律特征读取和匹配检索控制装置(3)、旋律分段位置检测和移动匹配控制装置(4)，标准旋律特征读取和匹配检索控制装置(3)控制保存在旋律特征提取结果存储装置(1)的输入旋律的音符特征序列和保存在标准旋律特征库和音乐素材库存储装置(2)中的整首标准旋律的音符特征序列的读取及其匹配检索进程；当输入旋律片段和乐曲标准旋律的音符序列由标准旋律特征读取和匹配检索控制装置(3)提交给旋律分段位置检测和移动匹配控制装置(4)时，由其旋律分段位置检测部分先对标准旋律的音符序列进行旋律分段位置的检测；然后，由其移动匹配控制部分以当前检测到的旋律分段为单位进行跨越式移动匹配的控制，跨越式移动中的输入旋律片段与标准旋律中的某一旋律分段的匹配则由旋律分段匹配装置(5)来完成，最后，由旋律分段位置检测和移动匹配控制装置(4)根据旋律分段匹配装置(5)返回的各旋律分段匹配的结果从中选取出最高的旋律分段匹配得分，以此得分作为哼唱输入旋律片段与当前整首乐曲旋律的匹配结果并输出至旋律匹配结果存储装置(6)，以供旋律匹配检索结果显示装置(7)选择。2.根据权利要求1所述的数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置，其特征是，所述的标准旋律特征读取和匹配检索控制装置(3)，控制从模板文件中对音乐序列的读取以及匹配检索的控制，在读取模板文件时，由于系统使用了旋律分段特征音符，在移动匹配的时候以旋律分段为单位进行，这个装置读取音符的旋律标志，由于模板文件数量较大，匹配检索控制部分进行各个模板文件匹配过程的控制。3.根据权利要求1所述的数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置，其特征是，所述的旋律分段位置检测和移动匹配控制装置(4)，检测乐曲标准旋律中表征各旋律分段位置的特征音符，标准旋律中每两个特征音符间的音符特征序列即被定义为一个旋律特征分段；旋律分段位置检测和移动匹配控制装置(4)还控制输入旋律片段与乐曲标准旋律中的各旋律分段进行匹配时的跨越式移动方式，以及输出整首旋律匹配结果。4.根据权利要求1或者2所述的数字音乐旋律的跨越式高速匹配装置，其特征是，所述的旋律分段位置检测和移动匹配控制装置(4)，为避免过多的无意义的分段，先由消除可忽略静音段子装置搜索标准旋律的音符特征序列，若查找到的音符长度小于某一预先设定的静音段长度阈值则将该音符加以删除，并将此段并入前一个音符的发音段；在删除了可忽略的静音段后，再根据音符类别特征及其音符长度特征来对标准旋律中的每个音符进行检测，特征音符类别分为定位类音符和休止类音符，对于这两类音符均按其各自的音符长度是否超过事先所设定的特征音符阈值来确定该音符是否为分段特征音符，在整首标准旋律中每两个特征音符间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亚栋，赵芳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]