[发明专利]一种基于匹配追踪的音乐速度谱图生成方法

摘要

本发明提供一种基于匹配追踪的音乐速度谱图生成方法，涉及基于内容的音乐信息检索领域，该方法包括以下步骤：输入音乐信号，生成音符起始点检测函数o(n)并对其分帧；取常用音乐速度区间转换成频率集合；对频率集合中的每一频率，创建一个对应的母原子；对母原子进行移位操作，每移动一次生成一个新原子；将所有母原子和新原子组装成冗余字典；运用该字典，对o(n)的每一帧进行匹配追踪，得到各音乐速度的分解系数，最后生成该音乐的音乐速度谱图。本发明生成的音乐速度谱图具有分辨率高、稀疏性强的特点，并可根据自身要求灵活设置音乐速度的分辨率、母原子的移位粒度和匹配追踪循环次数，从而生成不同分辨率和不同稀疏性的音乐速度谱图。

主权项

1.一种基于匹配追踪的音乐速度谱图生成方法，具体包括如下步骤：S1.输入音乐信号，生成音符起始点检测函数o(n)；S2.对o(n)分帧，形成若干帧信号；对o(n)进行分帧，优选地，分帧的帧长为6秒，设帧内有M个点，每跳0.2秒，则形成行数为M、列数为N的检测函数矩阵X＝X(m,n)m∈[1...M]n∈[1...N]；S3.取常用音乐速度区间τ∈[30,480],τ∈R，按音乐速度分辨率要求把速度集合转换成频率集合:音乐速度分辨率的取值是1,2，…正整型值，并在所有子区间相同；或者按自相关函数法或者傅立叶变换法的取值方法取值；或者是划分子区间，并在各子区间按不同的音乐速度分辨率取值，当整个区间取音乐速度分辨率为1时，于是对于τ∈[30,480],τ∈Z，Z表示正整数，转换成频率集合{fb|fb＝τ/60,τ＝[30,31,...480],b＝[1..B]}，其中b是对应的频率集合中的频率序号，B为序号最大值；S4.对频率集合中的每一频率，创建一个对应的母原子:针对步骤S3中得到的频率集合，将该集合中的每一频率fb，创建该频率的余弦函数作为对应的母原子αb，其长度为o(n)的分帧长度M，形式为：αb＝cos(2πfbt),t＝(0...M‑1)/fo,fo为o(n)的抽样率，t表示时间；S5.按一定粒度对所有母原子进行右移位操作，每移动一步生成一个原子，把这些移动生成的原子连同母原子一起组成该母原子对应的频率的原子集合:母原子αb的支撑域为[0,M‑1],移位粒度d＝1,2,3...是一个正整数，将母原子αb向右移动d*j位(j＝1,2,3...)，母原子αb右移后，其左边[0,M‑d*j‑1]支撑域的值用cos(‑2πfbt),t＝(M‑d*j...1)/fo补充，这样每移动一次，可以得到一个新的原子；此处母原子是周期函数，因此，设置最大移动位数不超过一个周期；所有母原子αb和这些位移得到的原子一起组成了该母原子对应的原子集合db；S6.把步骤S5中由频率集合中所有频率对应的原子集合组装成冗余字典：把频率集合中所有频率fb对应的原子集合db，组装成一个冗余字典D；S7.对o(n)的每一帧信号，运用冗余字典，进行匹配追踪，循环一定次数，生成一系列分解系数和对应的原子：对o(n)的每一帧信号，即对检测函数矩阵的每一列Xi,i∈[1..N]，运用冗余字典D，实施匹配追踪算法：(1)置剩余信号yn＝Xi,n＝0，开始执行循环；(2)计算冗余字典的所有原子gj∈D和剩余信号yn的内积，选择所有内积中绝对值最大者对应的原子gk为本次循环匹配的原子，保存第n次循环的分解系数sn＝||和对应原子gn＝gk；(3)重新计算剩余信号yn+1＝yn‑||gk；(4)若循环次数或剩余信号与原信号能量比达到精度要求，则退出循环，否则置n＝n+1,从步骤(2)开始继续执行；S8.根据冗余字典中原子和音乐速度的关系，把o(n)的每一帧信号的分解系数，归属于某一音乐速度的系数：对每一帧信号，首先创建一个初始值为0的音乐速度谱向量Sn,n＝[1..N]，各分量的序号是音乐速度序号b,b＝[1..B]，各分量的值是该音乐速度的分解系数；然后，对每一帧信号的分解系数sn，根据冗余字典中原子gn的对应频率找到对应的音乐速度序号b，把分解系数sn当作该音乐速度的分解系数，如果存在多个原子对应相同的音乐速度序号，则将多个分解系数累加求和后，再当作该音乐速度的分解系数；S9.合并每帧信号的音乐速度谱向量，组成音乐速度谱图：所有帧的音乐速度谱向量Sn，按列方式组装合并成音乐速度谱图S＝S(b,n),b＝[1..B],n＝[1...N]。