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TU Berlin

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Automatische Erkennung von Onsets in Musiksignalen zur Steuerung von Beattracking-Systemen

  • Autor: Ingmar-Leander Klich
  • Datum: August 2004
  • Gutachter: Prof. Dr. Stefan Weinzierl / Alexander Lerch


Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Untersuchung und Optimierung von Verfahren, um automatisch in einem unbekannten Musiksignal so genannte Onsets zu erkennen. Ein Onset bezeichnet den Eintritt eines musikalischen Ereignisses, wie beispielsweise den Beginn eines von einem Musikinstrument gespielten Tones oder Schlages. Die korrekte Erkennung von Onsets bildet die Grundlage für das Beattracking, einer Disziplin des Music Information Retrieval (MIR). Hierbei geht es darum, automatisch aus einem Musiksignal Tempo und Lage (Phase) der Schlagzeiten (engl. Beat) zu bestimmen, eventuell auch die Taktart zu berechnen. Eine automatische Onset-Erkennung wird neben dem Beattracking auch in verschiedenen anderen Systemen aus dem Forschungsbereich des  MIR benötigt; Beispiele hierfür sind Harmonieerkennung und automatische Transkription von Notenwerten aus dem Audiosignal. So können Ergebnisse dieser Arbeit durchaus auch zur Entwicklung dieser Systeme beitragen.     

Mehrere aus der Literatur bekannte Verfahren zur automatischen Onset-Erkennung werden beschrieben und allgemeine Stärken und Schwächen diskutiert. Basierend darauf wird ein neuer Ansatz zur Optimierung dieser Ansätze untersucht. Die Ergebnisse dienen zur Auswertung der Algorithmen, um im Anschluss ein System zu entwickeln, dass möglichst robust gegenüber Genre und Komplexität der Musiksignale am Eingang reagiert und damit die Voraussetzungen erfüllt, in Beattracking-Systemen eingesetzt zu werden. Hierzu werden die bekannten Verfahren durch zusätzliche Funktionen erweitert, die dem Algorithmus ermöglichen sollen, sich optimal an das Eingangssignal anzupassen. Zusätzlich zu der Erkennung und Extraktion der Onset-Zeiten, werden diese hinsichtlich ihrer Intensität und ihrer Relevanz im rhythmischen Gefüge eingestuft. Dies geschieht im Hinblick darauf, dem Beattracking-System weitere Informationen zu liefern und es bei der Differenzierung wichtiger und weniger wichtiger Onsets sowie einer eventuellen Takterkennung zu unterstützen.
Abschließend erfolgt Evaluierung und Test des Gesamtsystems. Hierbei wird zunächst die Methodik diskutiert und eine Methode zur anschließenden Evaluierung des Systems entwickelt. In der Evaluierung wird das Gesamtsystem sowohl mit den bereits vorhandenen automatischen Systemen verglichen, als auch gegen ein MIDI-Signal und die Fähigkeiten einer menschlichen Wahrnehmung getestet. Als Unterscheidungsmerkmal der automatischen Systeme steht dabei die Robustheit gegenüber Genre, Instrumentation und Stimmenanzahl des zu verarbeitenden Musiksignals im Vordergrund. Zu dieser Evaluierung wird selbst erstelltes Testmaterial verwendet, das unter dem Aspekt zusammengestellt wurde, die Fähigkeiten möglichst objektiv aufzuzeigen. Den Abschluss der Evaluierung bildet einen kurzes Fazit über die angewandte Evaluierungsmethode.

Volltext (PDF, 3,4 MB)

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