The Semantic Web MIDI Tape: An Interface for Interlinking MIDI and Context Metadata

The Linked Data paradigm has been used to publish a large number of musical datasets and ontologies on the Semantic Web, such as MusicBrainz, AcousticBrainz, and the Music Ontology. Recently, the MIDI Linked Data Cloud has been added to these datasets, representing more than 300,000 pieces in MIDI format as Linked Data, opening up the possibility for linking fine-grained symbolic music representations to existing music metadata databases. Despite the dataset making MIDI resources available in Web data standard formats such as RDF and SPARQL, the important issue of finding meaningful links between these MIDI resources and relevant contextual metadata in other datasets remains. A fundamental barrier for the provision and generation of such links is the difficulty that users have at adding new MIDI performance data and metadata to the platform. In this paper, we propose the Semantic Web MIDI Tape, a set of tools and associated interface for interacting with the MIDI Linked Data Cloud by enabling users to record, enrich, and retrieve MIDI performance data and related metadata in native Web data standards. The goal of such interactions is to find meaningful links between published MIDI resources and their relevant contextual metadata. We evaluate the Semantic Web MIDI Tape in various use cases involving user-contributed content, MIDI similarity querying, and entity recognition methods, and discuss their potential for finding links between MIDI resources and metadata

Automatic Transcription of Bass Guitar Tracks applied for Music Genre Classification and Sound Synthesis

Musiksignale bestehen in der Regel aus einer Überlagerung mehrerer Einzelinstrumente. Die meisten existierenden Algorithmen zur automatischen Transkription und Analyse von Musikaufnahmen im Forschungsfeld des Music Information Retrieval (MIR) versuchen, semantische Information direkt aus diesen gemischten Signalen zu extrahieren. In den letzten Jahren wurde häufig beobachtet, dass die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen durch die Signalüberlagerungen und den daraus resultierenden Informationsverlust generell limitiert ist. Ein möglicher Lösungsansatz besteht darin, mittels Verfahren der Quellentrennung die beteiligten Instrumente vor der Analyse klanglich zu isolieren. Die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen ist zum aktuellen Stand der Technik jedoch nicht immer ausreichend, um eine sehr gute Trennung der Einzelquellen zu ermöglichen. In dieser Arbeit werden daher ausschließlich isolierte Instrumentalaufnahmen untersucht, die klanglich nicht von anderen Instrumenten überlagert sind. Exemplarisch werden anhand der elektrischen Bassgitarre auf die Klangerzeugung dieses Instrumentes hin spezialisierte Analyse- und Klangsynthesealgorithmen entwickelt und evaluiert.Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, der eine automatische Transkription von Bassgitarrenaufnahmen durchführt. Dabei wird das Audiosignal durch verschiedene Klangereignisse beschrieben, welche den gespielten Noten auf dem Instrument entsprechen. Neben den üblichen Notenparametern Anfang, Dauer, Lautstärke und Tonhöhe werden dabei auch instrumentenspezifische Parameter wie die verwendeten Spieltechniken sowie die Saiten- und Bundlage auf dem Instrument automatisch extrahiert. Evaluationsexperimente anhand zweier neu erstellter Audiodatensätze belegen, dass der vorgestellte Transkriptionsalgorithmus auf einem Datensatz von realistischen Bassgitarrenaufnahmen eine höhere Erkennungsgenauigkeit erreichen kann als drei existierende Algorithmen aus dem Stand der Technik. Die Schätzung der instrumentenspezifischen Parameter kann insbesondere für isolierte Einzelnoten mit einer hohen Güte durchgeführt werden.Im zweiten Teil der Arbeit wird untersucht, wie aus einer Notendarstellung typischer sich wieder- holender Basslinien auf das Musikgenre geschlossen werden kann. Dabei werden Audiomerkmale extrahiert, welche verschiedene tonale, rhythmische, und strukturelle Eigenschaften von Basslinien quantitativ beschreiben. Mit Hilfe eines neu erstellten Datensatzes von 520 typischen Basslinien aus 13 verschiedenen Musikgenres wurden drei verschiedene Ansätze für die automatische Genreklassifikation verglichen. Dabei zeigte sich, dass mit Hilfe eines regelbasierten Klassifikationsverfahrens nur Anhand der Analyse der Basslinie eines Musikstückes bereits eine mittlere Erkennungsrate von 64,8 % erreicht werden konnte.Die Re-synthese der originalen Bassspuren basierend auf den extrahierten Notenparametern wird im dritten Teil der Arbeit untersucht. Dabei wird ein neuer Audiosynthesealgorithmus vorgestellt, der basierend auf dem Prinzip des Physical Modeling verschiedene Aspekte der für die Bassgitarre charakteristische Klangerzeugung wie Saitenanregung, Dämpfung, Kollision zwischen Saite und Bund sowie dem Tonabnehmerverhalten nachbildet. Weiterhin wird ein parametrischerAudiokodierungsansatz diskutiert, der es erlaubt, Bassgitarrenspuren nur anhand der ermittel- ten notenweisen Parameter zu übertragen um sie auf Dekoderseite wieder zu resynthetisieren. Die Ergebnisse mehrerer Hötest belegen, dass der vorgeschlagene Synthesealgorithmus eine Re- Synthese von Bassgitarrenaufnahmen mit einer besseren Klangqualität ermöglicht als die Übertragung der Audiodaten mit existierenden Audiokodierungsverfahren, die auf sehr geringe Bitraten ein gestellt sind.Music recordings most often consist of multiple instrument signals, which overlap in time and frequency. In the field of Music Information Retrieval (MIR), existing algorithms for the automatic transcription and analysis of music recordings aim to extract semantic information from mixed audio signals. In the last years, it was frequently observed that the algorithm performance is limited due to the signal interference and the resulting loss of information. One common approach to solve this problem is to first apply source separation algorithms to isolate the present musical instrument signals before analyzing them individually. The performance of source separation algorithms strongly depends on the number of instruments as well as on the amount of spectral overlap.In this thesis, isolated instrumental tracks are analyzed in order to circumvent the challenges of source separation. Instead, the focus is on the development of instrument-centered signal processing algorithms for music transcription, musical analysis, as well as sound synthesis. The electric bass guitar is chosen as an example instrument. Its sound production principles are closely investigated and considered in the algorithmic design.In the first part of this thesis, an automatic music transcription algorithm for electric bass guitar recordings will be presented. The audio signal is interpreted as a sequence of sound events, which are described by various parameters. In addition to the conventionally used score-level parameters note onset, duration, loudness, and pitch, instrument-specific parameters such as the applied instrument playing techniques and the geometric position on the instrument fretboard will be extracted. Different evaluation experiments confirmed that the proposed transcription algorithm outperformed three state-of-the-art bass transcription algorithms for the transcription of realistic bass guitar recordings. The estimation of the instrument-level parameters works with high accuracy, in particular for isolated note samples.In the second part of the thesis, it will be investigated, whether the sole analysis of the bassline of a music piece allows to automatically classify its music genre. Different score-based audio features will be proposed that allow to quantify tonal, rhythmic, and structural properties of basslines. Based on a novel data set of 520 bassline transcriptions from 13 different music genres, three approaches for music genre classification were compared. A rule-based classification system could achieve a mean class accuracy of 64.8 % by only taking features into account that were extracted from the bassline of a music piece.The re-synthesis of a bass guitar recordings using the previously extracted note parameters will be studied in the third part of this thesis. Based on the physical modeling of string instruments, a novel sound synthesis algorithm tailored to the electric bass guitar will be presented. The algorithm mimics different aspects of the instrument’s sound production mechanism such as string excitement, string damping, string-fret collision, and the influence of the electro-magnetic pickup. Furthermore, a parametric audio coding approach will be discussed that allows to encode and transmit bass guitar tracks with a significantly smaller bit rate than conventional audio coding algorithms do. The results of different listening tests confirmed that a higher perceptual quality can be achieved if the original bass guitar recordings are encoded and re-synthesized using the proposed parametric audio codec instead of being encoded using conventional audio codecs at very low bit rate settings

Notes on nonnegative tensor factorization of the spectrogram for audio source separation : statistical insights and towards self-clustering of the spatial cues

International audienceNonnegative tensor factorization (NTF) of multichannel spectrograms under PARAFAC structure has recently been proposed by Fitzgerald et al as a mean of performing blind source separation (BSS) of multichannel audio data. In this paper we investigate the statistical source models implied by this approach. We show that it implicitly assumes a nonpoint-source model contrasting with usual BSS assumptions and we clarify the links between the measure of fit chosen for the NTF and the implied statistical distribution of the sources. While the original approach of Fitzgeral et al requires a posterior clustering of the spatial cues to group the NTF components into sources, we discuss means of performing the clustering within the factorization. In the results section we test the impact of the simplifying nonpoint-source assumption on underdetermined linear instantaneous mixtures of musical sources and discuss the limits of the approach for such mixtures

Singing information processing: techniques and applications

Por otro lado, se presenta un método para el cambio realista de intensidad de voz cantada. Esta transformación se basa en un modelo paramétrico de la envolvente espectral, y mejora sustancialmente la percepción de realismo al compararlo con software comerciales como Melodyne o Vocaloid. El inconveniente del enfoque propuesto es que requiere intervención manual, pero los resultados conseguidos arrojan importantes conclusiones hacia la modificación automática de intensidad con resultados realistas. Por último, se propone un método para la corrección de disonancias en acordes aislados. Se basa en un análisis de múltiples F0, y un desplazamiento de la frecuencia de su componente sinusoidal. La evaluación la ha realizado un grupo de músicos entrenados, y muestra un claro incremento de la consonancia percibida después de la transformación propuesta.La voz cantada es una componente esencial de la música en todas las culturas del mundo, ya que se trata de una forma increíblemente natural de expresión musical. En consecuencia, el procesado automático de voz cantada tiene un gran impacto desde la perspectiva de la industria, la cultura y la ciencia. En este contexto, esta Tesis contribuye con un conjunto variado de técnicas y aplicaciones relacionadas con el procesado de voz cantada, así como con un repaso del estado del arte asociado en cada caso. En primer lugar, se han comparado varios de los mejores estimadores de tono conocidos para el caso de uso de recuperación por tarareo. Los resultados demuestran que \cite{Boersma1993} (con un ajuste no obvio de parámetros) y \cite{Mauch2014}, tienen un muy buen comportamiento en dicho caso de uso dada la suavidad de los contornos de tono extraídos. Además, se propone un novedoso sistema de transcripción de voz cantada basada en un proceso de histéresis definido en tiempo y frecuencia, así como una herramienta para evaluación de voz cantada en Matlab. El interés del método propuesto es que consigue tasas de error cercanas al estado del arte con un método muy sencillo. La herramienta de evaluación propuesta, por otro lado, es un recurso útil para definir mejor el problema, y para evaluar mejor las soluciones propuestas por futuros investigadores. En esta Tesis también se presenta un método para evaluación automática de la interpretación vocal. Usa alineamiento temporal dinámico para alinear la interpretación del usuario con una referencia, proporcionando de esta forma una puntuación de precisión de afinación y de ritmo. La evaluación del sistema muestra una alta correlación entre las puntuaciones dadas por el sistema, y las puntuaciones anotadas por un grupo de músicos expertos