Probabilistic Modeling Paradigms for Audio Source Separation

This is the author's final version of the article, first published as E. Vincent, M. G. Jafari, S. A. Abdallah, M. D. Plumbley, M. E. Davies. Probabilistic Modeling Paradigms for Audio Source Separation. In W. Wang (Ed), Machine Audition: Principles, Algorithms and Systems. Chapter 7, pp. 162-185. IGI Global, 2011. ISBN 978-1-61520-919-4. DOI: 10.4018/978-1-61520-919-4.ch007file: VincentJafariAbdallahPD11-probabilistic.pdf:v\VincentJafariAbdallahPD11-probabilistic.pdf:PDF owner: markp timestamp: 2011.02.04file: VincentJafariAbdallahPD11-probabilistic.pdf:v\VincentJafariAbdallahPD11-probabilistic.pdf:PDF owner: markp timestamp: 2011.02.04Most sound scenes result from the superposition of several sources, which can be separately perceived and analyzed by human listeners. Source separation aims to provide machine listeners with similar skills by extracting the sounds of individual sources from a given scene. Existing separation systems operate either by emulating the human auditory system or by inferring the parameters of probabilistic sound models. In this chapter, the authors focus on the latter approach and provide a joint overview of established and recent models, including independent component analysis, local time-frequency models and spectral template-based models. They show that most models are instances of one of the following two general paradigms: linear modeling or variance modeling. They compare the merits of either paradigm and report objective performance figures. They also,conclude by discussing promising combinations of probabilistic priors and inference algorithms that could form the basis of future state-of-the-art systems

Audio source separation for music in low-latency and high-latency scenarios

Aquesta tesi proposa mètodes per tractar les limitacions de les tècniques existents de separació de fonts musicals en condicions de baixa i alta latència. En primer lloc, ens centrem en els mètodes amb un baix cost computacional i baixa latència. Proposem l'ús de la regularització de Tikhonov com a mètode de descomposició de l'espectre en el context de baixa latència. El comparem amb les tècniques existents en tasques d'estimació i seguiment dels tons, que són passos crucials en molts mètodes de separació. A continuació utilitzem i avaluem el mètode de descomposició de l'espectre en tasques de separació de veu cantada, baix i percussió. En segon lloc, proposem diversos mètodes d'alta latència que milloren la separació de la veu cantada, gràcies al modelatge de components específics, com la respiració i les consonants. Finalment, explorem l'ús de correlacions temporals i anotacions manuals per millorar la separació dels instruments de percussió i dels senyals musicals polifònics complexes.Esta tesis propone métodos para tratar las limitaciones de las técnicas existentes de separación de fuentes musicales en condiciones de baja y alta latencia. En primer lugar, nos centramos en los métodos con un bajo coste computacional y baja latencia. Proponemos el uso de la regularización de Tikhonov como método de descomposición del espectro en el contexto de baja latencia. Lo comparamos con las técnicas existentes en tareas de estimación y seguimiento de los tonos, que son pasos cruciales en muchos métodos de separación. A continuación utilizamos y evaluamos el método de descomposición del espectro en tareas de separación de voz cantada, bajo y percusión. En segundo lugar, proponemos varios métodos de alta latencia que mejoran la separación de la voz cantada, gracias al modelado de componentes que a menudo no se toman en cuenta, como la respiración y las consonantes. Finalmente, exploramos el uso de correlaciones temporales y anotaciones manuales para mejorar la separación de los instrumentos de percusión y señales musicales polifónicas complejas.This thesis proposes specific methods to address the limitations of current music source separation methods in low-latency and high-latency scenarios. First, we focus on methods with low computational cost and low latency. We propose the use of Tikhonov regularization as a method for spectrum decomposition in the low-latency context. We compare it to existing techniques in pitch estimation and tracking tasks, crucial steps in many separation methods. We then use the proposed spectrum decomposition method in low-latency separation tasks targeting singing voice, bass and drums. Second, we propose several high-latency methods that improve the separation of singing voice by modeling components that are often not accounted for, such as breathiness and consonants. Finally, we explore using temporal correlations and human annotations to enhance the separation of drums and complex polyphonic music signals