91 research outputs found

    AI Methods in Algorithmic Composition: A Comprehensive Survey

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    Algorithmic composition is the partial or total automation of the process of music composition by using computers. Since the 1950s, different computational techniques related to Artificial Intelligence have been used for algorithmic composition, including grammatical representations, probabilistic methods, neural networks, symbolic rule-based systems, constraint programming and evolutionary algorithms. This survey aims to be a comprehensive account of research on algorithmic composition, presenting a thorough view of the field for researchers in Artificial Intelligence.This study was partially supported by a grant for the MELOMICS project (IPT-300000-2010-010) from the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación, and a grant for the CAUCE project (TSI-090302-2011-8) from the Spanish Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. The first author was supported by a grant for the GENEX project (P09-TIC- 5123) from the Consejería de Innovación y Ciencia de Andalucía

    Proceedings of the 4th International Workshop on Reading Music Systems

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    The International Workshop on Reading Music Systems (WoRMS) is a workshop that tries to connect researchers who develop systems for reading music, such as in the field of Optical Music Recognition, with other researchers and practitioners that could benefit from such systems, like librarians or musicologists. The relevant topics of interest for the workshop include, but are not limited to: Music reading systems; Optical music recognition; Datasets and performance evaluation; Image processing on music scores; Writer identification; Authoring, editing, storing and presentation systems for music scores; Multi-modal systems; Novel input-methods for music to produce written music; Web-based Music Information Retrieval services; Applications and projects; Use-cases related to written music. These are the proceedings of the 4th International Workshop on Reading Music Systems, held online on Nov. 18th 2022.Comment: Proceedings edited by Jorge Calvo-Zaragoza, Alexander Pacha and Elona Shatr

    Identification of expressive descriptors for style extraction in music analysis using linear and nonlinear models

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    La formalización de las interpretaciones expresivas aún se considera relevante debido a la complejidad de la música. La interpretación expresiva forma un aspecto importante de la música, teniendo en cuenta diferentes convenciones como géneros o estilos que una interpretación puede desarrollar con el tiempo. Modelar la relación entre las expresiones musicales y los aspectos estructurales de la información acústica requiere una base probabilística y estadística mínima para la robustez, validación y reproducibilidad de aplicaciones computacionales. Por lo tanto, es necesaria una relación cohesiva y una justificación sobre los resultados. Esta tesis se sustenta en la teoría y aplicaciones de modelos discriminativos y generativos en el marco del aprendizaje de maquina y la relación de procedimientos sistemáticos con los conceptos de la musicología utilizando técnicas de procesamiento de señales y minería de datos. Los resultados se validaron mediante pruebas estadísticas y una experimentación no paramétrica con la implementación de un conjunto de métricas para medir aspectos acústicos y temporales de archivos de audio para entrenar un modelo discriminativo y mejorar el proceso de síntesis de un modelo neuronal profundo. Adicionalmente, el modelo implementado presenta la oportunidad para la aplicación de procedimientos sistemáticos, automatización de transcripciones usando notación musical, entrenamiento de habilidades auditivas para estudiantes de música y mejorar la implementación de redes neuronales profundas usando CPU en lugar de GPU debido a las ventajas de las redes convolucionales para el procesamiento de archivos de audio como vectores o matriz con una secuencia de notas.MaestríaMagister en Ingeniería Electrónic

    16th Sound and Music Computing Conference SMC 2019 (28–31 May 2019, Malaga, Spain)

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    The 16th Sound and Music Computing Conference (SMC 2019) took place in Malaga, Spain, 28-31 May 2019 and it was organized by the Application of Information and Communication Technologies Research group (ATIC) of the University of Malaga (UMA). The SMC 2019 associated Summer School took place 25-28 May 2019. The First International Day of Women in Inclusive Engineering, Sound and Music Computing Research (WiSMC 2019) took place on 28 May 2019. The SMC 2019 TOPICS OF INTEREST included a wide selection of topics related to acoustics, psychoacoustics, music, technology for music, audio analysis, musicology, sonification, music games, machine learning, serious games, immersive audio, sound synthesis, etc

    Polyphonic music generation using neural networks

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    In this project, the application of generative models for polyphonic music generation is investigated. Polyphonic music generation falls into the field of algorithmic composition, which is a field that aims to develop models to automate, partially or completely, the composition of musical pieces. This process has many challenges both in terms of how to achieve the generation of musical pieces that are enjoyable and also how to perform a robust evaluation of the model to guide improvements. An extensive survey of the development of the field and the state-of-the-art is carried out. From this, two distinct generative models were chosen to apply to the problem of polyphonic music generation. The models chosen were the Restricted Boltzmann Machine and the Generative Adversarial Network. In particular, for the GAN, two architectures were used, the Deep Convolutional GAN and the Wasserstein GAN with gradient penalty. To train these models, a dataset containing over 9000 samples of classical musical pieces was used. Using a piano-roll representation of the musical pieces, these were converted into binary 2D arrays in which the vertical dimensions related to the pitch while the horizontal dimension represented the time, and note events were represented by active units. The first 16 seconds of each piece was extracted and used for training the model after applying data cleansing and preprocessing. Using implementations of these models, samples of musical pieces were generated. Based on listening tests performed by participants, the Deep Convolutional GAN achieved the best scores, with its compositions being ranked on average 4.80 on a scale from 1-5 of how enjoyable the pieces were. To perform a more objective evaluation, different musical features that describe rhythmic and melodic characteristics were extracted from the generated pieces and compared against the training dataset. These features included the implementation of the Krumhansl-Schmuckler algorithm for musical key detection and the average information rate used as an estimator of long-term musical structure. Within each set of the generated musical samples, the pairwise cross-validation using the Euclidean distance between each feature was performed. This was also performed between each set of generated samples and the features extracted from the training data, resulting in two sets of distances, the intra-set and inter-set distances. Using kernel density estimation, the probability density functions of these are obtained. Finally, the Kullback-Liebler divergence between the intra-set and inter-set distance of each feature for each generative model was calculated. The lower divergence indicates that the distributions are more similar. On average, the Restricted Boltzmann Machine obtained the lowest Kullback-Liebler divergences

    Creative Support Musical Composition System: a study on Multiple Viewpoints Representations in Variable Markov Oracle

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    Em meados do século XX, assistiu-se ao surgimento de uma área de estudo focada na geração au-tomática de conteúdo musical por meios computacionais. Os primeiros exemplos concentram-se no processamento offline de dados musicais mas, recentemente, a comunidade tem vindo a explorar maioritariamente sistemas musicais interativos e em tempo-real. Além disso, uma tendência recente enfatiza a importância da tecnologia assistiva, que promove uma abordagem centrada em escolhas do utilizador, oferecendo várias sugestões para um determinado problema criativo. Nesse contexto, a minha investigação tem como objetivo promover novas ferramentas de software para sistemas de suporte criativo, onde algoritmos podem participar colaborativamente no fluxo de composição. Em maior detalhe, procuro uma ferramenta que aprenda com dados musicais de tamanho variável para fornecer feedback em tempo real durante o processo de composição. À luz das características de multi-dimensionalidade e hierarquia presentes nas estruturas musicais, pretendo estudar as representações que abstraem os seus padrões temporais, para promover a geração de múltiplas soluções ordenadas por grau de optimização para um determinado contexto musical. Por fim, a natureza subjetiva da escolha é dada ao utilizador, ao qual é fornecido um número limitado de soluções 'ideais'. Uma representação simbólica da música manifestada como Modelos sob múltiplos pontos de vista, combinada com o autómato Variable Markov Oracle (VMO), é usada para testar a interação ideal entre a multi-dimensionalidade da representação e a idealidade do modelo VMO, fornecendo soluções coerentes, inovadoras e estilisticamente diversas. Para avaliar o sistema, foram realizados testes para validar a ferramenta num cenário especializado com alunos de composição, usando o modelo de testes do índice de suporte à criatividade.The mid-20th century witnessed the emergence of an area of study that focused on the automatic generation of musical content by computational means. Early examples focus on offline processing of musical data and recently, the community has moved towards interactive online musical systems. Furthermore, a recent trend stresses the importance of assistive technology, which pro-motes a user-in-loop approach by offering multiple suggestions to a given creative problem. In this context, my research aims to foster new software tools for creative support systems, where algorithms can collaboratively participate in the composition flow. In greater detail, I seek a tool that learns from variable-length musical data to provide real-time feedback during the composition process. In light of the multidimensional and hierarchical structure of music, I aim to study the representations which abstract its temporal patterns, to foster the generation of multiple ranked solutions to a given musical context. Ultimately, the subjective nature of the choice is given to the user to which a limited number of 'optimal' solutions are provided. A symbolic music representation manifested as Multiple Viewpoint Models combined with the Variable Markov Oracle (VMO) automaton, are used to test optimal interaction between the multi-dimensionality of the representation with the optimality of the VMO model in providing both style-coherent, novel, and diverse solutions. To evaluate the system, an experiment was conducted to validate the tool in an expert-based scenario with composition students, using the creativity support index test

    On-the-fly synthesizer programming with rule learning

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    This manuscript explores automatic programming of sound synthesis algorithms within the context of the performative artistic practice known as live coding. Writing source code in an improvised way to create music or visuals became an instrument the moment affordable computers were able to perform real-time sound synthesis with languages that keep their interpreter running. Ever since, live coding has dealt with real time programming of synthesis algorithms. For that purpose, one possibility is an algorithm that automatically creates variations out of a few presets selected by the user. However, the need for real-time feedback and the small size of the data sets (which can even be collected mid-performance) are constraints that make existing automatic sound synthesizer programmers and learning algorithms unfeasible. Also, the design of such algorithms is not oriented to create variations of a sound but rather to find the synthesizer parameters that match a given one. Other approaches create representations of the space of possible sounds, allowing the user to explore it by means of interactive evolution. Even though these systems are exploratory-oriented, they require longer run-times. This thesis investigates inductive rule learning for on-the-fly synthesizer programming. This approach is conceptually different from those found in both synthesizer programming and live coding literature. Rule models offer interpretability and allow working with the parameter values of the synthesis algorithms (even with symbolic data), making preprocessing unnecessary. RuLer, the proposed learning algorithm, receives a dataset containing user labeled combinations of parameter values of a synthesis algorithm. Among those combinations sharing the same label, it analyses the patterns based on dissimilarity. These patterns are described as an IF-THEN rule model. The algorithm parameters provide control to define what is considered a pattern. As patterns are the base for inducting new parameter settings, the algorithm parameters control the degree of consistency of the inducted settings respect to the original input data. An algorithm (named FuzzyRuLer) able to extend IF-THEN rules to hyperrectangles, which in turn are used as the cores of membership functions, is presented. The resulting fuzzy rule model creates a map of the entire input feature space. For such a pursuit, the algorithm generalizes the logical rules solving the contradictions by following a maximum volume heuristics. Across the manuscript it is discussed how, when machine learning algorithms are used as creative tools, glitches, errors or inaccuracies produced by the resulting models are sometimes desirable as they might offer novel, unpredictable results. The evaluation of the algorithms follows two paths. The first focuses on user tests. The second responds to the fact that this work was carried out within the computer science department and is intended to provide a broader, nonspecific domain evaluation of the algorithms performance using extrinsic benchmarks (i.e not belonging to a synthesizer's domain) for cross validation and minority oversampling. In oversampling tasks, using imbalanced datasets, the algorithm yields state-of-the-art results. Moreover, the synthetic points produced are significantly different from those created by the other algorithms and perform (controlled) exploration of more distant regions. Finally, accompanying the research, various performances, concerts and an album were produced with the algorithms and examples of this thesis. The reviews received and collections where the album has been featured show a positive reception within the community. Together, these evaluations suggest that rule learning is both an effective method and a promising path for further research.Aquest manuscrit explora la programació automàtica d’algorismes de síntesi de so dins del context de la pràctica artística performativa coneguda com a live coding. L'escriptura improvisada de codi font per crear música o visuals es va convertir en un instrument en el moment en què els ordinadors van poder realitzar síntesis de so en temps real amb llenguatges que mantenien el seu intèrpret en funcionament. D'aleshores ençà, el live coding comporta la programació en temps real d’algorismes de síntesi de so. Per a aquest propòsit, una possibilitat és tenir un algorisme que creï automàticament variacions a partir d'alguns presets seleccionats. No obstant, la necessitat de retroalimentació en temps real i la petita mida dels conjunts de dades són restriccions que fan que els programadors automàtics de sintetitzadors de so i els algorismes d’aprenentatge no siguin factibles d’utilitzar. A més, el seu disseny no està orientat a crear variacions d'un so, sinó a trobar els paràmetres del sintetitzador que aplicats a l'algorisme de síntesi produeixen un so determinat (target). Altres enfocaments creen representacions de l'espai de sons possibles, per permetre a l'usuari explorar-lo mitjançant l'evolució interactiva, però requereixen temps més llargs. Aquesta tesi investiga l'aprenentatge inductiu de regles per a la programació on-the-fly de sintetitzadors. Aquest enfocament és conceptualment diferent dels que es troben a la literatura. Els models de regles ofereixen interpretabilitat i permeten treballar amb els valors dels paràmetres dels algorismes de síntesi, sense processament previ. RuLer, l'algorisme d'aprenentatge proposat, rep dades amb combinacions etiquetades per l'usuari dels valors dels paràmetres d'un algorisme de síntesi. A continuació, analitza els patrons, basats en la dissimilitud, entre les combinacions de cada etiqueta. Aquests patrons es descriuen com un model de regles IF-THEN. Els paràmetres de l'algorisme proporcionen control per definir el que es considera un patró. Llavors, controlen el grau de consistència dels nous paràmetres de síntesi induïts respecte a les dades d'entrada originals. A continuació, es presenta un algorisme (FuzzyRuLer) capaç d’estendre les regles IF-THEN a hiperrectangles, que al seu torn s’utilitzen com a nuclis de funcions de pertinença. El model de regles difuses resultant crea un mapa complet de l'espai de la funció d'entrada. Per això, l'algorisme generalitza les regles lògiques seguint una heurística de volum màxim. Al llarg del manuscrit es discuteix com, quan s’utilitzen algorismes d’aprenentatge automàtic com a eines creatives, de vegades són desitjables glitches, errors o imprecisions produïdes pels models resultants, ja que poden oferir nous resultats imprevisibles. L'avaluació dels algorismes segueix dos camins. El primer es centra en proves d'usuari. El segon, que respon al fet que aquest treball es va dur a terme dins del departament de ciències de la computació, pretén proporcionar una avaluació més àmplia, no específica d'un domini, del rendiment dels algorismes mitjançant benchmarks extrínsecs utilitzats per cross-validation i minority oversampling. En tasques d'oversampling, mitjançant imbalanced data sets, l'algorisme proporciona resultats equiparables als de l'estat de l'art. A més, els punts sintètics produïts són significativament diferents als creats pels altres algorismes i realitzen exploracions (controlades) de regions més llunyanesEste manuscrito explora la programación automática de algoritmos de síntesis de sonido dentro del contexto de la práctica artística performativa conocida como live coding. La escritura de código fuente de forma improvisada para crear música o imágenes, se convirtió en un instrumento en el momento en que las computadoras asequibles pudieron realizar síntesis de sonido en tiempo real con lenguajes que mantuvieron su interprete en funcionamiento. Desde entonces, el live coding ha implicado la programación en tiempo real de algoritmos de síntesis. Para ese propósito, una posibilidad es tener un algoritmo que cree automáticamente variaciones a partir de unos pocos presets seleccionados. Sin embargo, la necesidad de retroalimentación en tiempo real y el pequeño tamaño de los conjuntos de datos (que incluso pueden recopilarse durante la misma actuación), limitan el uso de los algoritmos existentes, tanto de programación automática de sintetizadores como de aprendizaje de máquina. Además, el diseño de dichos algoritmos no está orientado a crear variaciones de un sonido, sino a encontrar los parámetros del sintetizador que coincidan con un sonido dado. Otros enfoques crean representaciones del espacio de posibles sonidos, para permitir al usuario explorarlo mediante evolución interactiva. Aunque estos sistemas están orientados a la exploración, requieren tiempos más largos. Esta tesis investiga el aprendizaje inductivo de reglas para la programación de sintetizadores on-the-fly. Este enfoque es conceptualmente diferente de los que se encuentran en la literatura, tanto de programación de sintetizadores como de live coding. Los modelos de reglas ofrecen interpretabilidad y permiten trabajar con los valores de los parámetros de los algoritmos de síntesis (incluso con datos simbólicos), haciendo innecesario el preprocesamiento. RuLer, el algoritmo de aprendizaje propuesto, recibe un conjunto de datos que contiene combinaciones, etiquetadas por el usuario, de valores de parámetros de un algoritmo de síntesis. Luego, analiza los patrones, en función de la disimilitud, entre las combinaciones de cada etiqueta. Estos patrones se describen como un modelo de reglas lógicas IF-THEN. Los parámetros del algoritmo proporcionan el control para definir qué se considera un patrón. Como los patrones son la base para inducir nuevas configuraciones de parámetros, los parámetros del algoritmo controlan también el grado de consistencia de las configuraciones inducidas con respecto a los datos de entrada originales. Luego, se presenta un algoritmo (llamado FuzzyRuLer) capaz de extender las reglas lógicas tipo IF-THEN a hiperrectángulos, que a su vez se utilizan como núcleos de funciones de pertenencia. El modelo de reglas difusas resultante crea un mapa completo del espacio de las clases de entrada. Para tal fin, el algoritmo generaliza las reglas lógicas resolviendo las contradicciones utilizando una heurística de máximo volumen. A lo largo del manuscrito se analiza cómo, cuando los algoritmos de aprendizaje automático se utilizan como herramientas creativas, los glitches, errores o inexactitudes producidas por los modelos resultantes son a veces deseables, ya que pueden ofrecer resultados novedosos e impredecibles. La evaluación de los algoritmos sigue dos caminos. El primero se centra en pruebas de usuario. El segundo, responde al hecho de que este trabajo se llevó a cabo dentro del departamento de ciencias de la computación y está destinado a proporcionar una evaluación más amplia, no de dominio específica, del rendimiento de los algoritmos utilizando beanchmarks extrínsecos para cross-validation y oversampling. En estas últimas pruebas, utilizando conjuntos de datos no balanceados, el algoritmo produce resultados equiparables a los del estado del arte. Además, los puntos sintéticos producidos son significativamente diferentes de los creados por los otros algoritmos y realizan una exploración (controlada) de regiones más distantes. Finalmente, acompañando la investigación, realicé diversas presentaciones, conciertos y un ´álbum utilizando los algoritmos y ejemplos de esta tesis. Las críticas recibidas y las listas donde se ha presentado el álbum muestran una recepción positiva de la comunidad. En conjunto, estas evaluaciones sugieren que el aprendizaje de reglas es al mismo tiempo un método eficaz y un camino prometedor para futuras investigaciones.Postprint (published version
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