多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)模型

易伶

摘 要： 電子音樂(lè)分類(lèi)有利于電子音樂(lè)的在線檢索，當(dāng)前電子音樂(lè)分類(lèi)模型難以準(zhǔn)確識(shí)別各種類(lèi)型的電子音樂(lè)，使得當(dāng)前電子音樂(lè)分類(lèi)模型分類(lèi)效果差，為了提高電子音樂(lè)分類(lèi)正確率，提出了多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)模型。首先采集電子音樂(lè)信號(hào)，并從電子音樂(lè)信號(hào)中提取分類(lèi)的多種特征，然后采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法描述電子音樂(lè)信號(hào)類(lèi)型和特征之間的聯(lián)系，建立電子音樂(lè)分類(lèi)器，最后采用模型對(duì)多種電子音樂(lè)進(jìn)行分類(lèi)仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，相對(duì)于當(dāng)前其它電子音樂(lè)分類(lèi)模型，該模型減少了電子音樂(lè)分類(lèi)器構(gòu)建的時(shí)間，加快了電子音樂(lè)分類(lèi)速度，能夠高精度識(shí)別各種類(lèi)型的電子音樂(lè)，電子音樂(lè)分類(lèi)正確率明顯提高，驗(yàn)證了該電子音樂(lè)分類(lèi)模型的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞： 電子音樂(lè); 機(jī)器學(xué)習(xí)算法; 分類(lèi)特征; 分類(lèi)器設(shè)計(jì); 訓(xùn)練時(shí)間

中圖分類(lèi)號(hào)： TP 391 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract： Classification of electronic music is conducive to online retrieval of electronic music. The current classification model of electronic music is difficult to accurately identify various types of electronic music， which makes the classification effect of current classification model of electronic music poor. In order to improve the accuracy of classification of electronic music， a classification model of electronic music based on multi feature fusion and machine learning algorithm is proposed. Firstly， the electronic music signals are collected， and the classification features are extracted from the electronic music signals. Then， the machine learning algorithm is used to describe the relationship between the types and features of the electronic music signals， and the electronic music classifier is established. Finally， the simulation experiment of this paper model is used to classify the electronic music signals. The results show that compared with other current electronic music classification models， this model reduces the time of constructing the electronic music classifier， speeds up the classification speed of electronic music， and can recognize all kinds of electronic music with high precision. The accuracy of electronic music classification is obviously improved， which verifies the superiority of this model.

Key words： electronic music; machine learning algorithm; classification features; classifier design; training time

0 引言

隨著信息技術(shù)、語(yǔ)音處理技術(shù)、電子設(shè)備等技術(shù)不斷成熟，人們通過(guò)計(jì)算機(jī)可以合成一定類(lèi)型的音樂(lè)，出現(xiàn)了所謂電子音樂(lè)。電子音樂(lè)的創(chuàng)作具有一定的創(chuàng)新性與隨意性，電子音樂(lè)家能夠使用鍵盤(pán)模擬各種音效甚至做出現(xiàn)實(shí)樂(lè)器無(wú)法完成的效果，豐富了人們的音樂(lè)世界[1]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，面對(duì)如此多的電子音樂(lè)，人們?nèi)绾芜x擇自己喜好的電子音樂(lè)就面臨一定的困難，即如何快速檢索出自己需要的電子音樂(lè)，電子音樂(lè)分類(lèi)是電子音樂(lè)檢索的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確識(shí)別各種電子音樂(lè)分類(lèi)模型具有十分重要的意義，成為當(dāng)前電子音樂(lè)處理領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)方向[2-4]。

電子音樂(lè)分類(lèi)最初通過(guò)專(zhuān)家進(jìn)行，由于專(zhuān)家喜好的電子音樂(lè)不一樣，對(duì)電子音樂(lè)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)存在一定的差異，同時(shí)由于引入了人的主觀意念，使得電子音樂(lè)分類(lèi)結(jié)果存在一定的盲目性與主觀性，使得電子音樂(lè)分類(lèi)結(jié)果不太可靠，有時(shí)與實(shí)際情況相差很大[5]。隨后出現(xiàn)了一些電子音樂(lè)自動(dòng)分類(lèi)模型，最為常見(jiàn)的為隱馬爾可夫模型的電子音樂(lè)自動(dòng)分類(lèi)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子音樂(lè)自動(dòng)分類(lèi)模型，其中隱馬爾可夫模型屬于一種線性的分類(lèi)技術(shù)，其認(rèn)為電子音樂(lè)類(lèi)型和特征集合之間是一種簡(jiǎn)單的線性聯(lián)系，但是實(shí)際情況并非如此，電子音樂(lè)類(lèi)型和特征集合之間同時(shí)還存在非線性聯(lián)系，隱馬爾可夫模型的局限性很明顯，得到的電子音樂(lè)分類(lèi)結(jié)果不穩(wěn)定[6-8]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于非線性分類(lèi)技術(shù)，其電子音樂(lè)類(lèi)型和特征集合之間的關(guān)系可以進(jìn)行有效擬合，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在幾個(gè)明顯的缺陷：如電子音樂(lè)的訓(xùn)練樣本數(shù)量要大，如果訓(xùn)練樣本太少，那么電子音樂(lè)分類(lèi)效果極差;同時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使得電子音樂(lè)分類(lèi)模型的收斂效率低，使得電子音樂(lè)分類(lèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)[9-11]。

為了提高電子音樂(lè)分類(lèi)效果，提出了多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)模型，并與其它電子音樂(lè)分類(lèi)模型仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文模型的電子音樂(lè)分類(lèi)器構(gòu)建時(shí)間少，電子音樂(lè)分類(lèi)速度快，可以獲得高精度的電子音樂(lè)分類(lèi)結(jié)果，具有比較明顯的優(yōu)越性。

1 多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)模型1.1 提取電子音樂(lè)分類(lèi)特征

電子音樂(lè)類(lèi)型主要通過(guò)其特征來(lái)進(jìn)行識(shí)別，因此在實(shí)際建模過(guò)程中，將電子音樂(lè)分類(lèi)問(wèn)題看作是一種模式識(shí)別問(wèn)題進(jìn)行研究，因此特征提取十分關(guān)鍵，直接決定了電子音樂(lè)分類(lèi)的正確率的高低。當(dāng)前電子音樂(lè)特征通常采用單一特征進(jìn)行建模與分析，而單一特征提取的信息量有限，無(wú)法全面描述電子音樂(lè)的類(lèi)型，因此本文采用提取多種特征進(jìn)行電子音樂(lè)分類(lèi)。首先采集電子音樂(lè)信號(hào)，由于電子音樂(lè)信號(hào)是連續(xù)的，這樣需要對(duì)電子音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行分幀處理，同時(shí)為了更好的提取電子音樂(lè)分類(lèi)特征，需要對(duì)電子音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行加重處理，如式（1）。

1.3 本文模型的工作原理

多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)模型的工作原理為：先采集電子音樂(lè)信號(hào)，并從電子音樂(lè)信號(hào)中提取分類(lèi)的多種特征，然后采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法描述電子音樂(lè)信號(hào)類(lèi)型和特征之間的聯(lián)系，建立電子音樂(lè)分類(lèi)器，如圖2所示。

2 仿真測(cè)試

2.1 測(cè)試平臺(tái)

為了測(cè)試多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)效果，選擇不同類(lèi)型的電子音樂(lè)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，共采集到10類(lèi)電子音樂(lè)，每一種電子音樂(lè)的樣本數(shù)量如表1所示。

為了分析多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)的優(yōu)越性，選擇隱馬爾可夫模型（HMM）和單一特征的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，它們采用相同的測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試平臺(tái)參數(shù)如表2所示。

2.2 電子音樂(lè)的分類(lèi)正確率比較

分別采用本文模型、HMM、BPNN對(duì)表1中的10類(lèi)電子音樂(lè)進(jìn)行訓(xùn)練、學(xué)習(xí)，建立相應(yīng)的10類(lèi)電子音樂(lè)分類(lèi)器，然后計(jì)算它們對(duì)10類(lèi)電子音樂(lè)的分類(lèi)正確率，如圖3所示。

從圖3可以看出：

（1） HMM的10類(lèi)電子音樂(lè)的分類(lèi)正確率均很低，都沒(méi)有超過(guò)90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電子音樂(lè)的分類(lèi)實(shí)際應(yīng)用要求，這主要是由于HMM屬于一種線性電子音樂(lè)分類(lèi)模型，而電子音樂(lè)類(lèi)型與特征之間同時(shí)存在線性和非線性聯(lián)系，這樣無(wú)法準(zhǔn)確建立最優(yōu)的電子音樂(lè)分類(lèi)模型，使得電子音樂(lè)分類(lèi)成功率低，電子音樂(lè)分類(lèi)錯(cuò)誤率高。

（2） BPNN的10類(lèi)電子音樂(lè)的分類(lèi)正確率均要高于HMM，都超過(guò)90%，可以滿足電子音樂(lè)的分類(lèi)實(shí)際應(yīng)用要求，這主要是由于BPNN屬于一種非線性電子音樂(lè)分類(lèi)模型，可以同時(shí)描述電子音樂(lè)類(lèi)型與特征之間的線性和非線性聯(lián)系，建立了更優(yōu)的電子音樂(lè)分類(lèi)模型，但是由于其采用單一分類(lèi)特征，使得電子音樂(lè)分類(lèi)成功率有待進(jìn)一步改善。

（3） 本文模型的10類(lèi)電子音樂(lè)的分類(lèi)正確率均超過(guò)95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HMM、BPNN的電子音樂(lè)分類(lèi)正確率，這主要是由于本文模型不僅克服了HMM只能進(jìn)行線性分類(lèi)的缺陷，同時(shí)引入了多特征描述電子音樂(lè)類(lèi)型，克服了單一特征的電子音樂(lè)分類(lèi)的局限性，對(duì)比結(jié)果體現(xiàn)了本文電子音樂(lè)分類(lèi)模型的優(yōu)越性。

2.3 電子音樂(lè)的分類(lèi)趕時(shí)間比較

統(tǒng)計(jì)3種分類(lèi)模型的10種不同的電子音樂(lè)的平均分類(lèi)時(shí)間，時(shí)間的單位為秒，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

對(duì)圖4的電子音樂(lè)的平均分類(lèi)時(shí)間進(jìn)行分析可以知道：相對(duì)于HMM、BPNN的電子音樂(lè)分類(lèi)模型，本文電子音樂(lè)分類(lèi)模型的時(shí)間明顯減少，加快了電子音樂(lè)分類(lèi)的速度，這樣使得電子音樂(lè)分類(lèi)速度得到了明顯的提升。

3 總結(jié)

音樂(lè)分類(lèi)是提高電子音樂(lè)檢索的重要技術(shù)之一，針對(duì)當(dāng)前電子音樂(lè)分類(lèi)正確率低，速度慢等弊端，以提高電子音樂(lè)分類(lèi)整體性能為目標(biāo)，提出了多特征融合和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電子音樂(lè)分類(lèi)模型，并與其它電子音樂(lè)分類(lèi)模型進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明，本文電子音樂(lè)分類(lèi)模型的分類(lèi)速度不僅得到了提高，而且電子音樂(lè)分類(lèi)正確率得到了明顯提升，獲得了整體性能更優(yōu)的電子音樂(lè)分類(lèi)結(jié)果，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

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（收稿日期： 2019.12.09）