CN114724151A - 一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统 - Google Patents

一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统 Download PDF

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王薪蕾
许梅燕
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Abstract

本发明提供了乐谱识别技术领域的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统,方法包括如下步骤:步骤S10、获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;步骤S20、通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;步骤S30、结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;步骤S40、将各所述简谱特征填入mus i cXML模板中,完成古筝简谱的识别。本发明的优点在于:极大的提升了古筝简谱的识别精度。

Description

一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统
技术领域
本发明涉及乐谱识别技术领域,特别指一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统。
背景技术
乐谱是一种用符号来记录音乐的方法,对于音乐的初学者来说,如何读懂乐谱至关重要,如果不能掌握乐谱,也就不能演奏出美妙的音乐,因此产生了识别乐谱以进行辅助教学的需求,类似英语点读机识别英文单词。然而,针对古筝简谱的识别,传统的方法容易受古筝简谱印刷质量的影响,即古筝简谱产生印刷问题或者印刷不清晰时,识别精度将大打折扣。
因此,如何提供一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统,实现提升古筝简谱的识别精度,成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题,在于提供一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法及系统,实现提升古筝简谱的识别精度。
第一方面,本发明提供了一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法,包括如下步骤:
步骤S10、获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;
步骤S20、通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;
步骤S30、结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;
步骤S40、将各所述简谱特征填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
进一步地,所述步骤S10具体为:
获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行灰度二值化的预处理。
进一步地,所述步骤S20具体为:
通过水平垂直投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行,并丢弃所述汉字行。
进一步地,所述步骤S30具体为:
通过卷积神经网络创建的调号识别模型,从所述属性行识别调号;
通过水平投影法确定所述属性行里拍号的分数线,再通过卷积神经网络创建的拍号识别模型,从所述属性行识别拍号;
通过边缘检测法从所述音符行里识别音符,通过卷积神经网络创建的音级识别模型识别所述音符的音级,通过投影法获取所述音符的音符类型,通过边缘检测法以及投影法获取所述音符的音高;
删除识别出的所述音符,接着通过垂直投影法确定所述音符行里的小节线;
基于所述音符类型确定倚音;
设定一距离阈值,从所述音符行的一个黑点开始,将所述距离阈值内的所有黑点纳入同一个轮廓框,通过卷积神经网络创建的指法识别模型识别所述轮廓框内的指法;
基于所述指法以及连音的位置和大小,从所述音符行里识别出连音。
进一步地,所述步骤S40具体为:
将各所述调号、拍号、音符、小节线、倚音、指法以及连音填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
第二方面,本发明提供了一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统,包括如下模块:
古筝简谱图像预处理模块,用于获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;
古筝简谱图像分行模块,用于通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;
简谱特征提取模块,用于结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;
musicXML模板更新模块,用于将各所述简谱特征填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
进一步地,所述古筝简谱图像预处理模块具体为:
获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行灰度二值化的预处理。
进一步地,所述古筝简谱图像分行模块具体为:
通过水平垂直投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行,并丢弃所述汉字行。
进一步地,所述简谱特征提取模块具体为:
通过卷积神经网络创建的调号识别模型,从所述属性行识别调号;
通过水平投影法确定所述属性行里拍号的分数线,再通过卷积神经网络创建的拍号识别模型,从所述属性行识别拍号;
通过边缘检测法从所述音符行里识别音符,通过卷积神经网络创建的音级识别模型识别所述音符的音级,通过投影法获取所述音符的音符类型,通过边缘检测法以及投影法获取所述音符的音高;
删除识别出的所述音符,接着通过垂直投影法确定所述音符行里的小节线;
基于所述音符类型确定倚音;
设定一距离阈值,从所述音符行的一个黑点开始,将所述距离阈值内的所有黑点纳入同一个轮廓框,通过卷积神经网络创建的指法识别模型识别所述轮廓框内的指法;
基于所述指法以及连音的位置和大小,从所述音符行里识别出连音。
进一步地,所述musicXML模板更新模块具体为:
将各所述调号、拍号、音符、小节线、倚音、指法以及连音填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
本发明的优点在于:
通过对获取的古筝简谱图像进行灰度二值化的预处理,再通过投影法对预处理后的古筝简谱图像进行分行,接着结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取分行得到的属性行和音符行的简谱特征,最后将简谱特征填入musicXML模板以完成古筝简谱的识别,即针对每种简谱特征各自的特点分别采取不同的方法来进行提取,以克服印刷问题,最终极大的提升了古筝简谱的识别精度。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法的流程图。
图2是本发明一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案,总体思路如下:结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取古筝简谱图像分行得到的属性行和音符行的简谱特征,即针对每种简谱特征各自的特点分别采取不同的方法来进行提取,以克服印刷问题,以提升古筝简谱的识别精度。
请参照图1至图2所示,本发明一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法的较佳实施例,包括如下步骤:
步骤S10、获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;
步骤S20、通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;
步骤S30、结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;
步骤S40、将各所述简谱特征填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
所述步骤S10具体为:
获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行灰度二值化和校正的预处理。
所述步骤S20具体为:
通过水平垂直投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行,并丢弃所述汉字行(歌词行)。
所述步骤S30具体为:
通过卷积神经网络创建的调号识别模型,从所述属性行识别调号;一般调号的形式为“1=A”,通过调号识别模型分别识别1和一个字母即可得到调号;
通过水平投影法确定所述属性行里拍号的分数线,再通过卷积神经网络创建的拍号识别模型,从所述属性行识别拍号;拍号以分数形式存在,一般会产生印刷问题,故需通过水平投影法确定分数线,进行分割后再识别;
通过边缘检测法从所述音符行里识别音符,通过卷积神经网络创建的音级识别模型识别所述音符的音级,通过投影法获取所述音符的音符类型,通过边缘检测法以及投影法获取所述音符的音高;
删除识别出的所述音符,接着通过垂直投影法(垂直投影峰值法)确定所述音符行里的小节线;
传统上采用轮廓框检测计算比例或者使用水平投影提取峰值来获取小节线,但因为印刷不清晰以及古筝简谱有叠加的音符的缘故导致小节线识别不良好,本发明先利用之前的音符识别去除音符然后再进行投影取峰值,极大的提升了小节线的识别精度;
基于所述音符类型确定倚音;因为印刷不清晰,所以需要先确定音符类型,再确定倚音;
设定一距离阈值,从所述音符行的一个黑点开始,将所述距离阈值内的所有黑点纳入同一个轮廓框,通过卷积神经网络创建的指法识别模型识别所述轮廓框内的指法;该方法能有效克服印刷不清晰而导致指法识别失败的问题;
基于所述指法以及连音的位置和大小,从所述音符行里识别出连音。由于连音与指法中的“勾”很相似,因此放在指法识别中进行,通过位置大小的匹配区分开指法与连音。
所述步骤S40具体为:
将各所述调号、拍号、音符、小节线、倚音、指法以及连音填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
本发明一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统的较佳实施例,包括如下模块:
古筝简谱图像预处理模块,用于获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;
古筝简谱图像分行模块,用于通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;
简谱特征提取模块,用于结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;
musicXML模板更新模块,用于将各所述简谱特征填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
所述古筝简谱图像预处理模块具体为:
获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行灰度二值化和校正的预处理。
所述古筝简谱图像分行模块具体为:
通过水平垂直投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行,并丢弃所述汉字行(歌词行)。
所述简谱特征提取模块具体为:
通过卷积神经网络创建的调号识别模型,从所述属性行识别调号;一般调号的形式为“1=A”,通过调号识别模型分别识别1和一个字母即可得到调号;
通过水平投影法确定所述属性行里拍号的分数线,再通过卷积神经网络创建的拍号识别模型,从所述属性行识别拍号;拍号以分数形式存在,一般会产生印刷问题,故需通过水平投影法确定分数线,进行分割后再识别;
通过边缘检测法从所述音符行里识别音符,通过卷积神经网络创建的音级识别模型识别所述音符的音级,通过投影法获取所述音符的音符类型,通过边缘检测法以及投影法获取所述音符的音高;
删除识别出的所述音符,接着通过垂直投影法(垂直投影峰值法)确定所述音符行里的小节线;
传统上采用轮廓框检测计算比例或者使用水平投影提取峰值来获取小节线,但因为印刷不清晰以及古筝简谱有叠加的音符的缘故导致小节线识别不良好,本发明先利用之前的音符识别去除音符然后再进行投影取峰值,极大的提升了小节线的识别精度;
基于所述音符类型确定倚音;因为印刷不清晰,所以需要先确定音符类型,再确定倚音;
设定一距离阈值,从所述音符行的一个黑点开始,将所述距离阈值内的所有黑点纳入同一个轮廓框,通过卷积神经网络创建的指法识别模型识别所述轮廓框内的指法;该方法能有效克服印刷不清晰而导致指法识别失败的问题;
基于所述指法以及连音的位置和大小,从所述音符行里识别出连音。由于连音与指法中的“勾”很相似,因此放在指法识别中进行,通过位置大小的匹配区分开指法与连音。
所述musicXML模板更新模块具体为:
将各所述调号、拍号、音符、小节线、倚音、指法以及连音填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
综上所述,本发明的优点在于:
通过对获取的古筝简谱图像进行灰度二值化的预处理,再通过投影法对预处理后的古筝简谱图像进行分行,接着结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取分行得到的属性行和音符行的简谱特征,最后将简谱特征填入musicXML模板以完成古筝简谱的识别,即针对每种简谱特征各自的特点分别采取不同的方法来进行提取,以克服印刷问题,最终极大的提升了古筝简谱的识别精度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解,我们所描述的具体的实施例只是说明性的,而不是用于对本发明的范围的限定,熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化,都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤S10、获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;
步骤S20、通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;
步骤S30、结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;
步骤S40、将各所述简谱特征填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
2.如权利要求1所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法,其特征在于:所述步骤S10具体为:
获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行灰度二值化的预处理。
3.如权利要求1所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法,其特征在于:所述步骤S20具体为:
通过水平垂直投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行,并丢弃所述汉字行。
4.如权利要求1所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法,其特征在于:所述步骤S30具体为:
通过卷积神经网络创建的调号识别模型,从所述属性行识别调号;
通过水平投影法确定所述属性行里拍号的分数线,再通过卷积神经网络创建的拍号识别模型,从所述属性行识别拍号;
通过边缘检测法从所述音符行里识别音符,通过卷积神经网络创建的音级识别模型识别所述音符的音级,通过投影法获取所述音符的音符类型,通过边缘检测法以及投影法获取所述音符的音高;
删除识别出的所述音符,接着通过垂直投影法确定所述音符行里的小节线;
基于所述音符类型确定倚音;
设定一距离阈值,从所述音符行的一个黑点开始,将所述距离阈值内的所有黑点纳入同一个轮廓框,通过卷积神经网络创建的指法识别模型识别所述轮廓框内的指法;
基于所述指法以及连音的位置和大小,从所述音符行里识别出连音。
5.如权利要求4所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别方法,其特征在于:所述步骤S40具体为:
将各所述调号、拍号、音符、小节线、倚音、指法以及连音填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
6.一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统,其特征在于:包括如下模块:
古筝简谱图像预处理模块,用于获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行预处理;
古筝简谱图像分行模块,用于通过投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行;
简谱特征提取模块,用于结合卷积神经网络、投影法、模板匹配法以及边缘检测法,提取所述属性行和音符行的简谱特征;
musicXML模板更新模块,用于将各所述简谱特征填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
7.如权利要求6所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统,其特征在于:所述古筝简谱图像预处理模块具体为:
获取古筝简谱图像,并对所述古筝简谱图像进行灰度二值化的预处理。
8.如权利要求6所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统,其特征在于:所述古筝简谱图像分行模块具体为:
通过水平垂直投影法对预处理后的所述古筝简谱图像进行分行,得到属性行、音符行以及汉字行,并丢弃所述汉字行。
9.如权利要求6所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统,其特征在于:所述简谱特征提取模块具体为:
通过卷积神经网络创建的调号识别模型,从所述属性行识别调号;
通过水平投影法确定所述属性行里拍号的分数线,再通过卷积神经网络创建的拍号识别模型,从所述属性行识别拍号;
通过边缘检测法从所述音符行里识别音符,通过卷积神经网络创建的音级识别模型识别所述音符的音级,通过投影法获取所述音符的音符类型,通过边缘检测法以及投影法获取所述音符的音高;
删除识别出的所述音符,接着通过垂直投影法确定所述音符行里的小节线;
基于所述音符类型确定倚音;
设定一距离阈值,从所述音符行的一个黑点开始,将所述距离阈值内的所有黑点纳入同一个轮廓框,通过卷积神经网络创建的指法识别模型识别所述轮廓框内的指法;
基于所述指法以及连音的位置和大小,从所述音符行里识别出连音。
10.如权利要求9所述的一种基于卷积神经网络的古筝简谱识别系统,其特征在于:所述musicXML模板更新模块具体为:
将各所述调号、拍号、音符、小节线、倚音、指法以及连音填入musicXML模板中,完成古筝简谱的识别。
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