WO2005122136A1 - Vorrichtung und verfahren zum bestimmen eines akkordtyps, der einem testsignal zugrunde liegt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum bestimmen eines akkordtyps, der einem testsignal zugrunde liegt Download PDF

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chord type
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Claas Derboven
Sebastian Streich
Markus Cremer
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    • G10H2250/235—Fourier transform; Discrete Fourier Transform [DFT]; Fast Fourier Transform [FFT]

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of musical harmony recognition, and in particular, the present invention relates to an apparatus and a method for determining a chord type using a reference vector for a key of the chord type.
  • chord types such as, for example, a D major chord or a G minor chord in a piece of music
  • the classification of occurring chord types could be recognized as a clear distinguishing feature of a piece of music as an important feature when classifying the piece of music to a musical style or subclass of a musical style
  • David Temperley proposed key profiles through empirical psycho-acoustic reference model formation in his writing "The Recognition of Basic Musical Structures", The MIT Press, 2001, pages 173 to 187 become. These key profiles then indicate a frequency of how often a certain tone occurs in a piece of music, for example in C major, in this piece of music in relation to other tones.
  • Such key profiles are shown, for example, in FIG.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a possibility for determining a chord type on which a test signal is based, the determination of the chord type on which the test signal is based to enable an improved temporal resolution than is possible in the prior art ,
  • the present invention provides a device for determining a chord type on which a test signal is based, the chord type being defined by the occurrence of predetermined frequencies in a frequency range of the test signal and the predefined frequencies in the frequency range of the test signal corresponding to tones in a predetermined spectral range , wherein a first chord type has at least a first predefined significant tone in the spectral range and wherein a second chord type has a second predefined significant tone in the spectral range, the first significant tone being different from the second significant tone distinguishes, and wherein the device for determining has the following features:
  • a reference vector for the chord type from a plurality of different reference vectors, the reference vector having a plurality of reference vector elements, each of which is assigned to a tone in the spectral range, and wherein at least one significance reference vector element for each reference vector for a significant tone of an assigned chord type is provided;
  • test signal vector from the test signal, the test signal vector having a plurality of test signal vector elements, each associated with a tone in the spectral voltage, a test signal vector element depending on whether the tone associated with the test signal vector element occurs in the test signal ;
  • means for comparing the reference vector with the test signal vector the means for comparing being designed to compare the reference vector with the test signal vector or to compare cyclically shifted versions of the test signal vector in order to obtain various comparison results which are assigned to the test signal vector or shift values to determine the chord type on the basis of an extreme comparison result and the displacement value assigned to it.
  • the present invention provides a method for determining a chord type on which a test signal is based, the chord type being defined by the occurrence of predetermined frequencies in a frequency range of the test signal and the predefined frequencies in the frequency range of the test signal tones in a predetermined spectral range correspond, being a first Chord type has at least a first predefined significant tone in the spectral range and a second chord type has a second predefined significant tone in the spectral range, the first significant tone being different from the second significant tone, and the method of determining comprises the following steps:
  • test signal vector from the test signal, the test signal vector having a plurality of test signal vector elements, each associated with a tone in the spectral voltage, a test signal vector element depending on whether the tone associated with the test signal vector element occurs in the test signal;
  • Comparing the reference vector with the test signal vector comparing the reference vector with the test signal vector or with cyclically shifted versions of the test signal vector or with different displacement values in order to obtain various comparison results which are assigned to the test signal vector or displacement values in order to be based on an extreme comparison result and the to determine the chord type assigned to the same assigned shift value.
  • the present invention is based on the knowledge that by using a reference vector and a test signal vector determined from the test signal, a - b -
  • the reference signal vector can be compared with the test signal vector and the chord type can be derived directly from the result of the comparison. Compared to the prior art, this no longer requires the provision of a large number of reference vectors. Rather, for example, a reference vector can be provided for a class of chord types, such as the major chords, and by knowing a distance between two tones occurring in a chord by cyclically shifting the test vector and comparing the shifted version of the test vector with the reference vector Root note of the chord type to be determined.
  • the approach according to the invention offers the advantage that a statistical distribution of the occurrence of tones or semitones (histogram) in the test signal is no longer necessary to determine the chord type. Rather, the chord type can be determined in a simple manner by providing the reference vector and the test signal vector derived from the test signal with a subsequent simple cyclical shift of the elements of the test signal vector, the chord type on which the test signal is based. Then, as in the prior art, there is no need to resort to a large number of (psycho-acoustically determined) reference vectors. Furthermore, compared to the prior art, the presence of a test signal which is long in time is not necessary for determining the chord type. This means that the test signal based on the chord type can be significantly shorter than in conventional approaches.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the device according to the invention for determining a chord type
  • FIG. 2 shows a table of reference vectors that can be provided by music theory for different classes of chord types
  • FIG. 3A shows a representation of an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining a chord type
  • FIG. 4 shows a tabular representation of the assignment of a chord type according to the exemplary embodiment of the method according to the invention shown in FIG. 3;
  • 5A is an illustration of histograms that are used in a and 5B conventional key determination as reference vectors.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 100 according to the invention for determining a chord type on which a test signal is based.
  • the device 100 comprises a device 102 for providing a reference vector, a device 104 for providing a test signal vector and a device 106 for comparing the reference vector with the test signal vector.
  • the device 102 for providing a test vector can be designed, for example, to provide a reference vector for major chords, minor chords or further chord classes, and to supply these via a connection 108 to the device 106 for comparing the reference vector with the test signal vector.
  • the device 104 can be designed to provide a test signal vector in order to determine the test signal vector from a test signal 110 and to supply this test signal vector via the connection 112 to the device 106 for comparing the reference vector with the test signal vector.
  • the test signal 110 can be present in a time domain representation that corresponds to an analog or digital representation of the piece of music to be examined.
  • the device 104 for providing a test signal vector can then subject the test signal to a time domain frequency domain transformation, as a result of which the frequencies occurring in the test signal can be determined and, for example, information about an amplitude in these frequencies occurring in the test signal, into individual elements of the test vector can be written. Usually the corresponding semitones in the test signal are assigned in an octave.
  • a chord type is determined by a procedure described in more detail below and this is output via an output 114.
  • the chord determination method carried out in the device 106 for comparison is basically based on one Pattern recognition methods. Tonal events (ie the occurrence of tones in the test signal) are compared with one (or more) reference vectors which represent different chord types or classes. These reference vectors can have a number of, for example, 12 reference vector elements which correspond to the 12 different semitones in an octave of the western scale of notes. Furthermore, those reference vector elements can then be set to the value 1 for which corresponding notes or tones occur in the corresponding chord type or the class of chord types, in which case the other reference vector elements can then be set to the value 0.
  • the tones occurring in a chord are significant for the chord type and are referred to as significance reference vector elements in the following description.
  • the reference vector for a major chord can contain the value 1 in the first, fifth and eighth (significance) reference vector elements or the reference vector for a minor chord can contain the value 1 in the first, fourth and eighth reference vector elements, whereas the other reference vector elements in the respective reference vectors have the value 0.
  • the corresponding reference vectors can take the following form: Major: 100010010000 Minor: 100100010000 Reduced: 100100100000 Excessive: 100010001000 Major 7: 100010010010 Minor 7: 100100010010 Major m7: 100010010001 Minor M7: 100100010001 Major sus4: 100001010000 Major sus4 7: 100001010010 Major sus4m7: 1000010110100100 Major
  • the device 104 for providing can, for example, create a matrix with 12 lines, each line representing a semitone of the western grading scale and adjacent columns of this matrix with successive segments of the piece of music to be examined correspond.
  • the test signal can then be viewed as a temporal segment of the piece of music, which is plotted in a column of the matrix.
  • the elements of the matrix are preferably set to zero when the matrix is initialized.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the frequencies occurring in this time segment are determined from a time segment of the piece of music, and in the device 104 shown in FIG. 1 for providing a test signal vector, information about the occurrence of a frequency is entered into those test signal vector elements, which frequency is assigned to the corresponding frequencies (semitones) are.
  • the amplitudes or amplitudes can be derived values are entered in the columns of the aforementioned matrix. If a tone occurs in more than one octave within the time segment or the time frame, the amplitudes or values derived from amplitudes of those tones that have the same fundamental but occur in several octaves can be added together and entered in the corresponding row and column become.
  • each column of this matrix is then successively compared with all reference vectors, which can be done, for example, by calculating a scalar product from the reference vector and the test signal vector formed from a column of the matrix. Furthermore, the reference vectors which were formed from the columns of the matrix are shifted cyclically in such a way that all elements which do not have the value 0 are arranged once at the foremost position of the reference signal vector and in such an arrangement a comparison result, for example by a Scaling product formation determined. becomes.
  • a threshold value formation can be used to determine whether a frequency in the test signal (ie investigating time segment) is of sufficient strength for further signal processing.
  • This sufficient strength can be characterized, for example, by exceeding the amplitude value above the threshold value, the corresponding test signal vector element then receiving the value 1 when the amplitude value is exceeded and, in the event that the amplitude does not exceed the value of the corresponding tone, the test signal vector element of the ent - speaking semitones receives the value 0.
  • Such an assignment or threshold value formation can then be used to determine clearer results, with possibly incorrect amplitude values resulting from an imprecise time Frequency domain transformation result, their effect can be weakened.
  • chord types which is characterized by the reference vector which, when compared, for example, by the scalar product formation, gave the highest scalar product, is then output as the class of the chord type. Furthermore, the corresponding root note of the recognized chord type is determined from the number of cyclical shifts that resulted in the highest scalar product.
  • an additional criterion can be applied.
  • the results of the scalar product formation for reference vectors which contain the value 1 in a component of the reference vector and which have the value 0 at the corresponding position of the input vector (test vector) are disregarded when determining the chord type.
  • the algorithm proposed here can be designed such that it outputs the individual notes in the corresponding time frame or time segment.
  • the closest match between the input vector and the reference vector is chosen. This can be done, for example, by removing individual elements in the input vector, which reduces the length of the input vector. This reduced input vector can then be compared with the corresponding reference vector (s), or the scalar product can be formed and the result that gives the best comparison value or provides the highest dot product as the final result. In this case, a value dependent on the amplitude of the corresponding notes becomes particularly relevant, since loud tones are given greater weight when calculating the dot product. As a last step, a text file can be generated that contains all identified chords or chord types in chronological order.
  • FIG. 3 shows the procedure for executing the method according to the invention in one embodiment.
  • the matrix mentioned in the description of FIG. 1 is used, for example, that in the rows. Tones or semitones of an octave and in the columns the individual time segments or time frames of the piece of music to be examined.
  • a column of such a matrix is now reproduced in line form as input vector 302, each element of this input vector corresponding to a semitone of the western grading scale, the semitones or semitone steps of which are shown in line 304.
  • chord recognition is then based on comparing this vector 302 in all possible conversions with reference vectors which represent the different types of chords.
  • the reference vectors implemented so far correspond to the reference vectors explained in more detail with reference to FIG. 2. For example, the sequence of values 100100010000 was used as the reference vector for the minor chords.
  • the input vector 302 is then shifted, if necessary, in such a way that the first element (ie the element which is at the foremost position of the reference vector) does not have the value 0. Since the input vector has the values 010001000010 in FIG. 3A, a cyclically shifting of the input vector by one element to the left can obtain a shifted input vector which has the value 1 in the first vector element (ie at the foremost position). Such a shift by one element is shown in line 306 in FIG. 3A. For such a changeover, as was carried out in line 306, a comparison value can then be calculated in the form of a dot product, as it results in a dot product value of 1 using the reference vector for minor chords.
  • the shift value indicates the number of shifts by which a shifted input vector has been cyclically shifted with respect to the original input vector 302.
  • the input vector shifted in line 306 is then cyclically shifted to the left by a further 4 elements, so that the value 1 again occurs at a foremost or first position of the new shifted input vector.
  • a shift by 4 further elements is shown in FIG. 3A in line 308.
  • a cyclical left shift is also carried out to form the second inversion, until again at the foremost or first position of the third shifted input vector is again 1.
  • Such a third shifted input vector with the value 1 at the foremost or first position of the third shifted input vector can be carried out by a further shifting of 5 elements, as can be seen in FIG. 3A in line 310.
  • a scalar product value of 3 can thus be determined, as represented by the scalar product formation in FIG. 3B.
  • the reference vector for minor chords 312 is multiplied element by element with the third shifted input vector as it results from FIG. 3A line 310 and the products are subsequently added element by element, which results in the scalar product value of 3.
  • a reference vector for major chords 314 is used, as shown in FIG. 3C, and the scalar product is formed from this with the third shifted input vector, a value of two results, which is therefore lower than the scale lar product when using the reference vector for minor chords. From this it can be concluded that for the condition of maximizing the dot product (ie the search for extreme comparison results) the corresponding chord type of the original input vector 302 must be a minor chord, since the dot product for the minor reference vector 312 is higher than the dot product of the Major reference vector 314 in each case related to the third shifted input vector.
  • a scalar product can also be formed between each individual inversion and each individual reference vector and ultimately the reference vector can be determined using the highest scalar product.
  • the fundamental tone of the chord type can then take place by evaluating the shift value by which the input vector 302 has been shifted in order to obtain the shifted input vector, the maximum of which is used with the reference vector. Dot product was calculated.
  • the maximum scalar product (with the value of 3) can be determined with a cyclical left shift by 10 elements and using the reference vector for minor chords, the shift value of 10 becoming a fundamental tone A # leads, which results in the chord type A # minor.
  • Such an assignment 400 of displacement values to chord types is shown in more detail in FIG. 4.
  • Such an assignment 400 can also be implemented as a look-up table, for example in a memory in the device 106 for comparing the reference vector with the test signal vector, in order to obtain a significant acceleration in the determination of the chord type when the number of displacement values is known.
  • the overtones can also be deleted.
  • Each musical note - with the exception of pure synthetic sinusoidal signals - consists of more than one frequency component.
  • These additional components are known as overtones or harmonics and appear in the spectral representation at multiples of their fundamental frequency.
  • the main difficulty lies in identifying these overtones and, if possible, only using the fundamental (in an octave) for chord finding. Two assumptions were made for the further chord recognition:
  • An overtone can only occur during the period during which the fundamental tone is also present. 2.
  • the amplitude level of the overtones does not exceed the level of the fundamental.
  • the method according to the invention for determining a chord type on which a test signal is based can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can take place on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which can interact with a programmable computer system in such a way that the corresponding method is carried out.
  • the invention thus also consists of a computer Interprogram product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be implemented as a computer program with a program code for carrying out the method if the computer program runs on a computer.
  • a matrix can be formed from a piece of music to be examined, which has the semitones of an octave in the rows and the time segments in the columns, i.e. contains the time frame of the piece of music to be examined and values can be entered in the respective matrix elements which correspond to the amplitude values of the amplitudes occurring for the corresponding time segments and semitones.
  • matrix can now be run through columns and the current column can be examined as a vector. Chord recognition is then based on comparing this vector in all possible conversions with reference vectors which represent the different types of chords.
  • the input vector ie a column of the matrix
  • the dot products with all reference vectors are formed.
  • this is also calculated for all changes in the input vector.
  • all comparisons in which the reference vector has ones in elements in which the input vector has zeros need not be evaluated in the following. If this is the case for all comparisons, the algorithm presented here, for example, outputs the individual tones. Otherwise the reference vector with the highest dot product "wins".
  • the fundamental tone results from the number of elements by which the input vector has been shifted for the comparison with the highest result. de. In FIGS.
  • the minor reference vector is the one with the highest scalar product, specifically for comparison with the second inversion compared to, for example, the major reference vector. Therefore a minor chord is assumed.
  • the basic tone results from the fact that the vector for the highest scalar product is created by shifting a total of 10 elements.
  • a # lies 10 semitones above the C, ie a chord type of A # minor is assumed. Only chords are preferably output that are kept for a minimum duration of, for example, 10 time frames. The chords found can then be entered in chronological order with their respective durations in a text file and this text file can be output.

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Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines Akkordtyps weist eine Einrichtung (102) zum Bereitstellen eines Referenzvektors für den Akkordtyp, eine Einrichtung (104) zum Bereitstellen eines Referenzvektors aus einem Testsignal und eine Einrichtung (106) zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor (302) auf. Die Einrichtung (102) zum Bereitstellen eines Referenzvektors ist ausgebildet, um für den Akkordtyp einen Referenzvektor aus einer Mehrzahl von verschiedenen Referenzvektoren bereitzustellen. Weiterhin ist die Einrichtung (104) zum Bereitstellen eines Testsignalvektors aus dem Testsignal ausgebildet, den Testsignalvektor mit einer Mehrzahl von Testsignalvektorelementen bereitzustellen. Ferner ist die Einrichtung (106) zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor ausgebildet, den Referenzvektor und den Testvektor oder um verschiedene Verschiebungswerte zyklisch verschobene Versionen des Testsignalvektors miteinander zu vergleichen, um verschiedene Vergleichsergebnisse zu erhalten, die dem Testsignalvektor oder Verschiebungswerten zugewiesen sind, um auf der Basis eines extremen Vergleichsergebnisses und des demselben zugeordneten Verschiebungswertes den Akkordtyp zu bestimmen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem Testsignal zugrunde liegt
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der musikalischen Harmonieerkennung und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Akkordtyps unter Verwendung eines Referenzvektors für eine Tonart des Akkordtyps.
In dem letzten Jahrzehnt wuchs aufgrund der deutlich verbesserten Speicher- und Klang-Optimierung von aufgenommenen musikalischen Stücken die Bedeutung einer Klassifizierung dieser Musik-Stücke in eine Musikstilrichtung. Dabei war jedoch zu berücksichtigen, dass sich in den letzten Jahren eine Vielzahl von Unterarten einer Musikstilrichtung ausgebildet haben, wobei sich eine Klassifikation in beispiels- weise die Musikstilrichtungen "Klassik", "Jazz", "Rock"... nicht mehr als ausreichend genug erwies. Hierbei war ferner zu beachten, dass durch die erhebliche Zunahme von veröffentlichten Musikstücken auch die Ausbildung von verschiedenen Musik-Geschmäckern verstärkt wurde. Durch die Zunahme der unterschiedlichen Musikgeschmäcker und der deutlichen Zunahme der veröffentlichten Musikstücke wurde dadurch auch eine Vorklassifizierung der Musikstücke notwendig, die dann meist als Meta-Daten (d.h. Daten über Daten) in elektronischer Form dem meist ebenfalls in elektronischer Form abge- speicherten Musikstück beigefügt werden. Da die Klassifikation des Stücks, so wie sie den Meta-Daten entnommen werden kann, oftmals durch den Wechsel des Musikgeschmacks überholt werden, war es notwendig, eine Möglichkeit zu schaffen, um Meta-Daten direkt aus den musikalischen Eigenschaf- ten eines Musikstückes zeitnah vor einer Klassifikation zu generieren, wobei dann eine Klassifikation des Musikstücks nicht in den Meta-Daten abgelegt werden braucht, sondern lediglich die musikalischen bzw. musiktheoretischen Eigen- schaften des Musikstückes aus diesem selbst erkannt werden und hieraus ein Rückschluss auf die Musikstilrichtung oder Unterklasse der Musikstilrichtung des Musikstückes gezogen werden kann.
Als ein deutliches Erkennungsmerkmal eines Musikstückes konnte in diesem Zusammenhang die Klassifizierung von auftretenden Akkordtypen, wie beispielsweise einem D-Dur- Akkord oder einem G-Moll-Akkord in einem Musikstück als wichtiges Merkmal bei einer Klassifikation des Musikstücks zu einer Musikstilrichtung oder Unterklasse einer Musikstilrichtung erkennen. In einem ersten Ansatz für eine Tonart-Erkennung eines Musikstückes wurde von David Temperley in dessen Schrift "The Recognition of Basic Musical Struc- tures", The MIT Press, 2001, Seiten 173 bis 187 vorgeschlagen, Tonartprofile durch eine empirische psycho-akustische Referenzmodellbildung erstellt werden. Diese Tonartprofile geben dann eine Häufigkeit an, wie oft ein bestimmter Ton bei einem beispielsweise C-Dur-Musikstück in diesem Musik- stück im Verhältnis zu anderen Tönen auftritt. Solche Tonartprofile sind beispielsweise in Fig. 5A für die Tonart C- Dur und in Fig. 5B für die Tonart D-Moll dargestellt. Soll nun ein zu untersuchendes Musikstück klassifiziert werden, werden die in diesem Musikstück auftretenden zeitlichen Dauern der einzelnen Halbtöne (beispielsweise C, Cis, D, ... ) mit Hilfe eines Histogramms ausgewertet und mit den Tonartprofilen für die einzelnen Tonarten korreliert, wobei ein Korrelationskoeffizient ermittelt wird. Im Anschluss hieran wird das zu untersuchende Musikstück in diejenige Tonart klassifiziert, die den höchsten Korrelationskoeffizienten des aus dem zu untersuchenden Musikstück resultierenden Histogramms und dem entsprechenden Tonartprofil ergibt.
Ein derartiges Vorgehen weist jedoch den Nachteil auf, dass für die Erstellung eines aussagekräftigen Histogramms (als ein aussagekräftiger Testsignalvektor) , ein zeitlich lang andauerndes Segment eines Musikstückes zu verwenden ist und sich innerhalb dieses Zeitsegmentes des zu untersuchenden Musikstückes die Tonart des Musikstückes ändern kann. Dies führt dann zu einer ungenauen Klassifikation des Musikstückes. Ferner lässt sich durch das vorstehend beschriebene Verfahren lediglich die Tonart des Musikstückes (bzw. des untersuchten Zeitsegmentes des Musikstückes) erkennen, die Erkennung der Tonart eines einzelnen Akkordes ist somit nicht sichergestellt. Dies resultiert vor allem daraus, dass für kurze Zeitsegmente kein aussagekräftiges Histogramm auf grund der kurzen Zeitdauer des Segmentes erstellt werden kann. Das zeitliche Auflösungsverhalten des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist somit eingeschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um einen einem Testsignal zugrunde liegenden Akkordtyp zu bestimmen, wobei die Bestimmung des Akkordtyps, der dem Testsignal zugrunde liegt eine verbesserte zeitliche Auflösung ermöglichen soll, als dies im Stand der Technik möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Akkordtyps gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Bestimmen eines Akkordtyps gemäß Anspruch 16 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem Testsignal zugrunde liegt, wobei der Akkordtyp durch ein Auftreten von vorbestimmten Frequenzen in einem Frequenzbereich des Testsig- nals definiert ist und die vordefinierten Frequenzen in dem Frequenzbereich des Testsignals Tönen in einer vorbestimmten Spektralspanne entsprechen, wobei ein erster Akkordtyp wenigstens einen ersten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat und wobei ein zweiter Akkordtyp einen zweiten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat, wobei sich der erste signifikante Ton von dem zweiten signifikanten Ton unterscheidet, und wobei die Vorrichtung zum Bestimmen folgende Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Referenzvektors für den Akkordtyp aus einer Mehrzahl von verschiedenen Referenzvektoren, wobei der Referenzvektor eine Mehrzahl von Referenzvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspanne zugeordnet sind, und wobei wenigstens ein Signifikanzreferenzvektorelement für jeden Referenzvektor für einen signifikanten Ton eines zugeordneten Akkordtyps vorgesehen ist;
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Testsignalvektors aus dem Testsignal, wobei der Testsignalvektor eine Mehrzahl von Testsignalvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspannung zugeordnet sind, wobei ein Testsignalvektorelement davon abhängig ist, ob der Ton, der dem Testsignalvektorelement zugeordnet ist, in dem Testsignal auftritt; und
eine Einrichtung zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor, wobei die Einrichtung zum Vergleichen ausgebildet ist, den Referenzvektor mit dem Testsignalvektor oder um verschiedene Verschiebungswerte zyklisch verschobene Versionen des Testsignalvektors zu vergleichen, um verschiedene Vergleichsergebnisse zu erhalten, die dem Testsignalvektor oder Verschiebungswerten zugewiesen sind, um auf der Basis eines extremen Vergleichsergebnisses und des demselben zugeordneten Verschiebungswertes den Akkordtyp zu bestimmen.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem Testsignal zugrunde liegt, wobei der Akkordtyp durch ein Auftreten von vorbe- stimmten Frequenzen in einem Frequenzbereich des Testsignals definiert ist und die vordefinierten Frequenzen in dem Frequenzbereich des Testsignals Tönen in einer vorbestimmten Spektralspanne entsprechen, wobei ein erster Akkordtyp wenigstens einen ersten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat und wobei ein zweiter Akkordtyp einen zweiten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat, wobei sich der erste signifikante Ton von dem zweiten signifikanten Ton unterscheidet, und wobei das Verfahren zum Bestimmen folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Referenzvektors für den Akkordtyp aus einer Mehrzahl von verschiedenen Referenzvektoren, wobei der Referenzvektor eine Mehrzahl von Referenzvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspanne zugeordnet sind, und wobei wenigstens ein Signifikanzreferenzvektorelement für jeden Referenzvektor für einen signifikanten Ton eines zugeordneten Akkordtyps vorgesehen ist;
Bereitstellen eines Testsignalvektors aus dem Testsignal, wobei der Testsignalvektor eine Mehrzahl von Testsignalvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspannung zugeordnet sind, wobei ein Testsignalvektorelement davon abhängig ist, ob der Ton, der dem Testsignalvektorelement zugeordnet ist, in dem Testsignal auftritt; und
Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor, wobei beim Vergleichen der Referenzvektor mit dem Testsignalvektor oder um verschiedene Verschiebungswerte zyklisch verschobene Versionen des Testsignalvektors verglichen wird, um verschiedene Vergleichsergebnisse zu erhalten, die dem Testsignalvektor oder Verschiebungswerten zugewiesen sind, um auf der Basis eines extremen Vergleichsergebnisses und des demselben zugeordneten Verschiebungswertes den Akkordtyp zu bestimmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Verwenden eines Referenzvektors und eines aus dem Testsignal ermittelten Testsignalvektors ein Ver- - b -
Vergleichen des Referenzsignalvektors mit dem Testsignalvektor erfolgen kann und der Akkordtyp direkt aus dem Ergebnis des Vergleichens abgeleitet werden kann. Hierzu ist gegenüber dem Stand der Technik nicht mehr das Bereitstel- len von einer hohen Anzahl von Referenzvektoren notwendig. Vielmehr kann beispielsweise für eine Klasse von Akkordtypen, wie die Dur-Akkorde, ein Referenzvektor bereitgestellt werden und aus der Kenntnis eines Abstandes zwischen zwei in einem Akkord auftretenden Tönen durch ein zyklisches Verschieben des Testvektors und einem Vergleichen der verschobenen Version des Testvektors mit dem Referenzvektor ein Grundton des zu bestimmenden Akkordtyps ermittelt werden.
Der erfindungsgemäße Ansatz bietet den Vorteil, dass nicht mehr eine statistische Verteilung des Auftretens von Tönen bzw. Halbtönen (Histogramm) in dem Testsignal zur Bestimmung des Akkordtyps notwendig ist. Vielmehr kann der Akkordtyp durch das Bereitstellen des Referenzvektor und dem aus dem Testsignal abgeleiteten Testsignalvektor mit einer anschließenden einfachen zyklischen Verschiebung der Elemente des Testsignalvektors auf einfache Art und Weise der Akkordtyp, der dem Testsignal zugrunde liegt, bestimmt werden. Herbei braucht dann nicht, wie im Stand der Technik, auf eine hohe Anzahl von (psycho-akustisch ermittelten) Referenzvektoren zurückgegriffen werden. Weiterhin ist auch, gegenüber dem Stand der Technik, das Vorliegen eines zeitlich lang andauernden Testsignals zur Akkordtypbestimmung nicht notwendig. Die bedeutet, dass das Testsignal, dem der Akkordtyp zugrunde liegt, deutlich kürzer sein kann als in herkömmlichen Ansätzen. Dies resultiert insbesondere daraus, dass im erfindungsgemäßen Ansatz lediglich das Auftreten eines Tons innerhalb des Testsignals in einem Element des Testsignalvektors erfasst wird und somit beispielsweise ein gleichzeitiges Klingen von verschiedenen Tönen in einer zeitlich kurzen Spanne (beispielsweise einer Viertelnote) ausreicht, um über den spektralen Abstand der Töne den dem Testsignal zugrunde liegende Akkordtyp zu erkennen. Der er- findungsgemäße Ansatz bietet somit gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, deutlich kleinere Zeitsegmente auf Akkordtypen hin untersuchen zu können und somit eine deutlich höhere Granularität der Akkordtypbestimmung innerhalb eines Testsignals zu erreichen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Akkordtyps;
Fig. 2 eine Tabelle über musiktheoretisch bereitstellbare Referenzvektoren für verschiedene Klassen von Akkordtypen;
Fig. 3A eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels des bis 3C erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Ak- kordtyps;
Fig. 4 eine tabellarische Darstellung der Zuordnung eines Akkordtyps gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Aus- führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 5A eine Darstellung von Histogrammen, die in einer und 5B herkömmlichen Tonartbestimmung als Referenzvektoren verwendet werden.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem Testsignal zugrunde liegt. Hierbei umfasst die Vorrichtung 100 eine Einrichtung 102 zum Be- reitstellen eines Referenzvektors, eine Einrichtung 104 zum Bereitstellen eines Testsignalvektors sowie eine Einrichtung 106 zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor. Die Einrichtung 102 zum Bereitstellen eines Testvektors kann beispielsweise derart ausgebildet sein, um je einen Referenzvektor für Dur-Akkorde, Moll-Akkorde oder weitere Akkordklassen bereitzustellen, und diese über eine Verbindung 108 der Einrichtung 106 zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor zuzuführen. Ferner kann die Einrichtung 104 zum Bereitstellen eines Testsig- nalvektors ausgebildet sein, um aus einem Testsignal 110 den Testsignalvektor zu ermitteln und diesen Testsignalvektor über die Verbindung 112 der Einrichtung 106 zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor zuzuführen. Hierbei kann beispielsweise das Testsignal 110 in einer Zeitbereichsdarstellung vorliegen, die einer analoge oder digitalen Darstellung des zu untersuchenden Musikstücks entspricht. Die Einrichtung 104 zum Bereitstellen eines Testsignalvektors kann dann das Testsignal einer Zeitbereichs-Frequenzbereichs-Transformation unterziehen, wodurch die in dem Testsignal auftretenden Frequenzen ermittelt werden können und beispielsweise eine Information über eine Amplitude in diesen, in dem Testsignal auftretenden Frequenzen, in einzelne Elemente des Testvektors geschrieben werden können. Üblicherweise werden dann die in dem Testsignal auftretenden Frequenzen entsprechenden Halbtönen in einer Oktav zugeordnet. In der Einrichtung 106 zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor wird durch eine nachfolgend näher beschriebene Vorgehensweise ein Akkordtyp bestimmt und dieser über einen Ausgang 114 ausgegeben.
Das in der Einrichtung 106 zum Vergleichen durchgeführte Verfahren der Akkordbestimmung basiert im Grunde auf einem Mustererkennungsverfahren. Tonale Ereignisse (d.h. das Auftreten von Tönen in dem Testsignal) werden mit einem (oder mehreren) Referenzvektoren verglichen, die verschiedene Akkordtypen bzw. Akkordtypklassen repräsentieren. Diese Refe- renzvektoren können eine Anzahl von beispielsweise 12 Referenzvektorelementen aufweisen, die den 12 verschiedenen Halbtönen in einer Oktav der westlichen Notenskala entsprechen. Weiterhin können dann diejenigen Referenzvektorelemente auf den Wert 1 gesetzt werden, bei denen entsprechen- de Noten oder Töne in dem entsprechenden Akkordtyp oder der Klasse von Akkordtypen auftreten, wobei dann die anderen Referenzvektorelemente auf den Wert 0 gesetzt werden können. Die in einem Akkord auftretenden Töne sind dabei für den Akkordtyp signifikant und werden in der nachfolgenden Beschreibung als Signifikanz-Referenzvektorelemente bezeichnet. Beispielsweise kann der Referenzvektor für einen Dur-Akkord den Wert 1 in dem ersten, fünften und achten (Signifikanz-) Referenzvektorelement enthalten oder der Referenzvektor für einen Moll-Akkord den Wert 1 in dem ers- ten, vierten und achten Referenzvektorelement enthalten, wogegen die anderen Referenzvektorelemente in den jeweiligen Referenzvektoren den Wert 0 haben.
Alternativ zu Dur- oder Moll-Referenzvektoren können auch weitere Referenzvektoren verwendet werden, wie sie grob in der tabellarischen Darstellung in Fig. 2 wiedergegeben sind. Hierbei sind in den Zeilen der in Fig. 2 dargestellten Tabelle verschiedene Klassen von Akkorden, beispielsweise Dur- oder Moll-Akkorde sowie weitere Akkordklasse wie sus4, diminished (= vermindert), oder augmented (= übermäßig) aufgeführt, wobei in den Spalten zunächst ein Hauptakkord HA für die jeweilige Akkordklasse angegeben wurde und nachfolgend weitere Nebenakkorde wie einem Septakkord (durch die Spalten-Bezeichnung 7 gekennzeichnet) , ein wei- terer Septakkord (durch die Spalten-Bezeichnung m.7 gekennzeichnet) und ein weiterer Akkord, der durch die Spaltenbezeichnung 9 gekennzeichnet ist. Die entsprechenden Referenzvektoren können dabei die folgende Form annehmen: Dur: 100010010000 Moll: 100100010000 Vermindert: 100100100000 Übermäßig: 100010001000 Dur 7: 100010010010 Moll 7: 100100010010 Dur m7: 100010010001 Moll m7: 100100010001 Dur sus4: 100001010000 Dur sus4 7: 100001010010 Dur sus4m7: 100001010001 Dur 9: 101010010000 Moll 9: 101100010000
Weiterhin kann in der Einrichtung 104 zum Bereitstellen, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, beispielsweise eine Matrix mit 12 Zeilen erstellt werden, wobei jede Zeile einen Halbton der westlichen Notenskala repräsentiert und benach- barte Spalten dieser Matrix zeitlich aufeinanderfolgenden Segmenten des zu untersuchenden Musikstückes entsprechen. Im vorliegenden Beispiel kann dann das Testsignal als ein zeitliches Segment des Musikstücks betrachtet werden, das in einer Spalte der Matrix aufgetragen ist. Die Elemente der Matrix werden vorzugsweise bei der Initialisierung der Matrix auf null gesetzt. Um die Halbtöne in der entsprechenden Matrix zu bestimmen, kann, wie oben näher dargestellt wurde, beispielsweise eine FFT (FFT = Fast Fourier Transformation = schnelle Fourier Transformation) als Zeit- Frequenzbereichstransformation verwendet werden. Hierdurch werden aus einem Zeitsegment des Musikstückes die in diesem Zeitsegment auftretende Frequenzen ermittelt und in der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 104 zum Bereitstellen eines Testsignalvektors in diejenigen Testsignalvektorelemen- te eine Information über das Auftreten einer Frequenz eingetragen, die den entsprechenden Frequenzen (Halbtönen) zugewiesen sind. Für jedes Zeitsegment (d.h. für jeden Zeit- Rahmen) können somit die Amplituden oder von Amplituden ab- geleitete Werte in die Spalten der zuvor genannten Matrix eingetragen werden. Sollte ein Ton in mehr als einer Oktave innerhalb des Zeitsegmentes oder des Zeit-Rahmens auftreten, können die Amplituden oder von Amplituden abgeleitete Werte derjeninge Töne, die den gleichen Grundton haben aber in mehreren Oktaven auftreten, zusammen addiert und in die entsprechenden Zeile und Spalte eingetragen werden. Dies resultiert darin, dass dieser Ton ein höheres Gewicht für eine nachfolgende Verarbeitung erhält. Jede Spalte dieser Matrix wird dann sukzessive mit allen Referenzvektoren verglichen, was beispielsweise durch die Berechnung eines Ska- larproduktes aus dem Referenzvektor und dem aus einer Spalte der Matrix gebildeten Testsignalvektor durchgeführt werden kann. Weiterhin werden die Referenzvektoren, die aus den Spalten der Matrix gebildet wurden, derart zyklisch verschoben, so dass alle Elemente, die nicht den Wert 0 haben, einmal an der vordersten Position des Referenzsignalvektors angeordnet sind und in einer derartigen Anordnung ein Vergleichsergebnis, beispielsweise durch eine Ska- larproduktbildung ermittelt . wird. Hierzu ist ferner anzumerken, dass zu einer Vereinfachung der Vergleichsergebnisbildung auch nicht direkt die Amplituden der in den Zeitsegment auftretenden Frequenzen oder der entsprechenden Halbtöne verwendet werden, sondern dass durch eine Schwell- wertbildung festgestellt werden kann, ob eine Frequenz in dem Testsignal (d.h. dem zu untersuchenden Zeitsegment) in einer ausreichenden Stärke für die weitere Signalverarbeitung vorhanden ist. Diese ausreichende Stärke kann beispielsweise durch das Überschreiten des Amplitudenwertes über den Schwellwert gekennzeichnet sein, wobei dann bei dem Überschreiten des Amplitudenwertes das entsprechende Testsignalvektorelement den Wert 1 erhält und für den Fall, dass die Amplitude den Stellenwert des entsprechenden Tones nicht überschreitet, das Testsignalvektorelemente des ent- sprechenden Halbtons den Wert 0 erhält. Durch eine derartige Zuordnung bzw. Schwellenwertbildung lassen sich dann eindeutigere Ergebnisse ermitteln, wobei möglicherweise fehlerhafte Amplitudenwerte, die aus einer unpräzisen Zeit- Frequenzbereichstransformation resultieren, in ihrer Wirkung abgeschwächt werden können.
Durch ein solches zyklisches Verschieben der Elemente des Testsignalvektors lassen sich somit alle möglichen Akkord- umkehrungen überprüfen. Die Klasse von Akkordtypen, die durch den Referenzvektor gekennzeichnet ist, der bei dem Vergleichen beispielsweise durch die Skalarproduktbildung das höchste Skalarprodukt ergab, wird dann als Klasse des Akkordtyps ausgegeben. Weiterhin wird der entsprechende Grundton des erkannten Akkordtyps aus der Anzahl von erfolgten zyklischen Verschiebungen ermittelt, die zu dem höchsten Skalarprodukt führte.
Um zu verhindern, dass eine derartige Vorrichtung zum Bestimmen eines Akkordtyps unvollständige Akkorde identifiziert, kann ein zusätzliches Kriterium angewandt werden. Die Ergebnisse der Skalarproduktbildung für Referenzvektoren, die in einer Komponente des Referenzvektors den Wert 1 enthalten und an der entsprechenden Stelle des Eingangsvektors (Testvektors) den Wert 0 aufweisen, werden bei der Bestimmung des Akkordtyps außer Acht gelassen. Für den Fall, dass nur Referenzvektoren bereitstehen, die in Verbindung mit einem Eingangsvektor zu einem solchen außer Acht lassen der Ergebnisse für die Akkorderkennung führt, kann der hierin vorgeschlagene Algorithmus derart ausgebildet sein, dass er die einzelnen Noten in dem entsprechenden Zeitrahmen oder Zeitsegment ausgibt.
Für den Fall, dass der Eingangsvektor mehr Elemente als der Referenzvektor hat, wird die näheste Übereinstimmung zwischen Eingangsvektor und Referenzvektor gewählt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass im Eingangsvektor einzelne Elemente herausgenommen werden, wodurch der Ein- gangsvektor in seiner Länge reduziert ist. Dieser reduzierte Eingangsvektor kann dann mit dem oder den entsprechenden Referenzvektor (en) verglichen, bzw. das Skalarprodukt gebildet werden und das Ergebnis, das den besten Vergleichs- wert oder das höchste Skalarprodukt liefert, als Endergebnis ausgegeben werden. In diesem Fall wird dann ein von der Amplitude der entsprechenden Noten abhängiger Wert besonders relevant, da laute Töne dann ein höheres Gewicht bei der Berechnung des Skalarproduktes erhalten. Als letzter Schritt kann eine Erzeugung einer Textdatei erfolgen, die alle identifizierten Akkorde bzw. Akkordtypen in chronologischer Reihenfolge enthält.
Ferner können Harmonien, deren zeitliche Dauer zu kurz für eine Berücksichtigung ist, von der Liste entfernt werden, da eine sichere Annahme darin gesehen werden kann, dass passende Akkorde nicht innerhalb von Millisekunden- Intervalle wechseln.
Es ist somit ein großer Vorteil des vorstehend vorgeschlagenen Algorithmus dass dieser eine Aufwärtskompatibilität zur Bestimmung von weiteren Akkordtypen aufweist, was einfach durch ein Hinzufügen von neuen Referenzvektoren zu der Akkordmatrix möglich ist.
Fig. 3 zeigt die Vorgehensweise bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel. Hierzu wird wie beispielsweise die in der Beschreibung zu Fig. 1 genannte Matrix verwendet, die in den Zeilen die. Töne bzw. Halbtöne einer Oktav und in den Spalten die einzelnen Zeitsegmente oder Zeitrahmen des zu untersuchenden Musikstückes wiedergibt. In Fig. 3A ist eine Spalte einer derartigen Matrix nunmehr als Eingangvektor 302 in Zeilen- form wiedergegeben, wobei jedes Element dieses Eingangsvektors einen Halbton der westlichen Notenskala entspricht, deren Halbtöne bzw. Halbtonschritte in der Zeile 304 wiedergegeben sind. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Amplituden der in dem Eingangsvektor vorkommenden Frequenzen oder Halbtönen (d.h. in dem dem Eingangsvektor entsprechenden Zeitsegment vorkommenden Frequenzen bzw. Halbtönen) nur eine Amplitude von 1 oder 0 aufweisen. Analog kann auch eine Normierung auf den Wert 1 erfolgen, wenn die Amplitude des entsprechenden Tons einen Schwellwert ü- berschreitet oder eine Normierung auf den Wert 0 erfolgen, wenn die Amplitude zu dem entsprechenden Ton den Schwellwert unterschreitet. Zwischenwerte werden somit durch die vorstehend beschriebene Schwellwertentscheidung eliminiert. Eine solche Elimination ist jedoch nicht zwingend für die Funktionsfähigkeit des beschriebenen Verfahrens notwendig.
Zur Untersuchung der in den einzelnen Zeitsegmenten des zu untersuchenden Musikstücks auftretenden Akkordtypen wird die vorstehend beschriebene Matrix spaltenweise durchlaufen und somit die jeweils aktuelle Spalte als Eingangsvektor 302 untersucht, wie in Fig. 3A dargestellt ist. Die Akkorderkennung beruht dann darauf, diesen Vektor 302 in allen möglichen Umstellungen mit Referenzvektoren zu vergleichen, die die verschiedenen Akkordarten repräsentieren. Die bisher implementierten Referenzvektoren entsprechen dabei den unter Bezugnahme auf die Figur 2 näher erläuterten Referenzvektoren. Beispielsweise wurde als Referenzvektor für die Moll-Akkorde die Folge von den Werten 100100010000 verwendet .
Zunächst wird dann im erfindungsgemäßen Vorgehen der Eingangsvektor 302 wenn nötig so verschoben, dass das erste Element (d.h. dasjenige Element, das an der vordersten Position des Referenzvektors steht) nicht den Wert 0 hat. Da in Fig. 3A der Eingangsvektor die Werte 010001000010 hat, kann durch ein zyklisches Verschieben des Eingangsvektors um ein Element nach links ein verschobener Eingangsvektor erhalten werden, der an der im ersten Vektorelement (d.h. an der vordersten Position) den Wert 1 hat. Eine solche Verschiebung um ein Element ist in der Zeile 306 in Fig. 3A dargestellt. Für eine solche Umstellung, wie sie in der Zeile 306 durchgeführt wurde, kann dann ein Vergleichswert in Form eines Skalarproduktes berechnet werden, wie er unter Verwendung des Referenzvektors für Moll-Akkorde in einem Skalarproduktwert von 1 resultiert. Eine Aufstellung von derartigen Skalarproduktwerten unter Verwendung des Re- ferenzvektors für Moll-Akkorde und den entsprechenden Verschiebungswerten ist in Fig. 4 näher dargestellt. Der Verschiebungswert gibt hierbei die Anzahl von Verschiebungen an, um die ein verschobener Eingangsvektor in bezug auf den ursprünglichen Eingangsvektor 302 zyklisch verschoben wurde.
Für die Bildung der ersten Umkehrung wird dann der in Zeile 306 verschobene Eingangsvekor um weitere 4 Elemente zyk- lisch nach links verschoben, so dass wiederum der Wert 1 an einer vordersten bzw. ersten Position des neuen verschobenen Eingangsvektors auftritt. Eine derartige Verschiebung um 4 weitere Elemente ist in Fig. 3A in Zeile 308 dargestellt. Eine Berechnung des Skalarproduktes für diesen Ver- schiebungswert (d.h. den Verschiebungswert 5 = 1 + 4) lässt ergibt den Skalarproduktwert 1. Analog wird auch zur Bildung der zweiten Umkehrung wiederum eine zyklische Linksverschiebung durchgeführt, bis wieder an der vordersten bzw. ersten Position des dritten verschobenen Eingangsvek- tors wieder der Wert 1 steht. Ein solcher dritter verschobener Eingangsvektor mit dem Wert 1 an der vordersten bzw. ersten Position des dritten verschobenen Eingangsvektors kann durch eine weitere Verschiebung von 5 Elementen durchgeführt werden, so wie es der Fig. 3A in Zeile 310 erkenn- bar ist. Durch die Bildung des Skalarproduktes für den dritten verschobenen Eingangsvektor unter Verwendung des Referenzvektors für Moll-Akkorde kann somit ein Skalarproduktwert von 3 ermittelt werden wie es durch die Skalarproduktbildung in Fig. 3B dargestellt ist. Bei dieser Ska- larproduktbildung wird der Referenzvektor für Moll-Akkorde 312 mit dem dritten verschobenen Eingangsvektor wie er aus Fig. 3A Zeile 310 resultiert Elementweise multipliziert und die Produkte nachfolgend Elementweise addiert, woraus sich der Skalarproduktewert von 3 ergibt. Wird demgegenüber ein Referenzvektor für Dur-Akkorde 314 verwendet, wie er in Fig. 3C dargestellt ist, und hieraus mit dem dritten verschobenen Eingangsvektor das Skalarprodukt gebildet, resultiert ein Wert von zwei, der somit niedriger als das Ska- larprodukt bei der Verwendung des Referenzvektors für Moll- Akkorde ist. Hieraus kann geschlossen werden, dass für die Bedingung der Maximierung des Skalarproduktes (d.h. der Suche nach extremen Vergleichsergebnissen) der entsprechende Akkordtyp des ursprünglichen Eingangsvektors 302 ein Moll- Akkord sein muss, da das Skalarprodukt für den Moll- Referenzvektor 312 höher ist als das Skalarprodukt des Dur- Referenzvektors 314 jeweils bezogen auf den dritten verschobenen Eingangsvektor. In einer alternativen Vorgehens- weise kann auch je ein Skalarprodukt zwischen jeder einzelnen Umkehrung und jedem einzelnen Referenzvektor gebildet werden und letztendlich derjenige Referenzvektor bestimmt werden, unter dessen Verwendung das höchste Skalarprodukt erzeugt wurde.
Der Grundton des Akkordtyps kann dann durch eine Auswertung desjenigen Verschiebungswertes erfolgen, um den der Eingangsvektor 302 verschoben wurde um den verschobenen Eingangsvektor zu erhalten, unter dessen Verwendung mit dem Referenzvektor das maximale . Skalarprodukt berechnet wurde. Für das in Fig. 3 gewählte Ausführungsbeispiel des Eingangsvektors 302 kann somit bei einer zyklischen Linksverschiebung um 10 Elemente und unter Verwendung des Referenzvektors für Moll-Akkorde das maximale Skalarprodukt (mit dem Wert von 3) ermittelt werden, wobei der Verschiebungswert von 10 zu einem Grundton A# führt, woraus der Akkordtyp A#-Moll resultiert. Eine derartige Zuordnung 400 von Verschiebungswerten zu Akkordtypen ist in Fig. 4 näher dargestellt. Eine derartige Zuordnung 400 kann auch als Look- up-Tabelle beispielsweise in einem Speicher in der Einrichtung 106 zum Vergleichen des Referenzvektors mit dem Testsignalvektor implementiert sein, um eine deutliche Beschleunigung bei der Ermittlung des Akkordtyps bei Kenntnis der Verschiebungswertanzahl zu erhalten.
Alternativ zu der zuvor genannten Möglichkeit der Su mation von Amplituden von in verschiedenen Oktaven auftretenden Tönen kann auch eine Löschung von Obertönen stattfinden. Jede Musiknote - mit Ausnahme von reinen synthetischen Sinussignalen - bestehen aus mehr als einer Frequenzkomponen- te. Diese zusätzlichen Komponenten sind als Obertöne oder harmonische bekannt und erscheinen in der Spektraldarstel- lung bei Vielfachen ihrer Grundfrequenz. Um eine verlässliche Harmonischen-Analyse aus einer Frequenzbereichsdarstellung eines Musiksignals zu erhalten, besteht die Schwierigkeit vor allem darin, diese Obertöne zu identifizieren und möglichst für die Akkordfindung nur den Grundton (in einer Oktav) zu verwenden. Hierbei wurden für die weitere Akkorderkennung zwei Annahmen getroffen:
1. Ein Oberton kann lediglich während der Zeitdauer auftreten, während der auch der Grundton präsent ist. 2. Der Amplitudenpegel der Obertöne überschreitet nicht den Pegel des Grundtons.
Insbesondere die zweite Annahme erweist sich als problematisch, da es in polyphoner Musik durchaus häufig vorkommt, dass zwei Grundtöne zeitgleich auftreten, wobei der höhere Grundton einen niedrigeren Pegel hat, als der niedrigere Grundton, während der höhere Grundton ein Oberton des niedrigeren Grundtons ist. Nach der obigen Annahme müsste der höhere Grundton dann gelöscht werden. Dies kann bei der Ak- korderkennung dazu führen, dass bei der Bestimmung eines Akkordtyps diejenigen Töne, die außerhalb einer betrachteten Oktav liegen nicht für die Bestimmung des Akkordtyps verwendet werden.
Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem Testsignal zugrunde liegt in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Compu- terprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. Mit anderen Worten ausge- drückt, kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Zusammenfassend lässt sich somit sagen, dass aus einem zu untersuchenden Musikstück eine Matrix gebildet werden kann, die in den Zeilen die Halbtöne einer Oktave und in den Spalten die Zeitsegmente, d.h. die Zeitrahmen des zu untersuchenden Musikstücks enthält und in den jeweiligen Matrix- elementen Werte eingetragen werden können, die von Amplitudenwerten der zu den entsprechenden Zeitsegmenten und Halbtönen auftretenden Amplituden entsprechen. Um die Akkorderkennung durchzuführen, kann Matrix nun spaltenweise durchlaufen werden und die jeweils aktuelle Spalte als Vektor untersucht werden. Die Akkorderkennung beruht dann darauf, diesen Vektor in allen möglichen Umstellungen mit Referenzvektoren zu vergleichen, die die verschiedenen Akkordarten repräsentieren.
Zunächst kann der Eingangsvektor, d.h. eine Spalte der Matrix wenn nötig so verschoben werden, dass das erste Element keinen Wert von 0 hat. Dann werden die Skalarprodukte mit allen Referenzvektoren gebildet. Anschließend wird dies auch für alle Umstellungen des Eingangsvektors berechnet. In einer besonderen Form braucht für alle Vergleiche, bei denen der Referenzvektor Einsen in Elementen besitzt, in denen der Eingangsvektor Nullen hat, im folgenden nicht gewertet werden. Ist dies für alle Vergleiche der Fall, werden vom hier vorgestellten Algorithmus beispielsweise die Einzeltöne ausgegeben. Ansonsten "gewinnt" der Referenzvektor mit dem höchsten Skalarprodukt. Der Grundton ergibt sich aus der Anzahl der Elemente, um die der Eingangsvektor für den Vergleich mit dem höchsten Ergebnis verschoben wur- de. In den Figuren 3 und 4 ist der Moll-Referenzvektor derjenige mit dem höchsten Skalarprodukt, und zwar für den Vergleich mit der zweiten Umkehrung gegenüber beispielsweise den Dur-Referenzvektor. Daher wird ein Moll-Akkord ange- nommen. Der Grundton ergibt sich daraus, dass der Vektor für das höchste Skalarprodukt durch Verschiebung von insgesamt 10 Elementen zu Stande kommt. 10 Halbtöne über dem C liegt A#, d.h. wird ein Akkordtyp A#-Moll angenommen. Es werden vorzugsweise nur Akkorde ausgegeben, die für eine Mindestdauer von beispielsweise 10 Zeitrahmen behalten werden. Die gefundenen Akkorde können dann in chronologischer Reihenfolge mit ihren jeweiligen Dauern in eine Textdatei eingetragen und diese Textdatei ausgegeben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem Testsignal (110) zugrunde liegt, wobei der Ak- kordtyp durch ein Auftreten von vorbestimmten Frequenzen in einem Frequenzbereich des Testsignals (110) definiert ist und die vordefinierten Frequenzen in dem Frequenzbereich des Testsignals (110) Tönen in einer vorbestimmten Spektralspanne entsprechen, wobei ein erster Akkordtyp wenigstens einen ersten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat und wobei ein zweiter Akkordtyp einen zweiten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat, wobei sich der erste signifikante Ton von dem zweiten signifikanten Ton unterscheidet, und wobei die Vorrichtung (100) zum Bestimmen folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung (102) zum Bereitstellen eines Referenzvektors (312, 314) für den Akkordtyp aus einer Mehrzahl von verschiedenen Referenzvektoren (312, 314), wobei der Referenzvektor (312, 314) eine Mehrzahl von Referenzvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspanne zugeordnet sind, und wobei wenigstens ein Signifikanzreferenzvektorelement für jeden Referenzvektor für einen signifikanten Ton eines zugeordneten Akkordtyps vorgesehen ist; eine Einrichtung (104) zum Bereitstellen eines Testsignalvektors (302) aus dem Testsignal (110), wobei der Testsignalvektor (302) eine Mehrzahl von Testsignalvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspannung zugeordnet sind, wobei ein Testsignalvektorelement davon abhängig ist, ob der Ton, der dem Testsignalvektorelement zugeordnet ist, in dem Testsignal (110) auftritt; und eine Einrichtung (106) zum Vergleichen des Referenzvektors (312, 314) mit dem Testsignalvektor (302), wobei die Einrichtung (106) zum Vergleichen ausgebildet ist, den Referenzvektor (312, 314) mit dem Testsignalvektor (302) oder um verschiedene Verschiebungswerte zyklisch verschobene Versionen des Testsignalvektors (302) zu vergleichen, um verschiedene Vergleichsergebnisse zu erhalten, die dem Testsignalvektor (302) oder Verschiebungswerten zugewiesen sind, um auf der Basis eines extremen Vergleichsergebnisses und des demselben zugeordneten Verschiebungswertes den Akkordtyp zu bestimmen.
2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die vorbestimmte Spektralspanne einer Oktav und die Töne in der vorbestimmten Spektralspanne Halbtönen in der Oktav entsprechen, wobei die Einrichtung (102) zum Bereitstellen des Referenzvektors (312, 314) ausgebildet ist, einen Referenzvektor (312, 314) mit zwölf Referenzvektorelementen bereitzustellen und wobei die Einrichtung (104) zum Bereitstellen des Testsignalvektors (302) ausgebildet ist, um einen Testsignalvektor (302) mit 12 Testsignalvektorelementen bereitzustellen.
3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung (104) zum Bereitstellen eines Testsignalvektors (302) ausgebildet ist, um ein in einer Zeitbereichsdarstellung vorliegendes Testsignal (HO) in eine Frequenzbereichsdarstellung zu transformieren.
4. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Einrichtung (106) zum Vergleiche ausgebildet ist, um eine Skalarproduktbildung zwischen dem Referenzvektor (312, 314) und dem Testsignalvektor (302) oder um verschiedene Verschiebungswerte zyklisch verschobene Versionen des Testsignalvektors (302) durchzuführen, um das Vergleichsergebnis zu erhalten.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Einrichtung (104) zum Bereitstellen des Testsignalvektors (302) ausgebildet ist, um einem Testsignalvektorelement einen von einem Amplitudenwert des dem Testsignalvektorelement entsprechenden Tones abhängigen Wert zuzuweisen.
6. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, bei dem die Einrichtung (104) zum Bereitstellen eines Testsignalvektors (302) ausgebildet ist, um einem Testsignalvektorelement einen Wert von eins zuzuweisen, wenn der dem Testsignalvektorelement entsprechende Ton einen Amplitudenwert aufweist, der einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet und bei dem die Einrichtung (104) zum Bereitstellen eines Testsignalvektors (102) ausgebildet ist, dem Testsignalvektorelement einen Wert von null zuzuweisen, wenn der dem Testsignalvektorelement entsprechende Ton einen Amplitudenwert aufweist, der den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
7. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, bei der die Ein- richtung (106) zum Vergleichen ausgebildet ist, um die Testsignalvektorelemente des Testsignalvektors (302) um einen Verschiebungswert zyklisch derart zu verschieben, dass ein Testsignalvektorelement mit einem Wert von eins an einer vordersten Position in dem verschobenen Testsignalvektor (306, 308, 310) angeordnet ist, wobei die Einrichtung zum Vergleichen (106) ferner ausgebildet ist, um ein Vergleichsergebnis des Referenzvektors mit dem verschobenen Testsignalvektor (306, 308, 310) zu bestimmen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, bei der die Einrichtung (106) zum Vergleichen ferner ausgebildet ist, um den verschobenen Testsignalvektor (306, 308, 310) um einen weiteren Verschiebungswert derart zyklisch zu verschieben, dass wieder ein Testsignalvektorelement mit einem Wert von eins an einer vordersten Position in dem neuen verschobenen Testsignalvektor (308, 310) an- geordnet ist, wobei die Einrichtung (106) zum Vergleichen ferner ausgebildet ist, um ein Vergleichsergebnis des Referenzvektors (312, 314) mit dem neuen verschobenen Testsignalvektor (308, 310) zu bestimmen.
9. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Einrichtung (106) zum Vergleichen ausgebildet ist, um kein Vergleichsergebnis zwischen dem Referenzvektor (312, 314) und dem Testsignalvektor (302) oder einer um einen Verschiebungswert zyklisch verscho- benen Version des Testsignalvektors (302) zu bestimmen, wenn dasjenige Testsignalvektorelement den Wert null aufweist, das an einer Position in dem Testsignalvektor (302) angeordnet ist, die einer Position eines Signifikanz-Referenzvektorelements in dem Referenzvektor (312, 314) entspricht.
10. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Einrichtung (106) zum Vergleichen ausgebildet ist, um kein Vergleichsergebnis zwischen dem Refe- renzvektor (312, 314) und dem Testsignalvektor (302) zu bestimmen, wenn eine zeitliche Dauer der Töne in der vorbestimmten Spektralspanne einen vorbestimmten Mindestdauer-Schwellwert unterschreitet .
11. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Einrichtung (102) zum Bereitstellen eines Referenzvektors (312, 314) ausgebildet ist, um einen ersten Referenzvektor (312) für eine erste Klasse von Akkordtypen und einen zweiten Referenzvektor (314) für eine zweite Klasse von Akkordtypen bereitzustellen.
12. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 11, bei der die Akkordtypen der ersten Klasse Dur-Akkorde und die Akkordtypen der zweiten Klasse Moll-Akkorde sind, wobei typen der zweiten Klasse Moll-Akkorde sind, wobei die Einrichtung (102) zum Bereitstellen eines Referenzvektors (312, 314) ausgebildet ist, um als ersten Referenzvektor (314) eine Folge von Werten der Referenzvek- torelemente von 10001001000- und als zweiten Referenzvektor (312) eine Folge von Werten der Referenzvektorelemente von 100100010000 bereitzustellen.
13. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Einrichtung (104) zum Bereitstellen des Testsignalvektors (302) ausgebildet ist, um ein empfangenes Signal in ein erstes Testsignal und ein auf das erste Testsignal zeitlich nachfolgendes zweites Testsignal zu trennen, wobei die Einrichtung (104) zum Be- reitstellen eines Testsignalvektors (302) ferner ausgebildet ist, um einen ersten Testsignalvektor auf der Basis des ersten Testsignals und einen zweiten Testsignalvektor auf der Basis des zweiten Testsignals bereit-' zustellen, wobei ferner die Einrichtung (106) zum Ver- gleichen ausgebildet ist, um einen ersten Akkordtyp auf der Basis des ersten Testsignalvektors zu bestimmen und einen zweiten Akkordtyp auf der Basis des zweiten Testsignalvektors zu bestimmen.
14. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das Testsignal (110) einen Signalanteil in einem Frequenzsegment aufweist, der außerhalb der vorbestimmten Spektralspanne liegt, wobei die Einrichtung (106) zum Bereitstellen eines Testsignalvektors (302) ausgebildet ist, um ein Testsignalvektorelement in Abhängigkeit von dem Signalanteil zu verändern.
15. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Einrichtung (106) zum Vergleichen einen Speicher umfasst, dem eine Zuordnung (400) von einem Referenzvektor (312) und einem Verschiebungswert zu einem Akkordtyp abspeicherbar ist, wobei die Einrichtung (106) zum Vergleichen ferner ausgebildet ist, um ein Vergleichsergebnis mit der Zuordnung (400) des Referenzvektors (312) und eines Verschiebungswertes zu dem Akkordtyp zu verknüpfen.
16. Verfahren zum Bestimmen eines Akkordtyps, der einem TestSignal (110) zugrunde liegt, wobei der Akkordtyp durch ein Auftreten von vorbestimmten Frequenzen in einem Frequenzbereich des Testsignals (110) definiert ist und die vordefinierten Frequenzen in dem Frequenzbe- reich des Testsignals (110) Tönen in einer vorbestimmten Spektralspanne entsprechen, wobei ein erster Akkordtyp wenigstens einen ersten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat und wobei ein zweiter Akkordtyp einen zweiten vordefinierten signifikanten Ton in der Spektralspanne hat, wobei sich der erste signifikante Ton von dem zweiten signifikanten Ton unterscheidet, und wobei das Verfahren zum Bestimmen folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Referenzvektors (312, 314) für den Akkordtyp aus einer Mehrzahl von verschiedenen Referenzvektoren (312, 314), wobei der Referenzvektor (312, 314) eine Mehrzahl von Referenzvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspanne zugeordnet sind, und wobei wenigstens ein Signifikanzreferenzvektorelement für jeden Referenzvektor für einen signifikanten Ton eines zugeordneten Akkordtyps vorgesehen ist; Bereitstellen eines Testsignalvektors (302) aus dem Testsignal (110), wobei der Testsignalvektor (302) eine Mehrzahl von Testsignalvektorelementen aufweist, die je einem Ton in der Spektralspannung zugeordnet sind, wobei ein Testsignalvektorelement davon abhängig ist, ob der Ton, der dem Testsignalvektorelement zugeordnet ist, in dem Testsignal (110) auftritt; und Vergleichen des Referenzvektors (312, 314) mit dem Testsignalvektor (302), wobei beim Vergleichen der Referenzvektor (312, 314) mit dem Testsignalvektor (302) oder um verschiedene Verschiebungswerte zyklisch verschobene Versionen des Testsignalvektors (302) verglichen wird, um verschiedene Vergleichsergebnisse zu erhalten, die dem Testsignalvektor (302) oder Verschiebungswerten zugewiesen sind, um auf der Basis eines extremen Vergleichsergebnisses und des demselben zugeordneten Verschiebungswertes den Akkordtyp zu bestimmen.
17. Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 16, wenn das Programm auf ei- nem Computer abläuft.
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