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中图分类号:TP316
论 文 编 号 :10006SY1106722
硕 士 学 位 论 文
哼唱检索的并行化方法
研究与实现
作者姓名 姚光超
学科专业 计算机系统结构
指导教师 肖利民 教授
培养院系 计算机学院
Research and Implementation of Parallel Algorithm for
Query-by-Humming System
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
Candidate:Yao Guangchao
Supervisor:Prof. Xiao Limin
School of Computer Science and Engineering
Beihang University,Beijing,China
中图分类号:TP316
论文编号:10006SY1106722
硕 士 学 位 论 文
哼唱检索的并行化方法研究与实现
作者姓名 姚光超 申请学位级别 工学硕士
指导教师姓名 肖利民 职 称 教授
学科专业 计算机系统结构 研究方向 并行计算
学习时间自 年 月 日 起至 年 月 日止
论文提交日期 年 月 日 论文答辩日期 年 月 日
学位授予单位 北京航空航天大学 学位授予日期 年 月 日
关于学位论文的独创性声明
本人郑重声明:所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的
成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,
本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得北京航空
航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研
究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。
若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。
学位论文作者签名: 日期: 年 月 日
学位论文使用授权书
本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版
和电子版),使用方式包括但不限于:保留学位论文,按规定向国家有关部门(机
构)送交学位论文,以学术交流为目的赠送和交换学位论文,允许学位论文被查阅、
借阅和复印,将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、
缩印或其他复制手段保存学位论文。
保密学位论文在解密后的使用授权同上。
学位论文作者签名: 日期: 年 月 日
指导教师签名: 日期: 年 月 日
I
摘 要
哼唱检索是一种新型的音乐检索系统,与常规的文本检索方式相比,哼唱检索给用
户提供了更便捷、更自然、更人性化的检索方式,并且给用户带来更佳的搜索体验。但
是当前的哼唱检索面临实时性差,音乐库规模小等诸多问题,导致其实用性较小。哼唱
检索共有两个大的模块:特征提取和特征匹配。特征提取的目的是从音乐中提取特征构
造一个特征库,特征匹配是利用提取的特征进行检索,找到用户哼唱的音乐。
本论文以应对大规模音乐库为目标,采用 GPU 和 MPI 作为核心加速手段,对哼唱
检索的两个模块进行多途径的加速,主要研究内容和取得的成果如下:
1) 多声部音乐的特征提取算法及其 GPU 加速
为了能构造一个大规模的特征库,当前的系统都选择从 MP3、wav 等多声部音乐而
不是 MIDI 文件中提取最能代表音乐属性的音高特征。本论文实现了一种和当前最优算
法准确率非常接近,但是复杂度显著降低的一个特征提取算法。为了使特征提取能实时
应用,同时对算法进行了 GPU 加速,使提取时间由几秒降到几十毫秒,加速比接近 100
倍,达到实时应用的目的。
2) 基于 SPRING 算法的子序列匹配及其 GPU 加速
从多声部音乐中提取的音高序列是一种时间序列,因而检索算法是一种时间序列匹
配算法。由于哼唱序列长度小于特征库中序列的长度,因而在哼唱检索系统中,检索是
一个子序列匹配任务。为了减小子序列匹配的复杂度,论文采用一种类 DTW 的 SPRING
算法作为核心的匹配算法,同时利用其计算的特殊性,采用斜对角线计算方式进行 GPU
加速,使单节点的处理能力达到每秒 50000 个子序列匹配。
3) 基于 MPI 的分布式子序列匹配
单节点的处理能力有限,达不到处理大规模数据的要求,本论文利用 MPI 设计实现
了一个分布式的子序列匹配算法。通过在一个 8 节点的集群上进行测试表明利用 MPI
对匹配算法进行分布式计算具有良好的扩展性,并且适用于实时的哼唱检索。
关键词:哼唱检索,特征提取,子序列匹配,GPU,MPI
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资源评论
- whj_加油每一天2014-07-22很好的论文,详细论述了哼唱检索的国内外现状及解决关键问题的方式方法。
- lijiaweicpp22015-05-07很好的资源,对我的毕业设计有帮助。
- dooder_daodao2015-09-17赞一个,语音这块越来越成熟了。
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