Earth Mover's Distance を用いたハミングによる類似音楽検索手法

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  • Earth Mover s Distance オ モチイタ ハミング ニ ヨル ルイジ オンガク ケンサク シュホウ
  • Similar Music Retrieval for the Query-by-humming Using the Earth Mover's Distance
  • 音楽情報検索

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Abstract

近年，楽曲配信サービスの普及により，容易に音楽データをダウンロードして試聴できるようになった．しかし，サーバ側で蓄積している音楽データが膨大になるにつれ，音楽データに対する効率的な検索手法が必要になっている．特にハミングを入力とする検索手法が近年活発に研究されており，音楽特徴量間の類似度計算にDP マッチングやユークリッド距離を用いる手法が主流であった．本論文では，距離尺度としてEarth Mover's Distance（EMD）を用いたハミング検索手法を提案する．EMD は輸送問題における輸送コストの最適解であり，本手法では輸送問題における各供給地が有する資源量を各音符の音長，輸送コストを各音符の出現時間と音高情報から算出することで，リズムと音程との類似度を同じ距離尺度で計り，全体の曲調が類似した曲を検索する．さらに，EMD の計算量が音符数に対して指数関数的に増加することに着目し，検索精度を維持しつつ計算コストを低減可能な音楽特徴量を提案する．約500 曲の音楽データベースに対してハミングデータ40 曲を入力とした評価実験を行った結果，ユークリッド距離を用いる手法より検索結果上位10 位以内に正解データが出現する割合が約30%向上した．また，DP マッチングを用いる手法と比べて，極端に音高の外れた音符を含むハミングデータに対する柔軟性を確認した．　　付録：<a href="http://www.ipsj.or.jp/08editt/contents/JNL4801/index.html#28"target="_brank">http://www.ipsj.or.jp/08editt/contents/JNL4801/index.html#28</a>

Music retrieval systems are extremely useful for collecting digital music data from on-line music distribution sites. Especially, there is a great need to develop effective techniques for content-based music retrieval systems, which can retrieve by humming query. The main issues in this research is how to decide the similarity of each music features extracted from music data. In order to calculate the similarity, some conventional methods use Euclid distance or DP matching, but it is very hard to solve the problem of the vagueness of humming query. In this paper, we propose a new similar music retrieval method based on humming query using the Earth Mover's Distance as the distance measure. Computing the EMD is based on a solution to the transportation problem, and the EMD is applied as the distance measure on similar image retrieval systems. In addition, we focus that the time complexity of the EMD is exponential worst case toward the number of notes, the improved method to decrease the number of notes in the music feature is also proposed. Experimental results show that the proposed method can improve the retrieval precision of conventional systems.appendices：<a href="http://www.ipsj.or.jp/08editt/contents/JNL4801/index.html#28"target="_brank">http://www.ipsj.or.jp/08editt/contents/JNL4801/index.html#28</a>

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