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Montag • 11:30
1.9.2003
Query by Humming - Melodieerkennungssystem

Wer kennt das nicht: Man hört nur ein paar Takte eines Songs im Radio, und schon geht einem die Melodie nicht mehr aus dem Kopf. Ob unter der Dusche oder an der Supermarktkasse - ständig trällert man den Song vor sich hin. Nur leider hat der Radiomoderator vergessen, den Titel und den Interpreten zu nennen. Was tun, wenn man sich die CD nun im Plattenladen kaufen will? Auf das vorgesummte Lied reagieren die Plattenverkäufer mit verständnislosem Kopfschütteln. Auch die Recherche beim Radiosender endet oft erfolglos. Mit der nachgesungenen Melodie können Radiostationen nichts anfangen, weil deren Datenbanken ausschließlich auf Text basieren. Einfacher wäre die Suche in einem Archiv, das auf Pfeifen, Singen oder Summen reagiert und den gewünschten Titel liefert.

Melodieerkennung

Das ist keine Zukunftsvision mehr. Inzwischen ist es möglich, solche Anfragen mit Hilfe einer auf dem MPEG-7 Standard basierenden Suchmaschine durchzuführen. Die Wissenschaftler von der Ilmenauer Arbeitsgruppe für Elektronische Medientechnologie des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen haben das Melodieerkennungssystem »Query by Humming« (QbH) entwickelt. Künftig muss ein Musikinteressierter nur ein Lied ins Mikrofon singen oder summen. Die Software analysiert dann die melodischen und rhythmischen Eigenschaften der digitalisierten Melodie. Die gewonnen Daten werden für eine Datenbankanfrage genutzt. Als Ergebnis präsentiert das System eine Liste der zehn Lieder, die der Anfrage am ähnlichsten sind.

Funktionsweise

Die Erkennung eines gesungenen oder gesummten Stückes erfolgt in drei Schritten: - Das Audiosignal wird aufgenommen und digitalisiert. Durch Signalvorverarbeitung wird der Einfluss von Störgeräuschen reduziert. - Die Grundfrequenzen werden analysiert und in Tonintervalle transformiert, die anschließend in verschiedene Noten unterteilt werden. Jede Note ist durch ihre Tonhöhe und ihre Länge charakterisiert. - Diese Noten bilden die Grundlage für die Datenbankabfrage. Dabei wird die Tonfolge des gesuchten Musikstücks mit den in der Datenbank gespeicherten Melodien verglichen. Es kommt recht oft vor, dass sich kurze Melodiestücke verschiedener Lieder in der Datenbank sehr ähnlich sind oder gar übereinstimmen. Aus diesem Grund liefert die Suche als Ergebnis eine Liste mit den zehn ähnlichsten Liedern. Der Song, der der gesummten Melodie am ähnlichsten ist, erscheint ganz oben auf der Liste.

Anwendungen

Die Datenbank enthält mehrere tausend Stücke von Klassik bis Pop- und Rockmusik inklusive der neuesten Hits. Für spezielle Anwendungen lassen sich jederzeit anders zusammengesetzte Datenbanken erstellen. Die Software ist gegenüber ungenauem Singen und Störgeräuschen tolerant. Bis zu einem gewissen Grad werden ungenau gesungene Töne automatisch korrigiert. Nicht akkurat gesungene Rhythmen beeinflussen das Suchergebnis deutlich weniger als falsche Tonabstände. Bisher sind drei verschiedene Einsatzszenarien angedacht.

Stand-alone System Die komplette Verarbeitung findet auf einem Computer statt, z.B. für die Anwendung in Plattenläden oder zu Hause.

Internet-Anwendung Der Query by Humming Internetdienst realisiert eine Audioaufnahme durch ein Java Applet im WWWBrowser des Anwenders. Die Daten werden dann auf einem Server verarbeitet, der das Ergebnis wieder an den Browser des Anwenders zurück schickt. Die dabei gezeigten Titel lassen sich mit weiteren Informationen oder Angeboten (z.B. Links zu Verkaufs- oder Fanseiten) verknüpfen.

Mobile Anwendung Ein Nutzer ruft den QbH-GSM-Dienst mit einem Mobiltelefon an. Ein Server nimmt den Anruf entgegen und zeichnet die Eingabe auf. Sie wird verarbeitet und das Ergebnis als SMS an das Mobiltelefon zurückgesandt.

Tests

Die Leistungsfähigkeit des Systems wurde mit unterschiedlichen Instrumenten bei verschiedenen Hintergrundgeräuschen getestet. Dabei wurden überragende Ergebnisse erzielt, wenn Eingaben gesungen oder mit Flöte bzw. Klavier gespielt wurden. Für interessierte Anwender besteht die Möglichkeit, Query by Humming anhand einer Testsoftware auszuprobieren bzw. sich zu Testzwecken bei einem der beiden QbH-Dienste anzumelden.

(Quelle: Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen)
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