Diplomarbeit - Fachbereich 4 tj/da/roehner.pdf Diplomarbeit zur Erlangung des akademischen Grades...

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  • Entwicklung einer Komponente zur Ermittlung regelmäßiger Betonungsmuster in einem Audiostream

    Diplomarbeit

    zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Informatiker

    an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

    Fachbereich Wirtschaftswissenschaften II Studiengang Angewandte Informatik

    1. Betreuer: Prof. Dr. -Ing. Thomas Jung

    2. Betreuer: Dipl. Inf. Sebastian Oschatz

    Eingereicht von Jens Röhner Berlin, 2. August 2007

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  • Inhaltsverzeichnis

    1 Einführung 1.1 Motivation............................................................................................................................... 7 1.2 Zielsetzung der Arbeit............................................................................................................. 7 1.3 Glossar..................................................................................................................................... 8 2 Grundlagen.................................................................................................................................. 13 2.1 Musikalische Parameter.......................................................................................................... 13 2.1.1 Grundschlag.................................................................................................................. 13 2.1.2 Takt..................................................................................................................... 14 2.1.3 Timing................................................................................................................ 15 2.1.4 Offbeat ............................................................................................................... 15 2.1.5 Synkope.............................................................................................................. 15 2.1.6 Polyrhythmus..................................................................................................... 15 2.1.7 Perkussion.......................................................................................................... 15 2.2 Psychoakustik......................................................................................................................... 16 2.2.1 Frequenzgruppen.................................................................................................. 16 2.2.2 Dezibel................................................................................................................. 17 2.2.3 Weber-Fechner-Gesetz......................................................................................... 17 2.2.4 Lautstärke............................................................................................................. 17 2.3 Signalverarbeitung.................................................................................................................. 17 2.3.1 Digitales Audio..................................................................................................... 19 2.3.2 Diskrete-Fourier Transformation.......................................................................... 19 2.3.3 Fensterfunktion...................................................................................................... 20 2.3.4 Hüllkurve............................................................................................................... 21 2.3.5 Digitale Filter........................................................................................................ 22 2.3.6 Kammfilter............................................................................................................ 23 2.3.7 Kompression.......................................................................................................... 24 2.4 Beat-Tracking........................................................................................................................... 25 2.4.1 Kognitive Prozesse................................................................................................ 25 2.4.2 Music-Information-Retrieval................................................................................ 26 2.4.3 Eingabedaten......................................................................................................... 26 2.4.4 Anwendungen für MIR......................................................................................... 27 2.4.5 Onsets.................................................................................................................... 28 2.4.6 Inter-Onset-Intervall.............................................................................................. 28

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  • 2.4.7 Periodizität............................................................................................................ 29 2.5 VVVV.................................................................................................................................... 29 3 Stand der Technik...................................................................................................................... 31 3.1 Vorgehensweise..................................................................................................................... 31 3.2 Onset Detection – Akzentuierungen ermitteln....................................................................... 32 3.3 Periodizität – Tempo-Hypothesen aufstellen........................................................................ 34 3.4 Tracking - Positionen der Grundschläge............................................................................... 36 4 Anforderungen........................................................................................................................... 38 4.1 Anwendungsfälle................................................................................................................... 38 4.2 Bedienbarkeit......................................................................................................................... 38 4.3 Leistungsanforderungen......................................................................................................... 39 4.4 Implementierungsanforderungen........................................................................................... 39 5 Analyse........................................................................................................................................ 40 5.1 Arbeitsmittel........................................................................................................................... 40 5.1.1 VST....................................................................................................................... 40 5.1.2 FFTW.................................................................................................................... 41 5.1.3 Visual C++ 2005 Express Edition......................................................................... 41 5.1.4 Delphi und Borland Developer Studio 2006......................................................... 41 5.1.5 DirectShow............................................................................................................ 41 5.2 Theoretische Ansätze............................................................................................................. 42 5.3 Arbeitsverfahren.................................................................................................................... 44 6 Design.......................................................................................................................................... 45 6.1 Längen- und Zeiteinheiten der Ausgangsdaten...................................................................... 45 6.2 Vorverarbeitung..................................................................................................................... 46 6.2.1 Monosignal bilden................................................................................................. 46 6.2.2 Fensterfunktion anwenden.................................................................................... 46 6.2.3 Überführen in die Frequenzdomäne.................................................................... 47 6.3 Onsets ermitteln..................................................................................................................... 48 6.3.1 Unterteilung in Subbänder.................................................................................... 48 6.3.2 Framebasierte Onset-Detection............................................................................. 49 6.3.3 RMS...................................................................................................................... 49 6.3.4 Kompression.......................................................................................................... 49 6.3.5 Tiefpassfilter...................................