Classificação inteligente de sinais musicais utilizando a transformada Wavelet-Packet

Abstract

A área na qual a música está inserida requer, para sua compreensão, considerável abstração. Neste âmbito, a análise matemático-computacional possui papel importante, principalmente para planejar a interatividade entre aluno e computador, potencializando o aprendizado musical. Embora um número considerável de estudos em diferentes contextos sejam dedicados à classificação das estruturas sonoras, os procedimentos de análise em um grande conjunto de sinais podem tornar-se uma tarefa difícil e exaustiva. Diante do exposto, este trabalho tem como objetivo a proposição e a implementação de um método capaz de reconhecer e classificar sinais musicais em tempo real, visando auxiliar os aprendizes. No método proposto, um conjunto relevante de eventos musicais é inspecionado por meio da análise de multirresolução baseada na Transformada Wavelet-Packet, escolhida em função da característica multidimensional encontrada na música, a qual permite isolar diferentes eventos musicais em níveis de decomposição wavelet distintos. Apoiado por um processo de autocorrelação e uma rede neural artificial, cada padrão sônico é associado ao seu respectivo evento musical. Testes envolvendo centenas de sinais permitiram obter uma acurácia quase plena com um tempo relativamente bastante pequeno de análise em função da baixa ordem de complexidade computacional do algoritmo implementado, reafirmando a sua aplicabilidade

Music belongs to an area which requires a considerable piece of abstraction for its understanding. In this domain, computational and mathematical analyses play an important role, particularly for planning human-machine interaction and enhancing learning. Although a considerable number of studies in different musical contexts are dedicated to the classification of the structures present in sound signals, the inspection of long clips is a challenge. Thus, this work proposes and implements a method capable of identifying and classifying musical signals in real-time, helping music students. Specifically, multiresolution analysis using the Wavelet-Packet Transform is adopted, allowing for different musical events to be isolated in distinct wavelet levels of decomposition. Based on an autocorrelation and an artificial neural network, each sonic pattern is associated with a respective musical event. Tests using hundreds of music clips exhibit almost full accuracy with relatively very short time consumption as a function of the algorithm low level of computational complexity, reassuring its applicability.