Нейронные сети в задаче жанровой классификации музыкальных композиций

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе исследовано применение нейронных сетей в задаче классификации аудиосигналов по десяти различным жанрам. Рассмотрена особенность обработки звукового сигнала в цифровой среде, выявлена связь между преобразованием Фурье и спектрограммами, рассмотрены характеристики аудиосигналов. Обучение нейронных сетей проводилось на основе датасета GTZAN, содержащего 1000 композиций. На основе датасета было сформировано 4 сравниваемых между собой набора данных, на каждом из них оценена работа трех архитектур нейронной сетей: сверточной, рекуррентной нейронных сетей, многослойному перцептрону. Практическая значимость работы заключается в возможности формирования музыкальных рекомендаций, в организации и структурировании музыки. Цель работы – готовый классификатор, который с высокой точностью мог бы определять вероятность отношения композиции к одному из десяти жанров.

Об авторах

Михаил Александрович Беленький

Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: michael.belenkiy@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-9079-9489

студент, факультет информационных технологий и анализа больших данных

Россия, Москва

Наталья Владимировна Гринева

Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации

Email: ngrineva@fa.ru
ORCID iD: 0000-0001-7647-5967

кандидат экономических наук, доцент, доцент, кафедра анализа данных и машинного обучения

Россия, Москва

Список литературы

  1. Silla C.N., Koerich A.L., Kaestner C.A.A. A feature selection approach for automatic music genre classification. International Journal of Semantic Computing. 2009. No. 03. Pp. 183–208.
  2. Geoffroy P. A large set of audio features for sound description (similarity and classification). In: CUIDADO Project. 2004.
  3. Silla C., Koerich A., Kaestner C. A machine learning approach to automatic music genre classification». Journal of the Brazilian Computer Society. 2008. Vol. 14. No. 3.
  4. Tzanetakis G., Cook P. MARSYAS: A framework for audio analysis. Organised Sound. 2000. No. 4 (3). Pp. 169–175.
  5. Tzanetakis G., Essl G., Cook P. Automatic musical genre classification of audio signals. In: Proc. Int. Symp. Music Information Retrieval (ISMIR). Oct. 2001.
  6. Tzanetakis G., Cook P. Musical genre classification of audio signals. IEEE Transactions on Speech and Audio Processing. 2002. Vol. 10. No. 5. Pp. 293–302.
  7. Choi K., Fazekas G., Sandler M. Automatic tagging using deep convolutional neural networks. In: Intl. Society for Music Information Retrieval Conf. (ISMIR). 2016.
  8. Choi K., Fazekas G., Sandler M., Cho K. Convolutional recurrent neural networks for music classification. 2016.
  9. Rafi Q.G., Noman M., Prodhan S.Z. et al. Comparative analysis of three improved deep learning architectures for music genre classification. International Journal of Information Technology and Computer Science. 2021. No. 13. Pp. 1–14.
  10. Van den Oord A., Dieleman S., Schrauwen B. Deep content-based music recommendation. In: Advances in Neural Information Processing Systems. 2013. Pp. 2643–2651.
  11. Van den Oord A., Dieleman S., Schrauwen B. Transfer learning by supervised pre-training for audio-based music classification. In: Conference of the International Society for Music Information Retrieval, (ISMIR 2014). 2014.
  12. Vaibhavi M., Krishna P.R. Music genre classification using neural networks with data augmentation. 2021.
  13. Crème M., Burlin C., Lenain R. Music genre classification. Stanford University, December 15, 2016.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Осциллограмма аудиосигнала

Скачать (112KB)
3. Рис. 2. Преобразование Фурье

Скачать (26KB)
4. Рис. 3. Спектрограмма аудиосигнала

Скачать (391KB)
5. Рис. 4. Оконные функции для STFT

Скачать (88KB)
6. Рис. 5. Мел-спектрограмма

Скачать (269KB)
7. Рис. 6. Спектральный центроид

Скачать (96KB)
8. Рис. 7. Спектральная полоса пропускания для p = 2, 3 и 4

Скачать (123KB)
9. Рис. 8. Спектральный спад

Скачать (97KB)
10. Рис. 9. Спектральный поток

Скачать (97KB)
11. Рис. 10. Частота пересечения нуля

Скачать (121KB)
12. Рис. 11. Функция Low Energy

Скачать (133KB)
13. Рис. 12. Алгоритм извлечения MFCC-коэффициентов

Скачать (17KB)
14. Рис. 13. MFCC-коэффициенты (1–5)

Скачать (30KB)
15. Рис. 14. Архитектура сверточной нейронной сети (CNN)

Скачать (71KB)
16. Рис. 15. Архитектура многослойного персептрона (MLP)

Скачать (76KB)
17. Рис. 16. Матрица неточностей для модели CNN

Скачать (41KB)
18. Рис. 17. Матрица неточностей для модели MLP

Скачать (41KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».