大学生创新计划书策划书.doc

项 目
编 号

国家大学生创新性实验计划项目申请书

项目名称 音乐情感建模技术初探

二〇〇八年十月
填 写 说 明

一、本表要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸双面打印，于左侧装订成册。
二、申请参加河南师范大学“国家大学生创新性实验计划”项目团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，参与合作研究者1--4人），运行周期为2年。
三、指导教师主持科研项目情况限填两项；代表性科研成果限填三项，若为论文需按照论文题目、发表刊物名称及年、卷、期、页码填写，若为科研成果奖，需按照成果名称、授奖机构及获奖等级填写，若为专利，需按照专利名称、专利性质（国家发明专利或实用新型专利）、授权机构填写。以上成果限第一作者或第一完成人。
四、如填表有不明事宜，请致电咨询（联系电话：3326192）。

一、申请理由（包括前期工作基础及项目成员具备的知识、兴趣、已取得的成绩及相关科研经历等）

1.该项目组成员对声乐、乐理等音乐学知识具有浓厚的兴趣，初步了解了音乐理论知识；扎实学习了多媒体技术基础，熟练掌握了VC++编程开发技术，深入研究了数学模型的建立，系统学习了专业相关课程（包括C,VC++等编程语言，以及数据结构、操作系统等专业核心课程）。
2.该项目组成员在2008年全国大学生数学建模竞赛中取得优异成绩，同时参与了汇编语言仿真调试环境的设计与开发，学习和积累了一定的技术及科研经验。

二、选题依据（包括项目的学术价值、应用价值、国内外研究现状分析，并列出主要参考文献）
1）项目学术价值
该项目是《多媒体技术》中声音信息理论的补充，是乐曲创作理论的飞跃，能够促进计算机音乐技术和人工智能理论的发展。
2）应用价值
该项目可以极大地提高乐曲的产出效率，改善人们生活质量，可以实现作曲大众化，可以对不同情感进行音乐创作，可以全方位地满足人们对不同情感的乐曲需求。
3）国内外研究现状分析
国内：对音乐情感建模方面的研究非常稀少，主要有浙江大学刘涛博士的《音乐情感认知模型与交互技术研究》。
国外：美国、西欧和日本的不少科研院所和大学相继成立了专门研究计算机音乐的机构。比较著名的有ICMA(International Computer Music Association),IEEE CS Technical Committee on Computer Generated Music, CNMAT(Center for New Music and Audio Technologies, UC Berkeley),CCRMA(Stanford University Center for Computer Research in Music and Acoustics),IBM Computer Music Research Center, CSMT(Center for Studies in Music Technology, Yale University),the MIT Media lab, the Computer Music Project at CMU、Computer等等这些研究机构对于计算机音乐的研究各有侧重，对作曲的研究大多数采用先分析原有的音乐作品，产生与原作品风格相当的作品。而很少涉及音乐的表层结构与内部逻辑的关系。
4）主要参考文献
[1] 刘涛. 音乐情感认知模型与交互技术研究[D]. 浙江大学博士学位论文.
[2] 冯寅,周昌乐. 算法作曲的研究进展[J]. 软件学报, 2006.17(2):209-215.
[3] 余立功,卜佳俊,陈纯.计算机音乐研究初探[J]. 计算机工程与应用, 2005.4:66-68.
[4] Ayesh A，Hugill A．Genetic approaches for evolving form in music composition[J].
Artificial Intelligence and Applications，2005：318-321．
[5] Aladdin Ayesh and Andrew Hugill. Genetic Approaches for Evolving Form in Musical Composition (453-220). Artificial Intelligence and Applications 2005: 318-321.
[6] Eck D. Finding temporal structure in music: Blues improvisation with LSTM recurrent networks. In: Boulard H, ed. Neural. Networks for Signal Processing XII, Proc. of the 2002 IEEE Workshop. New York: IEEE, 2002. 747−756.
[7] Cope D. Virtual Music: Computer Synthesis of Musical Style. Cambridge: MIT Press, 2001.
三、研究方案（包括研究目标、研究内容、研究方法、实验方案和技术路线、可行性分析等）
1）研究目标：
通过建立情感与音乐要素的关系模型，借助VC++等计算机软件，使电脑谱写简易乐曲。
2）研究内容：
a. 情感的分类、量化及编码；
b. 音乐要素（旋律、节奏、音色、和声）的分类，量化及编码；
c. 建立情感与音乐要素之间的关系模型。
3）研究方法
根据情感和音乐要素的分类，进行量化和编码；
通过分析大量的音乐作品，分别利用非线性回归、遗传、神经网络等算法建立四个子模型：
情感旋律子模型，情感节奏子模型，情感和声子模型，情感音色子模型；
利用所建立的子模型实现研究目标。
4）实验方案
在VC++平台下进行，通过人机交互设置参数达到生成乐曲群体的目的。
乐谱显示用位图函数BitBlt( )和一些绘图函数如MoveTo()、和LineTo()等。定义一个结构体以描述WAV的文件结构。文件的打开采用函数mmioOpen( )、mmioRead( )和mmioClose( )等。波形的显示，采用函数OnDraw( )和BitBlt( )等。波形的缩放通过构造自己的函数库的方法。声音的播放采用WINDOWS低级音频函数，如waveOutOpen( )，waveOutWrite( )和waveOutClose( )等。
5）技术路线
情感
情感2

情感1
和声
音色
节奏
旋律
音乐要素
情感n

···

情感分类
建立模型
音乐要素分类
输 出
生成相应
情感乐曲
情感
输入

6）可行性分析
① 理论分析
音乐信号是一种声音信号，遵循声学的基本规律，而在语音研究领域，目前的技术相对稳定成熟，可从中获得借鉴和参考。从基本乐理来分析，音乐是情感的艺术，音乐情感是通过音乐要素表现出来，情感与音乐要素之间一定存在着一种内在的本质的必然的联系。而且在国内外也有过对音乐情感方面的研究，音乐与情感关系的研究中得到最广泛认可的是Hevner形容词表。
② 实验手段、方法分析
VC++作为一种强大的多媒体开发工具，其内部提供了很多音频处理的接口函数，而且实验证明对于处理采样频率44.1kHz、量化位数16位的WAV音频文件具有良好的运算速度。在研究方法上，量化编码和多元非线性回归建模的有关方法已在数字图像处理领域得到广泛应用，图像和声音作为多媒体技术中两个主要研究对象，在研究方法上具有很大的相通性。

四、项目的创新点、特色和拟解决的关键问题或技术
1）项目的创新点
①从研究对象来说，音乐情感建模是产生于计算机音乐技术和多媒体技术的一个新课题。声音、图像作为多媒体技术中最重要的两种媒体，对图像信息方面的研究已非常多，相关技术已比较成熟；对声音信息方面的研究相对较少，而且大多数集中在语音信息方面，而音乐作为一种非常重要的多媒体信息，对它的研究更是非常少，因此对它在信息层面和艺术层面的研究都显得尤为迫切。
②从研究方法来说，本课题是从情感这个音乐的本质特征入手，利用基于知识的非线性回归等方法建立情感认知模型，采用情感导向音符序列的方法，使情感贯穿于作曲的始终，产生的作品风格由于受初始情感因子的驱动，而与音乐所要表现的情感动机相符。其目的是探讨音乐的表层结构和音乐深层逻辑的对应关系，以形成理论。而目前在此方面研究的出发点绝大多数是基于现有的作品，通过分析现有作品，产生出风格相当的作品，这种方法往往由于产生的作品受原作品的影响而缺乏创造性，其研究一般只是一种方法的探讨。
③从实验手段来说，本课题的实验操作基本都是在功能强大VC++平台上，生成的作品文件为WAV格式，此格式是非常灵活的，它对音频流的编码没有硬性规定。目前所有音频播放软件和编辑软件都支持这一格式。而且此格式支持许多压缩算法、多种音频位数、采样频率和声道，若采用44.1kHz的采样频率，16位量化位数，则其音质与CD相差无几。而目前绝大多数同类研究都是基于MIDI格式的，它记录的并不是真正的声音，不是实质意义上的音频文件，而是音频控制文件。而且它不支持真人原唱或者人声。不同的声卡、软波表、硬件音源的音色是不同的，所以相同的MIDI文件在不同设备上播放会有不同的效果。这种由于受硬件的限制而造成的音乐效果的不稳定性也会影响对乐曲的正常评估结果。
2）特色
该项目巧妙的将多媒体技术科学理论与音乐作曲艺术融合在一起，能够极大促进计算机音乐理论及乐曲创作理论的研究。
3）拟解决的关键问题或技术
该项目拟解决的关键技术在于情感旋律子模型，情感节奏子模型的建立。旋律是音的高低方面的范畴，节奏是音的长短的描绘，而这两者是音乐构成最重要的两个方面。这两个子模型的建立是产生音符的基础工作。
五、项目进度安排（查阅资料、选题、设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、撰写研究论文和总结报告和成果推广等）

2008年10月 1日---2008年 10月15日 查阅资料

2008年10月16日---2008年 10月19日 选题

2008年10月20日---2008年 11月31日 设计项目研究方案

2008年12月 1日---2008年 12月31日 开题报告

2009年 1月 1日---2009年 3月31日 实验研究

2009年 4月1日---2009年 5月31日 数据统计

2009年 6月1日---2009年 8月31日 处理与分析

2009年 9月1日---2010年 1月31日 研制开发

2010年 2月1日---2010年 2月28日 撰写研究论文

2010年 3月1日---2010年 3月31日 总结报告

2010年 4月1日---2010年 4月30日 成果推广

六、拟利用资源（科研教学设施、仪器设备、资料等）
（一）可利用的校内资源：
硬件和软件：计算机与信息技术学院创新基地电脑；VC++开发工具、matlab开发工具；
图书和期刊：图书馆各类相关图书；校园网电子期刊；
人力：与音乐学院合作；

（二）必要但欠缺的资源：
硬件：声频卡（具备特殊声音处理能力的创新声频卡）、MIDI键盘、高保真声频还原设备；
软件：音频处理系统软件；
图书：Visual C++多媒体开发指南、计算机音乐教程、现代电子音乐概论、作曲基本原理、声学基础、音乐声学、人工神经网络、振动物理学、音乐中的物理、音乐心理学、音乐美学等方面图书；
期刊：音乐情感分析、Psychology of Music、Algorithmic Music Composition、Music Emotion Recognition等方面的期刊。
七、经费使用计划
序号
支出项目及理由
金额（元）
1
声频卡
2980
2
MIDI键盘
3680
3
高保真声频还原设备
3500
4
软件
800
5
各类相关图书
500
6
各类相关期刊
300
7
印务费
200
合 计
11960
八、项目预期成果（研究论文、专著、调研报告、专利、计算机软件、研制产品等）

该项目主要侧重于理论方面的研究，以及模型的建立，因此预期成果将以研究论文为主，生成的

乐曲为辅。预计有研究论文1~2篇，生成的乐曲1~2首。

九、诚信承诺

本项目全体成员郑重承诺，该项目研究将遵守学校有关规定，恪守学术规范，不抄袭他人成果，不弄虚作假，先诚实做人，再诚信做学问和研究，按项目研究进度和合同约定的内容保质保量完成各项研究任务。如有违规行为，愿承担一切责任，接受学校的处理。

项目组成员签名：

年 月 日
十、指导教师意见： （从项目学术性、创新性、可行性、可操作性和成效性加以评价）

该项目是对音乐情感认知方面的理论探讨，基本具备原始创新的要素，对简易乐曲的创作具有一定的可行性。

签名：

年 月 日
十一、学院意见（学院意见应包括推荐项目的类别，按国家级和校级重点项目 、 校级一般项目、 学校立项学院资助项目三种类别填写）

学院国家大学生创新性实验计划工作小组组长签名（学院盖章）：

年 月 日
十二、学校意见：

学校国家大学生创新性实验计划领导小组组长签名（学校盖章）：
年 月 日

河南师范大学2008年度国家大学生创新性实验计划项目申请书基本信息
项目名称
音乐情感建模技术初探
项目负责人
郭堃
所在学院
计算机与信息技术学院
经费来源
√A．国家和学校资助B．学院资助C．导师资助（请在相应类别上画“√”，可多选）
研究目标：请明确填写预期成果形式（包括论文、专利、设计图纸、模型、样品、装置、软件、获奖、成果应用与转化等）和级别、数量

预期成果形式：
研究论文： 1~2篇
乐 曲： 1~2首

学院意见：

学院国家大学生创新性实验计划工作小组组长签名（学院盖章）：
年 月 日

备注：此页仅用于推荐申报国家级大学生创新性实验计划的项目填写。
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