FM Antti Laaksonen väittelee 20.11.2015 klo 12 Helsingin yliopiston Exactum-rakennuksen auditoriossa CK112 (Gustaf Hällströmin katu 2b) aiheesta "Algorithms for Melody Search and Transcription".  Vastaväittäjänä toimii professori Pekka Kilpeläinen (Itä-Suomen yliopisto) ja kustoksena professori Esko Ukkonen (Helsingin yliopisto). Väitöstilaisuus pidetään suomeksi.

Algoritmeja melodian etsimiseen ja nuotinnukseen

Väitöskirjan aiheena on kaksi musiikkitiedonhaun ongelmaa: melodian etsiminen audiotietokannasta sekä automaattinen melodian nuotinnus. Molemmissa ongelmissa melodia on esitetty symbolisesti eli melodia muodostuu nuottien alkukohdista ja korkeuksista.

Väitöskirjan alkuosa esittelee uusia algoritmeja symbolisen melodian etsimiseen. Ensin tarkastelussa on tilanne, jossa audiodata on diskreettiä Fourier-muunnosta vastaavassa matriisimuodossa. Tällöin melodian etsiminen voidaan nähdä yleistyksenä klassisesta taulukon suurimman summan tuottavan välin etsimisestä. Tämän jälkeen käsittely siirtyy algoritmeihin, joissa audiodata on esitetty geometrisesti kaksiulotteisen tason pistejoukkona.

Tärkeimmät kontribuutiot väitöskirjan alkuosassa liittyvät algoritmien suunnitteluun. Väitöskirja esittelee uusia tehokkaita algoritmeja, joista useimmat perustuvat dynaamisen ohjelmoinnin optimointiin. Tämä tarkoittaa, että dynaamisen ohjelmoinnin arvoja lasketaan tavallista tehokkaammin käyttämällä sopivia tietorakenteita ja algoritmien suunnittelun tekniikoita. Algoritmeja myös testataan todellisilla audiotietokannoilla ja melodiahauilla, mikä osoittaa niiden toimivuuden käytännössä. Verrattuna aiempiin tutkimuksiin väitöskirjan lähestymistavan etuna on, että melodian haku voidaan kohdistaa suoraan audiodatan Fourier-muunnokseen.

Väitöskirjan jälkiosa keskittyy automaattiseen melodian nuotinnukseen. Koska ongelma on hyvin vaikea sellaisenaan, tutkimuskysymyksenä on, miten nuotinnusta voi helpottaa käyttämällä musiikillista lisätietoa. Väitöskirja esittelee kaksi melodian nuotinnukseen tarkoitettua järjestelmää, jotka pyrkivät erottamaan tärkeimmän melodialinjan audiosignaalista musiikillisen lisätiedon avulla.

Ensimmäinen järjestelmä käyttää lisätietona ihmiskäyttäjän arvioita nuottien alkukohdista ja korkeuksista. Osoittautuu, että käyttäjät, joilla ei ole musiikkitaustaa, pystyvät tarjoamaan järjestelmälle hyödyllistä lisätietoa, jonka avulla nuotinnuksen laatu parantuu merkittävästi. Toisen järjestelmän lisätietona on sointukulku, joka kuvaa musiikin harmoniaa. Järjestelmä tuottaa nuotinnuksen, joka perustuu sekä audiosignaaliin että sointukulkuun. Järjestelmä on osoitus siitä, että melodian ja harmonian yhteyttä voidaan hyödyntää automaattisessa melodian nuotinnuksessa.

Väitöskirjan saatavuus

Väitöskirjan elektroninen versio on saatavilla Helsingin yliopiston e-thesis-palvelussa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1702-1.

Painettuja väitöskirjoja voi tiedustella väittelijältä itseltään: puh. 02941 51160 tai antti.h.s.laaksonen@cs.helsinki.fi.