音樂信息檢索于文創網絡平臺之應用功效

李國瑛 盤婉婉 楊輝 李哲倫

本研究主要利用實驗來探討各種現今音樂檢索系統于網絡文創平臺中的查詢功能和系統架構，進行比較分析， 受試者僅能記得音樂曲目的部分片段，甚或僅能哼唱其中不甚正確的部分片段，在網絡文創多媒體數據庫平臺中進行測試，藉此來觀察音樂檢索系統的發展現狀，及未來音樂檢索系統潛在的應用發展與趨勢。

音樂檢索系統稱為 MIR（Musical Information Retrieval），其主要功能在于擷取部分音樂內容信息，將其建構數據庫，幫助用戶能夠從廣泛龐大的音樂資料中，藉由輸入符合或匹配音樂數據庫的關鍵信息，來搜尋辨識出自己需要的音樂信息。這項技術，現已被廣泛應用在多種網絡文創平臺上，讓消費者或數據庫用戶，在搜尋目標的過程中更加便捷，增進平臺的使用流量和能見度?，F有的音樂信息檢索系統從音樂截取內容到匹配計算法都不同，這是因為各種系統提取的音樂屬性關鍵特征具有差異性，從擷取文字、符號、音訊、視頻、樂譜及頻譜聲學分析圖來比對匹配，到自動辨識哼唱內容等各種方式作為搜索關鍵詞，產生了幾種不同類別的檢索系統。

1 文獻探討

1.1 音樂檢索系統的源起與發展

從音樂檢索的發展歷史調查及信號處理發展進程研究顯示，最早的計算機音樂信息檢索系統源自布林邏輯檢索技術，由此之后，陸續衍伸出許多基于文字語匯發展的系統。1988年起，國際組織動態影像專家小組正式成立，致力于多媒體編碼技術，先后開發了與影片、音訊的壓縮編碼技術相關的一系列稽核程序。也于同期，國際標準化組織（IOS）制定了多媒體內容描述接口及多媒體內容索引。1990年，第一個實作音樂序列比對的自動化架構首度亮相，1995 年英國南安普敦大學提出一種哼唱查詢系統 QBH （Query By Humming），用戶可以單憑記憶旋律，錄制一段哼唱旋律聲音作為查詢片段，再經由計算機程序透過相關演算法獲得輸入聲音的音調輪廓分布圖，將音樂的旋律轉換為英文字母 U、D、R 組成的符號串，再從數據庫中以信息匹配相似度的方式進行檢索，最后按照匹配相似度的高低返回結果列表。由于這項研究在初期只限于辨識音樂曲調的音高，逐漸地，系統研發者開始用更多音頻的其他屬性特征，加入到匹配數據庫中進行檢索。至 2000年初，音樂數字界面（MIDI）的盛行促使音樂文創產業數位化，音樂信息檢索因此也開始發展由樂譜上的記號圖像，以及 MIDI 錄制音頻樣本為搜尋關鍵的檢索系統。這種系統能夠從網絡上自動定位搜尋到 MIDI 檔建立的數據庫，進行旋律、節奏和樂譜符號的比對。

1.2 音樂信息檢索于網絡文創平臺的功效

現有的多模式索引系統建構理論，結合了片段的音頻、視頻、文字、以及與音樂內容相關的圖片等索引辨識功能來進行搜尋，這些設計有助于應用在將來多媒體數位典藏館音樂教學中?？v觀目前與音樂多模式索引檢索相關的研究，都是在追求檢索的精準性，然而音樂檢索系統除了幫助用戶搜尋目標，與其相關的研發也有助于音樂市場在開發潛在客戶時，從歷史行為的數據來分析用戶喜好。透過這些歷史行為的數據，應用分析算法，將各種潛在用戶與其嗜好相關的音樂作連結，拓展市場調研。同時，也可在推算數據的過程中使用人工智能方式學習，隨時間推進，進一步精進檢索效能。

2 研究方法

本研究將闡述各種音樂檢索系統于文創平臺上的應用功能，分析各種信息檢索技術所適用的音樂類別和索引特征，期待能促進未來音樂檢索系統專利技術的發展和革新，讓豐富的影音資源數據庫更為完整普及。根據現存的調查研究顯示，多數關于音樂信息檢索的研究文獻側重于技術分析及演算法，許多與檢索技術相關的設計是從程序軟件開發者的視角來進行研究，然而，在諸多檢索功能的設計理論上，也有賴于建構者將設計思維導向用戶思維，以更簡便的操作接口融合視覺和聽覺的辨識特征，獲取搜索資源。研究方法和結果討論如下：

2.1 實驗研究法

針對國內外目前提供在線服務的四種音樂搜尋網站，涵蓋“中華民族音樂資源數據庫”“Themefinder”“網易云”“Musipedia”音樂數據庫，通過電子計算機操作，調查四種檢索系統的搜尋效率情況、數據庫內容，紀錄每種系統的平均搜尋分析時間。時間截錄的起始點自人工輸入完成之后，引擎搜索過程至排列出相似度比對順序，瀏覽并點選出準確的作品為止，探討各種網絡音樂資源的使用效果，最后總結出各種系統的特色，并對于系統現存的瓶頸提出改善建議，提出音樂檢索系統于未來網絡文創平臺的潛在應用領域。

2.2 實驗流程

研究過程將使用中國移動網絡，比較分析網絡音樂文創平臺，設定進行搜尋實驗的網絡平臺包含：

2.2.1 基于文字敘述為內容的檢索系統

測試網站：中華民族音樂資源數據庫。

樂曲數目：三百首樂曲。

樂曲內容選擇戲曲音樂、曲藝音樂、歌曲音樂、器樂音樂、歌舞音樂五大類作品各六十首。

2.2.2 基于音樂特征為內容的檢索系統：（輸入法）

測試網站：Themefinder音樂數據庫。

樂曲數目：三百首樂曲。

樂曲內容選擇文藝復興時期、古典時期、及中國民謠作品三種類音樂作品各一百首。

2.2.3 基于音樂特征為內容的檢索系統：（哼唱法）

測試網站：網易云音樂數據庫。

樂曲數目：三百首具有中文歌詞的歌曲。

樂曲內容選擇20世紀70、80、90年代及現代華語歌曲各一百首。

2.2.4 基于鍵盤輸入法為內容的檢索系統

測試網站：Musipedia。

樂曲數目：三百首樂曲。

樂曲內容：世界民謠、世界國歌、古典音樂各一百首。

實驗過程由肇慶學院音樂學院的三位學生聯合進行，此三位音樂專業本科生分別主修民樂、聲樂及器樂，各自從上述網絡平臺數據庫中搜尋三百首歌單，并在采集歌單時以簡譜注記列出樂曲的開頭旋律，之后以交互進行檢索的方式，重復在平臺上進行檢索過程，達到采集檢索花費時間數據的平均值。鑒于大多數的在線音樂用戶在使用網絡音樂檢索系統時并不具備有音樂信息的完整性，搜尋用戶所花費的檢索時間與用戶本身對音樂信息的掌握程度相關，故此實驗以三位不同主修的音樂本科學生作為搜尋用戶受試者，每位學生都僅對其中特定類別的音樂較為熟悉，其余種類的音樂搜尋過程僅依賴初步音樂知識來查詢樂曲，借此客觀條件對各類網絡音樂文創平臺進行檢索，以獲取最終檢索花費時間的平均值。實驗過程要求三位學生使用相同的電子計算機規格，以控制實驗環境的一致性。每一種網站的設計都有針對特定的音樂愛好者及客群，若輸入不存在于曲庫中的關鍵索引，則無法進行研究，要避免這個失誤的前提是必須先對曲庫內的音樂類別和風格特色深入了解后再進行檢索。此外，有些網站具有復合式信息檢索系統，索引資料庫更多元。在搜尋基礎條件中，難以和其他僅具備單一檢索方式的網站基礎架構比較，但可以就單一網站的多種功能進行檢索測試，分析其搜尋精準度及應用功效。

3 研究結果

根據上述四種不同平臺網站的屬性，選擇進行檢索搜尋實驗的歌單后可以發現，中華民族音樂資源數據庫是以文字輸入法進行檢索的平臺數據庫，數據庫內容包羅萬象，除經典民樂，也收錄絲綢之路少數民族音樂及中華曲藝老唱片，更有絕版京劇等專輯與電視文獻片，舉凡與華夏民族文化相關的歌曲或戲曲皆收錄在平臺中，其中更不乏多種器樂樂曲，對于受過專業音樂教育背景的用戶較實用。使用專業音樂數據庫則必須能夠精確輸入各種與搜尋項目有關的文字敘述，盡可能地輸入詳細的文字敘述信息，包括曲名、作曲者、體裁、風格及編號等信息，若使用者有時在搜索資料時無法記憶完整的文字標簽敘述，則使搜尋產生局限。Themefinder 網絡平臺的數據庫設計較為傾斜向古典音樂及民謠作品，除了以輸入概略簡譜旋律的形式，還搭配了其他相關音樂內容描述的多重檢索系統，包括作曲家姓名、曲名、關鍵字、音階、調性、音程概念、節奏拍號、音樂風格時期等選項。目前由于此數據庫的搜索容量范圍值，能搜尋16世紀、古典時期部分樂曲，以及包含9個國家在內的8382首地方民俗歌謠。然而，輸入音樂特征如旋律音高的檢索要求，對于檢索者具有專業知識的要求，因此這樣的檢索系統無法滿足多數未受過專業音樂訓練的用戶。此平臺網站需要手動輸入的音樂參數較其他網站更多，檢索系統要求用戶在簡譜音高之間以“/”“＼”“—”來代表旋律輪廓走向，對搜尋者的音樂素養要求高。這個平臺成立于1984年，由斯坦福大學電子計算機研究中心研發，搜尋網站系統還設有給使用者線上問卷調查，屬于早期成立的CBMR音樂信息檢索系統。網易云音樂數據庫是以收錄流行歌曲為主要音樂文創作品的網絡平臺，現為市占率較大的網絡音樂文創平臺，用戶不以音樂專業的搜尋者為主，是目前國內較大型的流行音樂數據庫，具有大型流量客群的特性，收錄的歌曲也持續更新。網易云手機程序的操作方式，通過聽歌識曲選項，點擊識別音樂便能以哼唱旋律的方式搜尋歌曲。除了搜尋功能，這個平臺數據庫也增添了社交分享功能，并允許用戶在初期使用時，先選擇容量規格較小的數據庫來試用，之后依據用戶習慣和喜好，調整搜尋使用的數據庫規格。Musipedia 相較于前幾項音樂數據庫平臺，多了以虛擬鍵盤點擊音高來查找音樂的選項，主要以MIDI為搜尋引擎，也可作節奏搜尋和哼唱搜尋，提供各種用戶不同的搜尋管道。

4 音樂檢索系統于網絡文創平臺之未來應用趨勢

音樂信息檢索系統主要功能除了讓用戶能藉由索引搜尋到網絡音樂資料及影音創作外，檢索系統的研發也有助于音樂市場在開發潛在客戶時，從歷史行為的數據來分析用戶喜好。而透過機械學習算法，這些歷史行為的數據，正可使用人工智能方式學習，隨時間推進，進一步精進檢索效能。音樂信息檢索技術于網絡文創平臺的應用功效研究具有前瞻性，在互聯網迅速發展、影音資源蓬勃生產的時代，由平臺延伸出的多媒體互動教學也勢必將更頻繁應用在各種學科中，借此達到促進我國科技文化產業的遠景。音樂的語意和形制，在許多層面上并不容易從單一面向被歸納數字化，未來音樂檢索系統的發展趨勢，將傾向于多模式檢索系統，提取的索引特征范圍，甚至有可能延伸至每位音樂表演者的動作分析和演奏、演唱等特征，從更多層面去挖掘各種歸類音樂的可能性，試圖讓更多用戶在搜尋時更加得心應手。另外，社群網站平臺在未來將會對更多用戶及多媒體檢索系統產生巨大的影響，與社群網站有關的用戶推薦及標注等功能數據，值得未來的學者進一步探討。希望本文的研究項目有助于網絡文創平臺的更新和開發，期能制造出具有市場導向的創新性研究價值。

基金項目：肇慶學院大學生創新創業訓練計劃項目：音樂信息檢索于文創網絡平臺之應用功效研究（S202110580083）;肇慶學院博士科研啟動基金：斯克里亞賓晚期鋼琴練習曲的革新與影響（611/193029）

作者簡介：李國瑛（1981—），女，中國臺灣人，博士，副教授，就職于肇慶學院音樂學院;盤婉婉，女，廣東云浮人，本科，就讀于肇慶學院音樂學院;楊輝，女，湖南邵陽人，本科，就讀于肇慶學院音樂學院;李哲倫，男，廣東惠州人，本科，就讀于肇慶學院音樂學院。