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[국내논문] 강인한 오디오 핑거프린팅 시스템을 위한 에너지와 통계적 필터링
Energy and Statistical Filtering for a Robust Audio Fingerprinting System 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.12 no.5, 2012년, pp.1 - 9  

정병준 ((주)다이렉트미디어) ,  김대진 ((주)다이렉트미디어)

초록
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디지털 음악과 스마트 폰이 대중화되면서 잡음에 강인한 실시간 음악 핑거프린트 시스템이 다양하게 개발되고 있다. 특히 핑거프린트 알고리즘 중 Multiple Hashing(MLH)은 잡음에 강인하고 정교한 구조로 되어 있다. 본 논문에서는 음악 데이터베이스로부터 질의 및 응답의 정확도를 개선하기 위해 에너지 집중필터를 사용하고 연속성과 중복성을 제거하는 통계적 필터를 제안한다. 에너지 집중 필터는 하위 비트에 에너지가 집중되는 Discrite Cosine Transform(DCT)의 특징을 이용하고, 통계적 필터는 검색된 핑거프린트 정보들 사이의 상관관계 특성을 이용한다. 실험 결과로 잡음 환경에서 에너지와 통계적 필터링으로 구성된 제안 알고리즘은 우수성을 보인다. 이는 제안된 필터 엔진으로 Philips Robust Hash(PRH)보다 잡음에 강인하고 Multiple Hashing(MLH)보다 간결한 핑거프린트 시스템을 구성할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The popularity of digital music and smart phones led to develope noise-robust real-time audio fingerprinting system in various ways. In particular, The Multiple Hashing(MLH) of fingerprint algorithms is robust to noise and has an elaborate structure. In this paper, we propose a filter engine based o...

Keyword

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문제 정의

  • 본 논문은 실시간으로 주어지는 음악 검색을 위해 강인한 음악 특징을 추출하고 빠른 대용량 데이터베이스 검색을 하는 핑거프린트 시스템을 제안한다. 음악 신호 분석에 의한 핑거프린트 시스템은 인간의 지문과 같이 음악이 가지는 고유한 값을 음악의 특징으로 사용하여 데이터 압축 및 색인을 만들고, 이를 이용하여 대용량 데이터베이스의 음악에서 효율적으로 음악 검색을 하고자 한다.
  • 따라서 사전 검색 시 사용되는 핑거프린트 후보가 증가하여 결과적으로 인식 속도에 불리한 측면이 발생된다[5]. 이에 본 논문은 잡음에 강인한 오디오 특징을 만들기 위하여 DCT을 적용하여 오디오 핑거프린트를 만들고[6][7], 빠른 대용량 데이터베이스 검색을 위한 매칭 필터를 다중으로 구성하여 검색 및 매칭 속도를 향상하고자 한다.
  • 이렇게 만들어진 해시 워드 및 해시 블록은 시간 축에 따라 높은 상관관계를 가진다. MLH와의 차이는 DCT 계수에 의해 다중으로 구성되는 LUT를 구성하지 않고 단일 LUT를 구성하여 MLH 방식의 단점인 검색 속도 저하를 보완하고자 하였다.
  • 이와 같은 특징은 만들어진 핑거프린트 해시 워드가 데이터베이스 검색 시에 동일 음악의 인접 위치에 다수 분포하게 되는 특성을 나타내게 한다. 따라서 본 논문에서는 음원에서 근접거리에 매칭되는 다수의 핑거프린트를 제거하는 중복성 제거 필터와 시간적으로 연속 분포하는 핑거프린트를 제거하는 연속성 제거 필터를 구성하여 검색 속도 개선을 한다.
  • 테스트 중에 질의 음악이 검색하고자 하는 음악이지만 임계치를 조심씩 넘어서면서 연속적으로 똑같은 음악 번호를 가지는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 검색 속도를 높이기 위하여 이와 같은 경우에 검색하고자 하는 콘텐츠로 판정한다.
  • 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 일반적인 환경에서 취득되는 음악을 대상으로 해시 워드의 특징 추출 측면에서 강인한 특성을 보이고, 음악 검색 서비스에 적용하기 위하여 검색 결과 응답이 실시간 검색 기능을 확보하는 방법을 제시하고자 한다. 음악의 특성을 추출하는 방식에서 해시 워드를 사용하는 PRH 방식의 단점인 잡음의 취약한 점과 이의 대안으로 제시된 MLH 방식에서 LUT 테이블의 증가로 인한 단점인 시스템의 간결성 부족을 개선하고자 하였다.
  • 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 일반적인 환경에서 취득되는 음악을 대상으로 해시 워드의 특징 추출 측면에서 강인한 특성을 보이고, 음악 검색 서비스에 적용하기 위하여 검색 결과 응답이 실시간 검색 기능을 확보하는 방법을 제시하고자 한다. 음악의 특성을 추출하는 방식에서 해시 워드를 사용하는 PRH 방식의 단점인 잡음의 취약한 점과 이의 대안으로 제시된 MLH 방식에서 LUT 테이블의 증가로 인한 단점인 시스템의 간결성 부족을 개선하고자 하였다. 음악 특성 추출은 MLH 방식과 동일하게 FFT와 DCT를 사용하여 잡음에 강인한 특성을 가진 핑거프린트들을 구성하였다.

가설 설정

  • 해시 워드가 다수 음악의 여러 위치들에 매칭되어 있을 수 있도록 노래에 대한 링크드 리스트(Linked list)로 저장된다. 매칭 방법은 단일 해시 워드가 비트 에러들을 갖지 않는다고 가정한다. 데이터베이스의 LUT에 존재하는지 판단하며 해시 블록 간 비교를 통해 검색이 이루어진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PRH 알고리즘이 비교 대상간의 잡음에 따라 성능 차이가 발생하는 이유는 무엇인가? 기존의 음악 검색 기술 중에서 가장 널리 알려진 방법은 Philips Robust Hash(PRH) 알고리즘이다[3]. PRH 알고리즘은 실험적 수치에 의해 만들어진 핑거프린트의 비트 에러율 분석을 하는 방식이기 때문에 비교 대상간의 잡음에 따라 성능 차이가 발생한다. 이를 개선하고자 제안되었던 방법으로 주파수 변환에 따른 각 밴드별 에너지를 구하여 주파수 별 핑거프린트를 만드는 다중 해싱 방법 (Multiple Hashing Method: MLH)도 제시되었다[4].
기존의 음악 검색 기술 중에서 가장 널리 알려진 방법은 무엇인가? 음악 신호 분석에 의한 핑거프린트 시스템은 인간의 지문과 같이 음악이 가지는 고유한 값을 음악의 특징으로 사용하여 데이터 압축 및 색인을 만들고, 이를 이용하여 대용량 데이터베이스의 음악에서 효율적으로 음악 검색을 하고자 한다. 기존의 음악 검색 기술 중에서 가장 널리 알려진 방법은 Philips Robust Hash(PRH) 알고리즘이다[3]. PRH 알고리즘은 실험적 수치에 의해 만들어진 핑거프린트의 비트 에러율 분석을 하는 방식이기 때문에 비교 대상간의 잡음에 따라 성능 차이가 발생한다.
핑거프린트를 이용한 음악 인식 기술은 어떤 서비스를 제공하는가? 핑거프린트(Fingerprint)를 이용하는 음악 인식 기술은 모바일 및 웹 등에서 많이 사용되고 있다. 모바일이나 PC의 마이크를 이용하여 실시간으로 녹음한 음악에 대해 음악의 정보 및 콘텐츠의 다운로드 서비스를 제공하거나 유사 음악이나 동일 음악가의 음악을 서비스로서 제공한다. 음악 분류의 기준은 각 음악이 가지는 고유한 특징을 찾아 데이터베이스에 분류 기준을 만들고 새로운 음악이나 녹음된 음악의 데이터 특성을 기준으로 매칭되는 음악 정보를 제공하게 된다.
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참고문헌 (10)

  1. J. Haitsma and T. Kalker, "Speed-change resistant audio fingerprinting using autocorrelation," Acoustics, Speech and Signal Processing, 2003. 

  2. 서용석, 김원겸, 이선화, 서영호, 황치정, "이미지 콘텐츠 출력물의 저작권보호를 위한 디지털 핑거 프린팅 기술에 관한 연구", 한국콘텐츠학회 추계종합학술대회 논문집, 제4권, 제2호, 2006(11). 

  3. J. Haitsma and T. Kalker, "A Highly Robust Audio Fingerprinting System," Proc. 3rd Int. Conf. Music Information Retrieval, pp.107-115, 2002(10). 

  4. Yu Liu, H. S.Yun, J. S. Sung, and N. S. Kim, "A Novel Audio Fingerprinting Scheme based on Subband Envelop Hashing," Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference, pp.813-816, 2009(10). 

  5. P. Doets and R. Lagendijk, "Distortion estimation in compressed music using only audio fingerprints," IEEE Trans. Audio, Speech, and Language Processing, Vol.16, No.2, pp.302-317, 2008(2). 

  6. N. Ahmed, T. Natarajan, and K. Rao, "Discrete cosine transform," IEEE Trans. Computers, pp.90-93, 1974(1). 

  7. K. Rao and P. Yip, "Discrete Cosine Transform: Algorithms, Advantages, Applications," Academic Press, 1990. 

  8. Jianping Chen and Tiejun Huang, "A Robust Feature Extraction Algorithm for Audio Fingerprinting," Computer Science, advances in multimedia information processing, Vol.5353/2008, pp.887-890, 2008. 

  9. Avery Li-Chun Wang, "An Industrial-Strength Audio Search Algorithm," 4th Symposium Conference on Music Information Retrieval, pp.7-13, 2003(10). 

  10. Cerling Wold, Thom Blum, Douglas Keislar, and James Wheaton, "Content-Based Classification, Search, and Retrieval of Audio," IEEE Multimedia, Vol.3, No.3, pp.27-36, Fall, 1996. 

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