[논문 리뷰] Partitura: A Python Package for Symbolic Music Processing

Carlos Cancino-Chacón, Silvan David Peter외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 02.

Music and Audio Processing인용 수 6

한 줄 요약

Partitura는 MEI, MusicXML, Humdrum 및 MIDI 파일을 노트 배열과 피아노 롤과 같은 정제된 MIR용 데이터 포맷으로 효율적으로 파싱할 수 있도록 하는 경량 파이썬 패키지로, 음악정보검색(MIR)을 위한 기호 음악 처리를 단순화한다. 이 패키지는 음고 표기, 키 시그니처 탐지, 음역 분리와 같은 핵심 음악 분석 작업을 지원하며, 특히 스코어에서 연주로의 정렬을 고유하게 처리하여, 음악 전문 지식이 적고 기계학습 파이프라인과 높은 호환성을 가지는 연구자들에게 이상적이다.

ABSTRACT

Partitura is a lightweight Python package for handling symbolic musical information. It provides easy access to features commonly used in music information retrieval tasks, like note arrays (lists of timed pitched events) and 2D piano roll matrices, as well as other score elements such as time and key signatures, performance directives, and repeat structures. Partitura can load musical scores (in MEI, MusicXML, Kern, and MIDI formats), MIDI performances, and score-to-performance alignments. The package includes some tools for music analysis, such as automatic pitch spelling, key signature identification, and voice separation. Partitura is an open-source project and is available at https://github.com/CPJKU/partitura/.

연구 동기 및 목표

• 음악정보검색(MIR) 분야의 연구자들이 기호 음악 데이터를 처리하는 데 있어 진입 장벽을 낮추기 위해 기호 음악 데이터 처리를 단순화한다.
• MIR 관련 데이터 구조에 중점을 두고, music21과 같은 복잡한 기호 음악 라이브러리의 대안으로 경량이고 효율적인 대체 수 Mittel을 제공한다.
• MEI, MusicXML, Humdrum, MIDI와 같은 다양한 기호 음악 포맷과 스코어-연주 정렬을 원활하게 처리할 수 있도록 한다.
• 음고 표기, 키 시그니처 탐지, 음역 분리와 같은 핵심 음악 분석 도구를 데이터 처리 파이프라인에 직접 통합한다.
• 희소 피아노 롤과 구조화된 노트 배열과 같은 표준화되고 수치적으로 효율적인 표현 방식을 쉽게 접근할 수 있도록 하여 고수준의 MIR 작업을 지원한다.

제안 방법

• 고유한 내부 표현 방식을 사용하여 MEI, MusicXML, Humdrum, MIDI 파일을 내재된 파이썬 객체로 파싱한다.
• 스코어와 연주를 표준화된 MIR 데이터 구조로 변환: 노트 배열(NumPy 구조화된 배열로 표현)과 피아노 롤(SciPy 희소 행렬로 표현).
• `time_div` 매개변수를 통해 시간 해상도 제어를 가능하게 하여, 8분음표 또는 16분음표 수준의 다양한 시간 분할 해상도로 피아노 롤을 생성한다.
• 기본 음악 분석 도구를 `partitura.musicanalysis` 모듈에 통합하여 기호 데이터에서 음고 표기, 키 시그니처, 음역 할당, 톤 전압을 추론한다.
• 히우리스틱 및 규칙 기반 추론을 사용하여 MIDI 파일(스코어로 간주할 경우)에서 누락된 음악 정보(예: 음고 표기, 음역 레이블)를 복구한다.
• 노트 수준 또는 시간 수준(예: 박자 및 마디 수준)에서 기호 스코어와 MIDI 연주 간의 정렬을 가능하게 하여, 기존 라이브러리와는 차별화된 고유한 기능을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MEI, MusicXML, Humdrum, MIDI와 같은 다양한 포맷의 기호 음악 데이터가 어떻게 통일된 방식으로 파싱되고 MIR 워크플로우를 지원할 수 있는가?
• RQ2 노트 배열과 피아노 롤과 같은 일반적으로 사용되는 MIR 데이터 구조를 기호 음악 표현에서 효과적으로 추출하는 가장 효과적인 방법은 무엇인가?
• RQ3 깊이 있는 기호 음악 표현이 필요 없이도 경량의 고수준 음악 분석 도구를 데이터 처리 파이프라인에 통합할 수 있는가?
• RQ4 스코어-연주 정렬이 어떻게 체계적으로 표현되고 계산되어 후속 MIR 작업을 지원할 수 있는가?
• RQ5 MIDI 파일에서 누락된 음악 메타데이터(예: 음고 표기, 음역 레이블)를 규칙 기반 방법을 통해 얼마나 신뢰성 있게 추론할 수 있는가?

주요 결과

• Partitura는 MEI, MusicXML, Humdrum, MIDI 포맷의 기호 음악 데이터를 일관되고 MIR에 적합한 파이썬 객체로 성공적으로 파싱하고 표현한다.
• 사용자 정의 시간 해상도를 지원하는 한 줄짜리 명령어로 노트 배열과 피아노 롤을 추출할 수 있으며, 효율적인 희소 행렬 표현 방식을 사용한다.
• 음고 표기, 키 시그니처 탐지, 음역 분리와 같은 음악 분석 도구는 심지어 메타데이터가 명시되지 않은 MIDI 파일에서도 정확하게 추론된다.
• Partitura는 노트 수준과 시간 수준에서 모두 스코어-연주 정렬을 지원하여, 정렬 기반의 MIR 작업을 가능하게 한다.
• 수동 전처리와 음악 전문 지식의 필요성을 줄여 MIR 연구를 위한 데이터 파이프라인을 간소화한다.
• 패키지는 성능과 확장성에 중점을 두어 설계되었으며, 현재까지의 개발은 손상된 파일 처리, 병렬 처리, 자동 스코어 펼침 기능 향상에 집중하고 있다.