工尺谱是中国传统的音乐记谱法之一,是包括人类口头与非物质文化遗产之一的昆曲在内的大多数中国传统戏曲和乐器的主要记谱法。中国传统工尺谱乐谱的数字化实现在国内外尚未进行过系统研究,本文在分析与整理一系列工尺谱的记谱方法与规律的基础上,综合利用中国民族音乐理论、西方音乐理论、图像处理、模式识别、计算机技术和数字媒体技术等多学科知识,就工尺谱领域知识和工尺谱乐谱的数字实现进行了探索与研究。本文从工尺谱记谱法领域知识的数字化,工尺谱乐谱的图像分割与谱字识别,以及工尺谱乐谱音乐信息存储、传播、显示和重建等方面进行了研究,主要贡献有:1.建立了工尺谱的元数据(Metadata)方案。此方案在都柏林的DC核心(Dublin Core)元数据方案的基础上,结合现有的音乐元数据方案和传统机读目录格式(MARC),根据工尺谱记谱法的领域知识和工尺谱乐谱的特征,提出包含51个修饰词的工尺谱元数据方案,其中新增了针对工尺谱的“书写方式”、“谱字”、“题跋”、“收藏者”、“剧种”、“方言”和“资源质量”等33个修饰词。2.提出了工尺谱乐谱的图像分割方法。根据工尺谱乐谱的图像特征,提出了基于DFS(Depth-first Search)的二值图像连通区域标记算法,具有平均效率高并能同时获取区域特征等优点;依据无歌词的工尺谱乐谱图像(如琵琶谱)特点,提出了基于种子螺旋扩张的包围盒算法(Axis-aligned Bounding Box),能有效地提取出乐谱中的所有谱字;针对有歌词的工尺谱乐谱图像(如昆曲乐谱),提出了基于投影和自适应迭代平滑技术的图像分离算法,可有效地将工尺谱乐谱中的歌词与谱字分离。3.提出了工尺谱乐谱谱字的音乐信息识别方法。从图像分割方法获取的谱字中提取出谱字的特征数据,分别利用Bayes分类器、遗传算法分类器和最近邻法分类器,对工尺谱乐谱的谱字进行单分类器识别;同时,提出了基于先验概率的多分类器融合方法,相对于上述三个单分类器,该方法大大提高了工尺谱谱字的识别效率。4.建立了工尺谱乐谱的数据存储方案。利用MIDI1.0协议,结合工尺谱乐谱特点,提出了类MIDI的工尺谱乐谱存储方案;利用工尺谱记谱法的特征,提出了描述工尺谱乐谱的音乐信息的全息标记文本存储方案;利用数据库技术和工尺谱元数据方案,提出了工尺谱乐谱的数据库概念模式和逻辑模式。5.提出了工尺谱乐谱显示和重建方法。利用XML标记语言和SVG技术,显示和重建工尺谱乐谱的音乐信息,先用DTD(Document Type Definition)定义工尺谱的DTD文档,再利用谱字图像构建谱字的SVG组模板字体信息,通过定义工尺谱乐谱的歌词与谱字的几何构建规则,实现工尺谱乐谱的重建。本文从跨学科的多角度视野,对中国传统的音乐记谱法的数字实现进行了探索性的研究,提出了一系列实现中国传统的工尺谱数字化方案与方法,为在数字时代将工尺谱等传统的文化与艺术形式实现数字化提供必要的技术实现思路与手段,同时对传承和弘扬中国传统文化与艺术具有重大意义和广阔的应用前景。