视奏,指演奏者拿到新曲直接视谱弹奏,是钢琴学习中重要的一环。由于对教师的专业性要求较高,传统视奏学习成本高且效率低。利用计算机评价视奏音乐,辅助教学在降低学习成本、提高学习效率方面有显著优势,近来成为研究热点,但仍存在评价结果不准确及不符合乐理等问题。本文针对视奏音频,改进音乐特征提取方法,研究一种基于乐理知识的钢琴视奏能力评价系统,根据不同等级乐谱视奏音频在节奏、主旋律和乐感表现上的评分,实现对用户视奏能力评价,达到辅助钢琴教学的目的。主要创新点和研究工作如下:(1)评价方法上,根据音乐欣赏的特点,设置强、弱两种评价准则,将节奏、主旋律等骨架特征作为强准则,要求视奏音频与原谱标注相同;乐感表现等主观感受作为弱准则,将音频乐感定义为心理学中二维Thayer平面中的点,训练基于支持向量回归的二维乐感预测模型,然后将视奏音频与乐谱示范音频乐感在Thayer平面中的线性距离作为乐感表现评价,避免情感词语描述乐感的歧义问题。(2)节奏提取上,将音符片段时间间隔作为音频节奏,提出利用梅尔系数修正误差的音符片段提取方法。首先根据各音符主能量频率划分88个频段,利用各频段多帧均值能量增量检测音符起点,并以此划分音符片段,然后利用梅尔系数设计音符片段对齐算法,修正音符起点检测误差,检测精确率达到98%,提高了节奏评价的准确性。(3)主旋律提取上,根据谐波叠加及钢琴音符组成特点,提出基于“左右手音符谐波谱减”的主旋律音符提取方法,根据乐谱确定候选音符后,设计谐波滤波器,得到各音符谐波谱,首先根据低频特征筛选出左手音符,然后在右手音符谐波谱中加权减去平滑后的左手音符谐波影响,分析谱减后的右手音符谐波谱,得到右手音符即主旋律音符。本方法充分利用先验信息和谐波特性降低音符检测误差,算法F值达到92%。(4)收集视奏乐谱,提取其特征构建系统数据库,实现各评分模块,得到0至5级的视奏能力评价。利用系统客户端及线上评分平台进行实验,本系统与人工给出的评价结果余弦相似度为0.99,验证了系统对用户视奏能力评价的有效性和客观性。