Monaural Sound Source Separation by Nonnegative Matrix Factorization With Temporal Continuity and Sparseness Criteria

光谱图 非负矩阵分解 源分离 单声道 数学 算法 子空间拓扑 独立成分分析 计算机科学 乘法函数 基质(化学分析) 期限(时间) 语音识别 模式识别(心理学) 矩阵分解 人工智能 特征向量 数学分析 物理 复合材料 材料科学 量子力学
作者
Tuomas Virtanen
出处
期刊:IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:15 (3): 1066-1074 被引量:920
标识
DOI:10.1109/tasl.2006.885253
摘要

An unsupervised learning algorithm for the separation of sound sources in one-channel music signals is presented. The algorithm is based on factorizing the magnitude spectrogram of an input signal into a sum of components, each of which has a fixed magnitude spectrum and a time-varying gain. Each sound source, in turn, is modeled as a sum of one or more components. The parameters of the components are estimated by minimizing the reconstruction error between the input spectrogram and the model, while restricting the component spectrograms to be nonnegative and favoring components whose gains are slowly varying and sparse. Temporal continuity is favored by using a cost term which is the sum of squared differences between the gains in adjacent frames, and sparseness is favored by penalizing nonzero gains. The proposed iterative estimation algorithm is initialized with random values, and the gains and the spectra are then alternatively updated using multiplicative update rules until the values converge. Simulation experiments were carried out using generated mixtures of pitched musical instrument samples and drum sounds. The performance of the proposed method was compared with independent subspace analysis and basic nonnegative matrix factorization, which are based on the same linear model. According to these simulations, the proposed method enables a better separation quality than the previous algorithms. Especially, the temporal continuity criterion improved the detection of pitched musical sounds. The sparseness criterion did not produce significant improvements

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