[发明专利]一种基于数据级并行GPU加速的大规模哼唱旋律匹配系统

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于数据级并行GPU加速的大规模哼唱旋律匹配系统，涉及哼唱检索和并行加速技术，通过该方法和装置，用户能够准确和高效地检索出所期望的音乐。属于计算机技术领域。

背景技术

随着信息量的增长和用户对搜索要求的提高，基于媒体内容的搜索越来越受到关注。音乐检索的需求多种多样，并且随着技术的进步和时代的发展，这种多样性越来越突出。在检索方式上，音乐检索可以采用哼唱、节拍拍打、演奏输入、乐谱录入、音频形式的样例等多种方式提交查询请求进行检索。其中，演奏输入检索和乐谱录入检索可以采用文本检索技术很容易实现，但对用户的音乐技能要求较高；基于文本的音乐信息检索都是针对歌手、歌名、专辑或者歌词进行检索的，但这些方法都不涉及音乐的乐理特性。

基于内容的音频检索(Content-Based Audio Information Retrieval，CBAIR)是音乐检索领域未来的发展趋势，有别于传统的基于文本描述的分类和检索方式，基于内容的音乐检索利用音乐本身的特征对其进行自动分类，取代手工的文本描述，并采用哼唱的方法进行查询，更加符合音乐这种存在高度主观因素载体的查询工作。哼唱检索(Query By Humming，QBH)就是基于内容的音乐检索中的一种主要使用的检索方式。

基于内容的音乐检索目前主要存在的问题是用户体验方面的不足，由于检索时所使用的检索算法复杂度普遍较高，导致检索所需要的时间比较长，用户等待的时间也相应较长。要加快检索算法的运行速度，常用的技术方案是通过对算法本身进行优化来降低算法的复杂度，但是这种方法是有局限的，任何一个算法的复杂度都是有下界的，不可能无限制的降低。另外可用的技术方案就是采用并行的方式来对算法进行加速。

并行计算也有多种方式，传统的并行计算是采用多CPU或者集群的方式来进行的，往往会涉及到多个处理器或者多个计算结点。最近几年产生了一种新的并行方式，那就是采用GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)来进行并行计算，GPU并行计算通过将应用程序中计算量繁重的部分交给GPU处理，程序的剩余部分依然在CPU上运行，从而可以实现更高的应用程序性能。CPU与GPU是一个强大的组合，在CPU中包含的是专为串行处理而优化的核心，而GPU则由数以千计更小、更节能的核心组成，这些核心针对并行处理而进行了优化，程序的串行部分在CPU上运行，而并行部分则在GPU上运行。

为了方便开发人员更好地使用GPU来进行并行计算，NVIDIA(英伟达)公司推出了CUDA，CUDA是统一计算架构(Compute Unified Device Architecture)的简称，它是由NVIDIA所推出的一种集成技术，是该公司对于GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units，通用图形处理器)的正式名称，通过这个技术，开发人员就可以方便地使用NVIDIA的GPU进行并行计算。