Hardware reconfigurável para geração de música harmonizada utilizando autômatos celulares.

Desde os primórdios da humanidade, a descoberta do método de processamento cerebral do som, e consequentemente da música, fazem parte do imaginário humano. Portanto, as pesquisas relacionadas a este processo constituem um dos mais vastos campos de estudos das áreas de ciências. Dentre as inúmeras tentativas para compreensão do processamento biológico do som, o ser humano inventou o processo automático de composição musical, com o intuito de aferir a possibilidade da realização de composições musicais de qualidade sem a imposição sentimental, ou seja, apenas com a utilização das definições e estruturas de música existentes. Este procedimento automático de composição musical, também denominado música aleatória ou música do acaso, tem sido vastamente explorado ao longo dos séculos, já tendo sido utilizado por alguns dos grandes nomes do cenário musical, como por exemplo, Mozart. Os avanços nas áreas de engenharia e computação permitiram a evolução dos métodos utilizados para composição de música aleatória, tornando a aplicação de autômatos celulares uma alternativa viável para determinação da sequência de execução de notas musicais e outros itens utilizados durante a composição deste tipo de música. Esta dissertação propõe uma arquitetura para geração de música harmonizada a partir de intervalos melódicos determinados por autômatos celulares, implementada em hardware reconfigurável do tipo FPGA. A arquitetura proposta possui quatro tipos de autômatos celulares, desenvolvidos através dos modelos de vizinhança unidimensional de Wolfram, vizinhança bidimensional de Neumann, vizinhança bidimensional Moore e vizinhança tridimensional de Neumann, que podem ser combinados de 16 formas diferentes para geração de melodias. Os resultados do processamento realizado pela arquitetura proposta são melodias no formato .mid, compostas através da utilização de dois autômatos celulares, um para escolha das notas e outro para escolha dos instrumentos a serem emulados, de acordo com o protocolo MIDI. Para tal esta arquitetura é formada por três unidades principais, a unidade divisor de frequência, que é responsável pelo sincronismo das tarefas executadas pela arquitetura, a unidade de conjunto de autômatos celulares, que é responsável pelo controle e habilitação dos autômatos celulares, e a unidade máquina MIDI, que é responsável por organizar os resultados de cada iteração corrente dos autômatos celulares e convertê-los conforme a estrutura do protocolo MIDI, gerando-se assim o produto musical. A arquitetura proposta é parametrizável, de modo que a configuração dos dados que influenciam no produto musical gerado, como por exemplo, a definição dos conjuntos de regras para os autômatos celulares habilitados, fica a cargo do usuário, não havendo então limites para as combinações possíveis a serem realizadas na arquitetura. Para validação da funcionalidade e aplicabilidade da arquitetura proposta, alguns dos resultados obtidos foram apresentados e detalhados através do uso de técnicas de obtenção de informação musical.

Since the beginnings of mankind, questions about the method of sound processing in the brain, and hence the music, are part of the human imagination. Therefore, the researches related to this process constitute one of the largest fields of research in science. Among many attempts to understand the biological processing of sound, humans beings invented the automatic musical composition automatic process in order to verify the possibility of producing quality musical compositions, without the human interference, wich means, only by using the definitions and structures of existing pieces of music. This automatic music composition procedure, also known as random music, has been widely exploited over the past centuries, being used by greats musicians like Mozart. The advances in engineering and computing allowed the evolution of random music composition methods, making the application of cellular automata a viable alternative to determine the execution sequence of musical notes, as well as, other items used in this type of composition. This dissertation proposes a hardware architecture for random music composition using cellular automata to determine the melodic intervals order. A prototype has been implemented in FPGA. The proposed hardware architecture has four kind of cellular automata, modeled according to the one-dimensional Wolfram neighborhood, two-dimensional Neumann neighborhood, two-dimensional Moore neighborhood and three-dimensional Neumann neighborhood. These cellular automata can be combined in sixteen different ways for generating melodies. The processing result as conducted by the proposed architecture are melodies in the .mid format, through the use of two cellular automata, one for selecting notes and the others for choosing the instruments to be emulated, in accordance with the MIDI protocol. This hardware is composed by three main units, the frequency divider unit, which is responsible for the synchronizing of the tasks performed by the hardware architecture, the cellular automata set unit, which is responsible for the control and enabling of the cellular automata and the MIDI machine, which is responsible for organizing the iterations of the cellular automata and convert them to the MIDI protocol structure, generating the final musical composition. The proposed hardware architecture is parametrizable, so that the data settings that influence the final product, such as, the rules of the cellular automata, are informed by the user. There are no limits regarding the possible combinations to be performed in the hardware architecture. In order to validate the functionality and applicability of the proposed hardware, some results were presented and detailed through the use of techniques for musical information retrieval.