T E L K O M N I K A  T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   1 8 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 2 0 ,   p p .   24 39 ~ 2 4 46   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad e  b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 8 i 5 . 1 5 6 6 5     2439       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Autom a tic  so und   sy nthesis usi ng  t h e  f l y  a lg o rithm       Z a ina b A.   Abbo o d 1 ,   I m a d S.   Als ha wi 2 ,   Asa a d A.   Alh ij a j 3 ,   F ra nck   P .   Vida l 4   1 De p a rtme n t  o f  P a t h o l o g ica l  A n a ly sis S c ien c e ,   Co l leg e   o f   S c ien c e ,  Un iv e rsity   o f  Ba sra h ,   Ira q   2, 3 De p a rtme n t  o f  C o m p u ter,  Co ll e g e   o f  C o m p u ter S c ien c e   a n d   I n f o r m a ti o n   Tec h n o l o g y ,   U n iv e rsit y   o f   Ba sra h ,   Ira q   4 S c h o o l  o f   Co m p u ter S c ien c e ,   Ba n g o r  Un i v e rsity ,   UK       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   3 1 ,   2 0 2 0   R ev is ed   Ap r   6 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   Ap r   2 4 ,   2 0 2 0       Ou r  stu d y   is  d e m o n stra ted   a   n e w  ty p e   o f  e v o l u ti o n a ry   so u n d   sy n t h e sis   m e th o d .   Th is  w o rk   b a se d   o n   th e   fly   a l g o rit h m ,   a   c o o p e ra ti v e   c o - e v o lu ti o n   a lg o rit h m ;  it   is  d e riv e d   fro m   t h e   P a risian   e v o l u ti o n   a p p r o a c h .   T h e   a lg o rit h m   h a s  re lativ e ly   a m e n d e d   t h e   p o si ti o n   o f  in d i v id u a ls  (th e   F li e s)  r e p re se n ted     b y   3 - D  p o i n ts.  T h e   fly   a lg o rit h m   h a s  su c c e ss fu ll y   in v e stig a ted   in   d iffere n t   a p p li c a ti o n s,  s tarti n g   wit h   a   re a l - ti m e   ste re o   v isi o n   fo r   r o b o t ics .   Also ,     th e   a lg o rit h m   sh o ws   p r o m isin g   re su lt s  in   t o m o g ra p h y   to   r e c o n stru c t     3 - D  ima g e s.  Th e   fin a l  a p p li c a ti o n   o f  th e   fl y   a lg o rit h m   wa s  g e n e ra ti n g   a rti stic   ima g e s,  su c h   a s  d ig it a l  m o sa i c s.  In   a ll   th e se   a p p li c a ti o n s,  th e   fli e s’  re p re se n tatio n   sta rted   fo r  sim p le,  3 - D  p o i n ts,  t o   c o m p lex   o n e ,   th e   s tru c tu re   o f   9 - e lem e n ts.  Ou r  m e th o d   fo ll o ws   e v o lu ti o n a r y   d i g it a l  a rt  wi th   th e   fl y   a lg o rit h m   i n   re p re se n ti n g   t h e   p a tt e rn   o f   t h e   fli e s.   Th e y   re p re se n ted   in   a   wa y   o f  h a v i n g   t h e ir  str u c tu re .   T h is  str u c tu re   in c l u d e s  p o sit io n ,   c o lo u r,     ro tatio n   a n g le,  a n d   siz e .   Ou r   a lg o rit h m   h a s  th e   b e n e fit   o f  g ra p h ics     p ro c e ss in g   u n it s  (G P Us )  to   g e n e ra te  th e   so u n d   wa v e fo rm   u sin g   t h e   m o d e r n   Op e n G L  sh a d in g   lan g u a g e .   K ey w o r d s :   C o o p er ativ e  co - e v o lu tio n   Dig ital so u n d   E v o lu tio n a r y   alg o r ith m   Fly   alg o r ith m   Par is ian   ev o lu tio n   W av ef o r m   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r  th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I m ad   S.  Als h awi ,    Dep ar tm en t o f   C o m p u ter ,     C o lleg e  o f   C o m p u ter   Scien ce   an d   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y ,     Un iv er s ity   o f   B asra h ,   I r a q .   E m ail:  em ad alsh awi@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     No wad ay s ,   co m p u ter s   ar e  u s ed   to   s im u late  d if f er en t  ty p es  o f   h u m an   f u n ctio n s   in   th e  f o r m   o f   d ig ital  r ep r esen tatio n .   Fo r   ex a m p le,   s o u n d   s y n th esizer s   ar e  c o m m o n ly   r u n   in   th e  d i g ital  co m p u ter   b y   im p lem en tin g     a  co m p u ter   p r o g r am   th at   p r o d u ce s   d i g ital  s o u n d   s am p le s   ( wav ef o r m )   [ 1 ] .   T h e  al g o r i th m   is   d esig n ed   to   em u late  th e  tar g et  s o u n d   b y   tu n n in g   ce r tain   in te r n al   p ar am et er s   [ 2 ] .   T h ese  p ar am eter s   ar e  v ar iab le  d eter m in e d   b y   th e  u s er   im p lem e n tatio n   a cc o r d in g   t o   th e  d esire d   s o u n d .   T h e  alg o r ith m s   th at  g e n er at e  s o u n d   ar e  ca lled   So u n d   s y n th esis   tech n iq u es  ( SS T s ) .   T h e  class ic  SS T s   im p lem en ted   f o llo win g   a  tr ad itio n al  m a th em atica l   tech n iq u e  f o r   em u latin g   t h e  in ter n al  p ar am eter s .   T h e  esti m ated   p ar am eter s   f o r   d esig n in g   a  f u n ctio n al  f o r m   o f   SS T s   ar e  d ep en d en t  p r o b lem s   r ely in g   o n   h u m an   s k ills .   Ho wev er ,   g en er atin g   s o u n d s   is   a  r em ar k ab l y   d if f icu lt   task ,   it  is   s lig h tly   in h ar m o n i c  an d   t h e  p a r tials   p r o ce s s   a  ce r tain   s to ch asti c  lo w - am p lit u d e,   h ig h - f r eq u en cy   d ev iatio n   [ 3 ] .   T r ad itio n al  s o u n d   s y n th esis   n e ed s   co m p r e h en s iv e  h u m an   ex p er ien ce s   [ 4 ]   an d   al o n g   with   r ef in em en t,   p r o ce s s es  to   esti m ate   th e  i n te r n al  p a r am eter s .   T h e  m o tiv atio n   b eh in d   th is   r esear ch   is   to   f in d   a n   alter n ativ e  m eth o d   to   s y n th esis   th e  tar g et   s o u n d .   Usu ally ,   tec h n iq u es  r e ly   o n   tu n in g   a  la r g e  n u m b er   o f   p ar am eter s ,   u p   to   2 0 0   o r   m o r e  in   s o m e  ca s es,  m ath em atica lly .   Ho wev er ,   th e  s y n th esizer s   s h o w  th at  th ey   ca n   n o n - lin ea r ly   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  1 8 ,   No .   5 ,  Octo b e r   2 0 2 0 :    2 4 3 9   -   2446   2440   r esp o n d   to   s o m e  p ar am eter s .   T h is   m ea n s   an y   ch an g e  o f   o n e   p ar am eter   m ig h t  b e  ef f ec te d   to   an o th er   a n d   s m all   ch an g in g   o n   o n e   p ar am eter   ca n   ca u s e  a  lar g e   ch an g e  in   th e  s o u n d   [ 5 ] .   C u r r en tly ,   t h ese  p a r am eter s   h av e  b ee n   au to m atica lly   ex p r ess ed   th r o u g h   s o lv in g   SS T   as  an   o p tim iz atio n   p r o b lem   u s in g   ar tific ial  ev o l u tio n   ( AE )   [ 1 ] .  T h e  f ir s t  attem p t  to   g en er a te  co m p lex   m u s ic   s o u n d s   u s in g   th e  ev o lu tio n ar y   p a r ad i g m   d escr ib ed   b y   Daw k in s , 1 9 8 6   [ 6 ] .    I n   1 9 9 3 ,   Ho r n er   et  al.   [ 7 ]   p r esen ted   a  t y p e   o f   ev o l u tio n ar y   m eth o d   wh ich   is   Gen etic  a lg o r ith m s   ( GAs)  t o   esti m ate  th e  in ter n al  p ar am eter   o f   FM  s y n th esizer s .   W h en   [ 8 ]   p r o p o s ed   au to m atic  d ig ita l   s y n th esizer   cir cu its .   T h e  cir c u its   ar e  g en er ated   s o u n d s   co m p ar ab le  to   a   s am p led   ( tar g e t)   r ely in g   o n   a  GA.   T h is   alg o r ith m   in itials   th e  p o p u latio n   o f   th e  elem e n ts   ( in d iv id u als)  o f   th e  cir cu it  an d   s u c ce s s iv ely   im p r o v es   th ese  elem en ts   to   g et  a  b etter   c ir cu it f o r   g en er atin g   th e  tar g et  s o u n d .   T h e  n ex t  s ec tio n   d em o n s tr ates  th e  p r ev io u s   wo r k s   o f   s o u n d   s y n th esis .   T h is   s ec tio n   f o cu s es  o n     th e  p r o b lem s   th at  cl o s e  to   o u r   ap p r o ac h .   Sectio n   2   s h o ws  a  g en er al   r ev iew  o f   t h e  “ Par is ian   ev o lu tio n "   s tr ateg y   in   s p ec if ic  th e  f ly   alg o r ith m .   Sectio n   3   r ep r e s en ts   th e  ad ap tatio n   o f   th e  f ly   alg o r ith m   in to   ev o lu tio n ar y   s o u n d   s y n t h esis .   Ho wev er ,   th e  f ly   alg o r it h m   p r e v io u s ly   u s ed   f o r   m ed ical  to m o g r ap h y   r ec o n s tr u ctio n ,   r o b o tic  a n d   d ig ital  ar t  g en er ato r   ap p licatio n s .   T h is   s ec tio n   f o llo ws  t h e  r esu lt.  Fin ally ,     th e  r em ar k a b le  co n cl u s io n   g iv es in   th e  last   s ec tio n .       2.   E VO L U T I O N ARY  SO UN D  SYNT H E S I S   So u n d   s y n t h esis   h as  b ee n   ac ti v e  r esear ch   f o r   m o r e  t h an   f o u r   d ec ad es.  Sev er al   tech n iq u es  f o r   s o u n d   s y n th esizer s   lik e  ad d itiv e  s y n th esis ,   s u b tr ac tiv e  s y n th esis ,   f r eq u en cy   m o d u latio n ,   wav etab le  s y n th esis   o r   p h y s ical  m o d elin g   [ 9 ] .   So u n d   s y n th esis   f r o m   th e  im ag e  h as s ev er al  im p lem en tatio n s ; o n e  p o s s ib le  ap p licatio n   co u ld   b e  e x p r ess ed   u s in g   a n   a r tis t  to   d r aw  s o u n d   [ 1 0 ] .   B r ag an d   et  al .   [ 1 0 ]   p r esen t  a  u s er   in ter f ac e  to   g e n er ate   s o u n d   f r o m   im a g e  r ely in g   o n   a  Vo r o n o i  alg o r ith m .   An o t h er   ap p r o ac h ,   Ph o t o s o u n d er   [ 1 1 ]   th e  au th o r s   ap p ly   an   in v er s e  Fas t Fo u r ier   tr an s f o r m   ( FF T )   o n   t h e  in p u t im ag e  t o   g en er ate  s o u n d   a f ter   th ey   ex am in e  th e  im ag e  as   a  m ag n itu d e  s p ec tr o g r am .   So u n d   s y n th esis   im p lem en tati o n s   h av e   m an ip u lated   u s in g   an   ev o lu tio n ar y   alg o r ith m   ( E A) .   I n   2 0 0 1 ,   Gar c ia  an d   h is   co lleag u e  a p p lied   g en etic  p r o g r am m in g   ( GP)   an d   p er ce p tu al  d is tan ce   m etr ics f o r   m ea s u r in g   th e  d is tan ce   b etwe en   th e  tar g et  an d   p r o d u ce d   s o u n d s   [ 1 2 ] .   T h e  r esear ch er s   in   [ 1 3 ]   en h a n ce   th e  FM  s y n th esis   m o d el  with   s o m e  ch an g es.  T h ey   r el y   o n   m o r e   wav ef o r m s   th an   a  s in e  wav e,   lik e  a  s awto o th   wav e.   Fo r   s y n th esis ,   th is   p ap er   u s es  GA  wit h   a  f itn ess   f u n ctio n   th at  weig h ted   s u m   o f   two   s p ec tr u m - co m p ar is o n   m etr ics.  T h e  cr o s s o v er   s elec tio n   p ar a m eter   h as  s h o wn   a   s ig n if ican t  ef f ec t  o n   th e  p r o b l em   d o m ain .   Yo n g   [ 1 4 ]   f o llo w s   L ai  an d   h is   co lleag u es  f o r   s o u n d   s y n t h esis   u s in g   GA.   Ho wev er ,   h e  d ep en d s   o n   th e  DFM  s y n th esis   m o d el  with   th e  s am e  ty p e  o f   f itn ess   f u n ctio n .     T h e  im p lem en tatio n   is   d o n e  b y   Ma tLa b   t o   p r o d u ce   an   o u tp u t  s p ec tr u m   ac co r d i n g   to   i n p u t  ( ta r g et)   s o u n d   s p ec tr u m   f ile.   Oth e r   r esear ch e r s   [ 1 5 ]   h av e   b ee n   u s ed   m et h o d   wh ich   is   ce llu lar   au to m ata  ( C A) .   T h is   tech n iq u e   ca n   b e   class if ied   as  o n e   o f   a   class   o f   e v o lu tio n a r y   alg o r it h m s   f o r   m o d elin g   d y n am ic  s y s tem s   th at  m o d i f y   s ev er al  ch ar ac ter is tics   with   ti m e.   Ou r   wo r k   f o llo ws  th e  ev o lu t io n ar y   s o u n d   p a r ad ig m .   T h e   s o u n d   s y n th esis   s o lv ed   b y   E A  as  an   o p tim izatio n   p r o b lem .   I n   s p e cif ic,   o u r   p r o p o s ed   m eth o d   r elies  o n   th e   f ly   alg o r ith m ,   wh ich   is   a   ty p e   o f   co o p er ativ e  co - ev o lu tio n   ( C o C o )   s tr ateg y   [ 1 6 ] .   I n   th is   r esear ch ,   we  tr ea t  s o u n d   s y n th esis   as   im ag e   r ec o n s tr u ctio n .   T h e  p r in cip les  o f   o u r   m eth o d   f o llo w  th e  ca s e   o f   s tu d y in g   s o u n d   s y n th esis   as  a  s p ec if ic  ca s e  o f   th e  s et  co v e r   p r o b lem   b y   p lac in g   a   g r o u p   o f   tiles   as  a   s et  o n   a   s q u ar e   s h ap e   r eg io n   to   co n v er g e n t  a   co lo u r ed   im ag e  [ 1 7 ] .   Her e  s o u n d   s y n th esis   f alls   u n d er   th e  s u b ject  o f   g en er atin g   d ig ital  m o s aic  b y   f itti n g   m o s aic  tiles   o n   a  s u r f ac e.   E ac h   tile  n ee d s   s ettin g   u p   9   elem en ts   ( 3   co lo u r   co m p o n en ts ,   h eig h t,  wid th ,   r o tatio n   an g le,   an d     3 - D  p o s itio n ) ,   th e  s ea r c h   s p ac e  is   co m p l ex   wh ich   h as  9 _ N  d im en s io n s .   Su ch   a  p r o b lem   is   a  d if f icu lt  o p tim izatio n   p r o b lem   to   s o lv e .   I n   th is   r esear ch ,   we  p r o p o s e  to   s o lv e  th is   p r o b lem   u s in g   a  ty p e  o f   co o p er ativ e   co - ev o lu tio n   al g o r ith m   ( C C E A)   ca lled   “Par is ian   e v o lu tio n "  [ 1 8 ] .   T h e  Par is ian   a p p r o ac h   is   d if f er in g   f r o m   class ical  E As.  Fo r   th e  s o lu tio n   o f   th e  o p tim izatio n   p r o b lem ,   th e  E As  ar e  s ea r ch in g   o n   th e   b est  o n e  in d iv id u al   as  th e  s o lu tio n .   W h ile  th e  C C E A  s tr ateg y   lo o k s   o n   a  s et  o r   s u b s et  o f   in d iv id u als  o f   th e   p o p u latio n   as  a  f in al   s o lu tio n .   T h is   m ea n s   t h at  e v er y   in d i v id u al   is   a  p ar t   o f   th e   s o l u tio n ,   an d   all  i n d iv id u als  co llab o r atin g   to   b u ild   th e  f in al  s o lu tio n   [ 1 9 ] .       3.   O VE RVI E W  O F   T H E   F L Y  AL G O RI T H M   Fo r   s o lv in g   th e  s o u n d   r ec o n s tr u ctio n   p r o b lem ,   we  f o llo w  th e  m ain   m ec h an ics  as  i n   Par is ian   ev o lu tio n .   Fig u r e  1   s h o ws  t h e  p r in ci p les  o f   th e   s tead y - s tate  o f   th e  Par is ian   ev o lu tio n   alg o r ith m   [ 2 0 ] .    T h is   alg o r ith m   s im ilar   to   class ical  E A,   wh ich   co n tain s   th e  u s u al  g en etic  o p er at o r s   o f   an   E A:  s elec tio n ,   m u tatio n ,   an d   r ec o m b in atio n   a s   well  as th e  ad d itio n al  in g r ed i en ts   two   ty p es o f   f itn ess ,   as th e  f o llo win g :   -   Glo b a l f itn ess   ev alu ated   th e   wh o le  p o p u latio n   [ 2 1 ,   22] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A u to ma tic  s o u n d   s yn th esis   u s in g   th e  fly  a l g o r ith m   ( Za in a b   A .   A b b o o d )   2441   -   L o ca l f itn ess   ev alu ated   t h e  s in g le  co n tr i b u tio n   o f   th e   in d iv i d u al  to   th e  g lo b al  s o lu tio n .           Fig u r e  1 .   Stead y - s tate  co o p er a tiv e  co - ev o l u tio n   s tr ateg y .       I n   Sectio n   2 ,   we  m e n tio n ed   th at  o u r   wo r k   d ep e n d ed   o n   th e   Par is ian   ( Fly )   s tr ateg y .   T h e  in d i v id u als in   th is   alg o r ith m   c o r r esp o n d   to   two   ty p es  o f   s tr u ctu r es.  On e  co r r esp o n d s   to   ex ce e d in g ly   s im p le  p r im itiv es:     T h e  f lies   [ 2 3 ]   r ep r esen t a   3 - D  p o s itio n   o n ly .   T h e  o th er   s tr u ct u r e  co n tain s   9 - elem en ts   as sh o wn   in   Fig u r e  2 :   -   T h e  p o s itio n   is   a  v ec t o r   o f   3 D  co o r d in ates  ( x ,   y ,   z) ,   wh ich   is   r an d o m ly   g e n er ate d   b etwe en   0   an d   wid th   - 1 ,   0   an d   h eig h t  1 ,   an d   1   an d   - 1   r esp ec tiv ely   ( with   wid th   an d   h eig h t  th e  n u m b er   o f   p ix els  in   th e  im ag e  alo n g   th e  x -   an d   y - ax is ) .   An   ex a m p l e  o f   an   im a g e  g e n er ated   b y   an   in itial p o p u latio n   h as sh o wn   i n   Fig u r e  3 .   -   C o lo u r   r ep r esen ted   b y   th r ee   c o m p o n en ts   ( r ,   g ,   b )   wh ich   ar e   r ed ,   g r ee n   an d   b lu e  r esp ec tiv ely .   T h e  co lo u r   elem en ts   ar e  r an d o m ly   g e n e r ated   b etwe en   0   an d   1   f o r   p r ec is e  d is p lay in g   v a r io u s   c o lo u r s   f o r   ea ch   in d iv id u al.   -   R o tatio n   An g le  is   r an d o m ly   p r o d u ce d   to   co v er   a  co m p lete  an g le  b etwe en   0   a n d   3 6 0 .   -   T h e  s ca lin g   f ac to r   d o m in ates   th e  s ize  o f   th e  tile   o v er   th e  two - d im en s io n al  co o r d in ate  s y s tem   th r o u g h     th e  h o r izo n tal  an d   v er tical  ax i s .   -   L o ca l f itn ess   s ca les   it s   m ar g in al  co n tr ib u tio n   ag ain s t th e  g lo b al  s o lu tio n .           Fig u r e  2 .   T h e  f ly   d ata  s tr u ctu r e           Fig u r e  3 .   R an d o m   in itial p o p u latio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  1 8 ,   No .   5 ,  Octo b e r   2 0 2 0 :    2 4 3 9   -   2446   2442   T h e  g o al  o f   o u r   alg o r ith m   is   to   o p tim ize   th e  9   elem e n ts   o f   all  in d iv i d u als.  T h e   p r o p o s ed   m eth o d   aim s   to   m in im ize  th e  g lo b al  f itn ess   f u n ctio n .   W e  d ep en d   o n   th e  s u m   o f   ab s o lu te  er r o r   ( SAE)   wh ich   ca lled   Ma n h attan   d is tan ce   to o   [ 2 4 ] .   T h is   s ca le  ass e s s e s   h o w  is   a  g o o d   th e   p o p u latio n   to war d   th e  r ef er e n ce   s o u n d .      (  ,  ) = ∑ ∑ |  ( , ) −  ( , ) |           ( 1 )     T h e  SAE  is   co m p ar ed   th e  r ef e r en ce   im ag e  I NI   with   th e  r ec o n s tr u cted   im ag e  p o p .   W h ile  ass e s s in g   th e  p er f o r m a n ce   o f   a   s in g le  y ,   we  u s e  lo c al  f itn ess .   T h is   f itn ess   k n o ws  “m ar g in al  f itn ess ",   Fm ( i)   ( s ee   ( 2 ) ) .   Ou r   alg o r ith m   l o o k s   to   im p r o v e  t h e  p o p u latio n   p er f o r m an ce   b y   i n cr ea s in g   th e   g o o d   f lies   ag ain s t  th e  b ad   f lies .   T h e   SAE  m etr ics  p lu s   th e  leav e - o n e - o u t  c r o s s - v alid atio n   m et h o d   ar e  u s ed   to   g a u g e   th e  d eg r ee   o f   c o m p atib ilit y   o f   Fly   i   to   th e  r ef er en ce   im ag e .   W e  s elec t  a  f ly   t h at  h as  a   g o o d   co n tr ib u tio n   to   th e   p o p u latio n   an d   leav es o u t th e  b ad   o n e.      ( ) =  (  − { } ,  ) −  (  ,  )           ( 2 )     W ith   R C I   –   { i }  th e  im a g e  ca lc u lated   with   all   in d iv id u als  ex c ep t  Fly   i .   T h e   s ig n   o f   th e  v al u e  o f   Fm   ( i)   r ef e r r ed   to   as a   d if f er e n t in ter p r etatio n :   -   s g n ( F m ( i) )   b ec o m es  less   th an   0   wh en   th e  d if f er e n ce   ( er r o r )   i s   g r ea ter   with   Fly   i .   T h is   m ea n s   th at  th e  Fly   i   is   in co m p atib le  with   th e  o p tim al  s o lu tio n   f o r   all  th e  r est o f   i n d iv id u als.   -   s g n ( F m ( i) )   b ec o m es  g r ea ter   th an   0   wh en   th e  d if f er en ce   ( er r o r )   is   less   with   Fly   i .   T h is   m ea n s   th at  th e  Fly   i   is   co n v er g e d   to   th e  o p tim al  s o lu tio n .   -   s g n ( F m ( i) )   b ec o m es  eq u al  to   0   wh en   th e  d if f er e n ce   ( er r o r )   is   th e  s am e  with   Fly   i .   T h is   m ea n s   th at  th e  Fly   i   is   n o t v alu ab le  n o r   d estru ctiv e .   A s   th e  alg o r ith m   p r o ce s s in g   g o in g   o n   as  th e  b ad   f lies   d ec r ea s e.   Fo r   th e  s ele ctio n   s tag e,   we   u s e  th e  T h r esh o ld   s elec tio n   o p er ato r   [ 2 5 ] .   I f   F m ( i)   ≤   0 ,   th e n   Fly   i   ca n   b e  lef t  o u t;  else  it  is   a  g o o d   ca n d i d ate  f o r   r e p r o d u ctio n .     Fo r   s to p p in g   c r iter ia  o f   t h e  alg o r ith m ,   we  d e p en d   o n   t h e  alg o r ith m   s tr u g g le  to   f in d   b ad   f lies   to   k ill.       4.   RE SU L T S   I n   th is   s ec tio n ,   we  d esig n   a u to m ated   s o u n d   s y n th esis   th r o u g h   th e  f ly   alg o r ith m   a n d   p er ce p tu al   d is tan ce   m etr ics  to   m ea s u r e  th e  d is tan ce   b etwe en   r ef er e n c e  ( r ef )   an d   g en e r ated   ( g e n )   s o u n d .   T h e  p r e v io u s   s ec tio n   s h o ws  th is   wo r k   r ely in g   o n   SAE  m atr ices  to   q u an tify   th e  er r o r   b etwe en   th e  in p u t  an d   tar g et  s o u n d .   Fo r   f ast  p r o ce s s in g ,   we  co m p u te  th e  SAE  with   th e  h elp   o f   a  g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n it  ( GPU)   u s in g     th e  Op e n GL   s h ad in g   lan g u ag e   ( GL SL)   as   s h o wn   in   Fig u r e  4 .           Fig u r e  4 .   C o m p u tatio n   o f   th e  m ar g in al  f itn ess   o n   GPU  f o r   t wo   im ag es u s in g   GL SL  an d   Op en GL   ( in   y ello w  an d   g r ee n   b o x es r esp ec tiv ely )       T h e   g en   s o u n d   is   g e n er ated   o f f lin e  u s in g   a  Fra m e  B u f f er   Ob ject  ( FB O) .   So u n d s   in clu d i n g   r e f   an d   g en   ar e  s to r ed   u s in g   2 - D  Op e n GL   tex tu r es.  T h e  n ex t  s tep   i s   th at  th e  p ix el - wis e   ab s o lu te  er r o r   b etwe en   ( r e f )  an d   ( g en )   is   co m p u ted   af ter   t h e  tex tu r e  is   p as s ed   t o   a   GL SL  s h ad er   p r o g r am .   T h e   p r o ce s s   o f   s u m m atio n   is   co m p leted   o n   th e  GPU  with   th e  h elp   o f   th e   Op en GL   ap p lic atio n   o f   th e   r ed u ctio n   o p e r ato r   p r o v id e d   b y   B o o s t   C o m p u te  [ 2 6 ] .   I t  e f f icien tly   s u p p lies   th e  SAE.   Als o ,   o u r   m eth o d   u s es  o n ly   a n   o p er at o r   o f   m u tatio n   f o r   g en er atin g   a   g o o d   f ly   an d   r ep l ac e  with   a  b ad   f ly   d u r in g   an   iter atio n   o f   t h e  o p tim izatio n   tech n iq u e.   C r o s s o v e r   o p er ato r   e x clu d ed   to   e n s u r e  th at   p r o d u ce d   r ec en t  f l y   p ar tia lly   m o d if ied   f r o m   th e  g o o d   p r ev io u s   g en er atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A u to ma tic  s o u n d   s yn th esis   u s in g   th e  fly  a l g o r ith m   ( Za in a b   A .   A b b o o d )   2443   f ly .   I n   o th er   wo r d s ,   wh en   we  u s e  cr o s s o v er   m ay b e  two   g o o d   f lies   p r o d u cin g   a  n ew  f ly   in   b etwe en   ar e  v er y   lik ely   to   b e  b ad .     Ou r   m eth o d   is   test ed   with   p ar am eter s   s h o win g   in   T ab le  1   a n d   T ab le  2 ,   u s in g   9   x   n u m b e r   o f   f lies - D  s ea r ch   s p ac e.   I n   t h e  f ir s t  s tep s   o f   th e  al g o r ith m ,   th e   f lies   r an d o m ly   g en er ate d   u s in g   th e   s q u ar e  tiles   as  s h o wn   in   Fig u r e  3 .   T h e  m u tatio n   p r o b ab ilit y   is   f ix ed   to   1 0 0   %  d u e   to   th e   cr o s s o v er   is   n o t   s u itab le  in   o u r   al g o r ith m .   Ou r   p r ac tical  p ar t  o f   th e  al g o r ith m   p r o ce s s ed   au t o m atic ally .   Ho wev er ,   th e  im ag e   ( an d   its   s ize)   an d     th e  n u m b er   o f   in d iv id u als  ar e  s elec ted   b y   th e  u s er .   T o   av o id   s lo w  d o wn   th e  wh o le  p r o ce s s ,   th e  u s er   b alan ce d   th e  n u m b er   o f   f lies   with   im a g e  s ize  f o r   a v o id in g   p r em atu r e  co n v er g en ce .   Fo r   r ea lis tic  s o u n d   s y n th esis ,   o u r   alg o r ith m   r ep lace s   th e  s q u a r e   tiles   with   a  s tr ip e  m ask   as  s h o wn   in   Fig u r es  5   a n d   6 .   W e  u s e  a  twis ted   wav e   s o u n d   e d ito r   f o r   r ea d in g   s o u n d .   T h e  M o n o   s o u n d   s y s tem   u s ed   in   th is   r esear ch .   A  wav ef o r m   s am p led   at  8 0 0 0   Hz.   Fig u r e  7   s h o ws an   ex am p l e  o f   a  r e f er en ce   s o u n d   w h ich   i s   u s ed   in   th is   ar ticle.       T ab le  1 .   Par am eter s   f o r   th e  f ir s t te s tin g     in   th e  alg o r ith m   P a r a me t er   V a l u e   I mag e   si z e   2 0 0   x   4 0 0   n o .   f i l e s   3 5 0 0   n o .   g e n e r a t i o n s   2 0 0 0 0 0   p r o b a b i l i t y   o f   mu t a t i o n   ( p m )   1 0 0 %   p r o b a b i l i t y   o f   c r o s so v e r   0 . 0 %     T ab le  2 .   Par am eter s   f o r   th e  s e co n d   test in g     in   th e  alg o r ith m   P a r a me t e r   V a l u e   I mag e   si z e   2 0 0   x   4 0 0   n o .   f i l e s   7 5 0 0   n o .   g e n e r a t i o n s   2 0 0 0 0 0   p r o b a b i l i t y   o f   mu t a t i o n   ( p m )   1 0 0 %   p r o b a b i l i t y   o f   c r o s so v e r   0 . 0 %             Fig u r e  5 .   Ma s k   u s in g   s tr ip lin e           Fig u r e  6 .   Fit tin g   s tr ip e  lin e  o n   s q u ar e  tiles       T h e  r esu lt  g r ad u all y   b u ild s   th r o u g h   th e  f ly   alg o r ith m   iter atio n   as  we  m en tio n   s tar ted   with     r an d o m   s tr ip e  Fli es.  T h en ,   t h is   Fly   r ec o n s tr u cts  to   r ea c h   to   th e  tar g et  im ag e .   R esu lts   o f   Fig u r es  8   a n d   9   r el y   o n   T a b le  1   an d   T ab le   2   r esp ec tiv ely .   Fig u r es  8   a n d   9   s h o w  h o w  f lies   r ec o n s tr u ctio n   g ath e r in g   ar o u n d     th e  r ef er en ce   im a g e,   as  th e  alg o r ith m   ex ec u t es  as  th e  s h ap e  g ettin g   s h ar p e r .   T h e  alg o r ith m   s to p s   eith er     th e  er r o r   g ettin g   s m aller   b etwe en   th e  r ef e r en ce   an d   r ec o n s tr u cted   im ag e  o r   th e  al g o r ith m   r ely in g   o n   s to p p i n g   co n d itio n s .   Ho we v er ,   t h e  r e s u lt  o f   Fig u r e   9   s h o ws  th e   co n v e r g in g   o f   th e  r ec o n s tr u cted   im ag e   with     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  1 8 ,   No .   5 ,  Octo b e r   2 0 2 0 :    2 4 3 9   -   2446   2444   th e  r ef er e n ce   im a g e  m o r e   th a n   th e   r esu lt  o f   Fig u r e   8 .   W e  c o n clu d e   th at  as  t h e  n u m b e r   o f   Fli es  in cr ea s es  as     th e  r ea lis tic  r esu lt y o u   g o t in   t h e  en d .           Fig u r e  7 .   R ef er e n ce   im ag e           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   (f)           ( g )   ( h )     Fig u r e  8 :  R esu lts   o f   s o u n d   r ec o n s tr u ctio n   u s in g   th e  f l y   alg o r ith m   d ep en d in g   o n   th e   p ar am e ter s   o f   T ab le  1       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A u to ma tic  s o u n d   s yn th esis   u s in g   th e  fly  a l g o r ith m   ( Za in a b   A .   A b b o o d )   2445       ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   (f)           ( g )   ( h )     Fig u r e  9 .   R esu lts   o f   s o u n d   r ec o n s tr u ctio n   u s in g   th e  f l y   alg o r ith m   d ep en d in g   o n   th e   p ar am e ter s   o f   T ab le  2       5.   CO NCLU SI O N   T h e  p r o p o s ed   m eth o d   is   tack led   th e  p r o b lem   in   th e  f iel d   o f   E v o lu tio n ar y   s o u n d .   T h e  m eth o d   ad d r ess es  th e  p r o b lem   as  an   i m ag e  r ec o n s tr u ctio n s   alg o r ith m .   T h e  al g o r ith m   d ep e n d s   o n   h y b r id   tech n iq u es   th at  in h er ited   f r o m   AE ,   s cien tific   co m p u tin g   an d   c o m p u ter   g r ap h ics  ( C G) .   T h e  AE   r ep r esen ts   th e  f ly   alg o r ith m   f o r   r ec o n s tr u ctin g   th e  s o u n d   tem p late.   Fo r   g en e r atin g   th e   s o u n d   d ata,   r ea l - tim e  C G  r en d er i n g   a n d   g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n it  ( GP U)   ar e  u s ed   to   c o m p u te  th e  f i tn ess   f u n ctio n .   T h e  alg o r ith m   u s es  s tr ip e  tiles   to   cr ea te  s o u n d   v is u al  ef f ec ts .       RE F E R E NC E S   [1 ]   R.   A.  G a r c ia,  " Au to m a ti n g   t h e   d e sig n   o f  so u n d   sy n th e sis  tec h n i q u e s  u sin g   e v o l u ti o n a ry   m e th o d s, "   in   COS T   G - 6  Co n fer e n c e   o n   Dig i ta l  Au d io   Ef fe c ts,  L ime ric k ,   Ire la n d ,   2 0 0 1 .   [2 ]   Rii o n h e imo ,   J.,   Vä li m ä k i,   V.   “ P a ra m e ter  Esti m a ti o n   o f  a   P lu c k e d   S tri n g   S y n th e sis  M o d e l  Us in g   a   G e n e ti c   Alg o rit h m   with   P e rc e p tu a l  F i tn e ss   Ca lcu latio n , ”   EURA S IP  J .   Ad v .   S ig n a l  Pro c e ss ,   v o l.   2 0 0 3 ,   p .   7 5 8 2 8 4 ,   2 0 0 3 .  h tt p s:/ /d o i. o rg / 1 0 . 1 1 5 5 /S 1 1 1 0 8 6 5 7 0 3 3 0 2 1 0 0   [3 ]   M .   F .   Ca e tan o ,   J.  M a n z o ll i,   a n d   F .   J.  Vo n   Z u b e n ,   " I n tera c ti v e   Co n t ro l  o f  Ev o l u ti o n   A p p li e d   t o   S o u n d   S y n t h e sis,"   i n   FL AIR S   Co n fer e n c e ,   p p .   5 1 - 56 ,   2 0 0 5 .   [4 ]   P .   Da h lsted t ,   " E v o lu ti o n   in   c re a ti v e   so u n d   d e sig n , "   in   Evo l u ti o n a ry   c o mp u ter   m u sic ,   e d :  S p ri n g e r,   p p .   7 9 - 99 ,   2 0 0 7 .   [5 ]   J.  M c De rm o tt ,   N.  J.   G riff it h ,   a n d   M .   O’N e il l,   " Ev o lu ti o n a ry   c o m p u tatio n   a p p li e d   t o   so u n d   sy n th e sis, "   in   T h e   Art  o f   Arti fi c ia l  Evo lu ti o n ,   e d :  S p rin g e r,   p p .   8 1 - 1 0 1 ,   2 0 0 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l ,  Vo l.  1 8 ,   No .   5 ,  Octo b e r   2 0 2 0 :    2 4 3 9   -   2446   2446   [6 ]   R.   Da wk in s,   “ Th e   b l in d   wa tch m a k e r:  Wh y   th e   e v id e n c e   o f   e v o l u ti o n   re v e a ls  a   u n i v e rse   wit h o u t   d e sig n .”   WW   No rto n   &   Co m p a n y ,   1 9 9 6 .   [7 ]   A.  Ho rn e r,   J.   Be a u c h a m p ,   a n d   L.   J.  C.   M .   J.   Ha k e n ,   " M a c h i n e   to n g u e s  XV I:  G e n e ti c   a lg o rit h m s  a n d   t h e ir   a p p li c a ti o n   t o   F M   m a tch in g   sy n th e sis,"   Co mp u ter   M u sic   J o u r n a l ,   v o l.   1 7 ,   p p .   1 7 - 2 9 ,   1 9 9 3 .   [8 ]   K.  Weh n ,   " Us in g   id e a s  fr o m   n a tu ra l  se lec ti o n   t o   e v o lv e   sy n th e s ize d   so u n d s,"   i n   Pro c e e d i n g s  o f   Dig it a l  Au d io   Ef fec ts wo rk sh o p ,   1 9 9 8 .   [9 ]   E.   M iran d a ,   “ Co m p u ter so u n d   d e sig n :  s y n t h e sis tec h n i q u e s a n d   p r o g ra m m in g ,”   Tay lo r   &   F ra n c is,  2 0 1 2 .   [1 0 ]   V.  Bra g a rd ,   T .   P e ll e g ri n i,   a n d   J.   P in q u ier,  " P y c 2 S o u n d :   a   P y th o n   t o o l   t o   c o n v e rt  ima g e s  i n to   so u n d , "   i n   Pro c e e d in g s  o f  t h e   A u d i o   M o stly  2 0 1 5   o n   In ter a c ti o n   w it h   S o u n d ,   e d ,   2 0 1 5 ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 5 .   [1 1 ]   L.   K.  P h o t o so u n d e r ,   “ p h o t o so u n d e r ,”   2 0 1 9 .   [On li n e ].   A v a il a b le :  h t tp :/ / p h o to s o u n d e r. c o m   [1 2 ]   J.  M a n z o ll i,   A.  M a ia  Jr,   J.  F o r n a ri,   a n d   F .   J.   N.   R.   Da m ian i,   " A   M e th o d   fo r   S o u n d   S y n t h e sis  Ba se d   o n   G e n e ti c   Alg o rit h m s,"   S e ma n t ic S c h o la r ,  p p .   4 0 - 4 9 ,   2 0 1 2 .   [1 3 ]   Y.  Lai,   S . - K.  Je n g ,   D. - T .   Li u ,   a n d   Y. - C.   Li u ,   " Au t o m a ted   o p t imiz a ti o n   o f  p a ra m e ters   fo r  F M   so u n d   sy n t h e sis  with   g e n e ti c   a lg o rit h m s,"   in   In ter n a ti o n a l  W o rk sh o p   o n   Co m p u ter   M u si c   a n d   Au d i o   T e c h n o l o g y ,  p .   2 0 5 ,   2 0 0 6 .   [1 4 ]   Y.  S . ,   " Au t o m a ti c   F M   S y n th e sis  Ba se d   o n   G e n e ti c   Alg o ri th m , "   M u sic   T e c h n o lo g y ,   M c Gill   Un ive rs it y ,   2 0 0 7 .   [1 5 ]   J.  S e rq u e ra   a n d   E .   R.   M iran d a ,   " Ev o l u ti o n a ry   s o u n d   s y n t h e sis:   re n d e rin g   sp e c tr o g ra m s  fro m   c e ll u lar  a u t o m a ta  h isto g ra m s,"   in   Eu r o p e a n   C o n fer e n c e   o n   t h e   Ap p li c a ti o n s o f   Evo l u ti o n a ry   Co mp u t a ti o n ,   p p .   3 8 1 - 3 9 0 ,   2 0 1 0 .   [1 6 ]   J.  Lo u c h e t,   " S tere o   a n a ly sis  u sin g   in d iv i d u a l  e v o lu ti o n   stra teg y , "   i n   Pro c e e d in g s  1 5 t h   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Pa tt e rn   Rec o g n it io n .   IC PR - 2 0 0 0 ,   p p .   9 0 8 - 9 1 1 .   2 0 0 0 .   [1 7 ]   R.   M .   Ka rp ,   " Re d u c ib il it y   a m o n g   c o m b i n a to rial   p r o b lem s,"   i n   C o mp lex it y   o f   c o mp u ter   c o m p u t a ti o n s ,   e d :  S p ri n g e r,   p p .   8 5 - 1 0 3 ,   1 9 7 2 .   [1 8 ]   A.  M .   Bo u m a z a   a n d   J.   Lo u c h e t,   " Dy n a m ic  fli e s:   Us in g   re a l - ti m e   P a risian   e v o lu t io n   i n   r o b o ti c s,"   i n   W o rk sh o p s  o n   Ap p li c a ti o n s  o f  Evo lu ti o n a ry   Co mp u ta ti o n ,   p p .   2 8 8 - 2 9 7 ,   2 0 0 1 .   [1 9 ]   C.   Vo ,   L.   P a n a it ,   a n d   S .   Lu k e ,   " Co o p e ra ti v e   c o e v o lu ti o n   a n d   u n i v a riate   e stim a ti o n   o f  d istri b u ti o n   a lg o ri th m s,"   in   Pro c e e d in g s  o f  t h e   ten t h   AC M   S I GEVO  wo rk sh o p   o n   F o u n d a ti o n s  o f  g e n e ti c   a l g o rit h ms ,   p p .   1 4 1 - 1 5 0 ,   2 0 0 9 .   [2 0 ]   F .   P .   Vid a l ,   D.   Laz a ro - P o n th u s,   S .   Leg o u p i l,   J.   L o u c h e t,   É.   Lu t to n ,   a n d   J. - M .   R o c c h is a n i,   " Arti ficia l  e v o l u ti o n     fo r  3 D  P ET   re c o n str u c ti o n , "   i n   I n ter n a ti o n a l   C o n fer e n c e   o n   Arti fi c i a l   Evo l u ti o n   (Evo l u ti o n   Art if icie ll e ) ,    p p .   3 7 - 4 8 .   2 0 0 9 .   [2 1 ]   L.   P a n a it ,   S .   L u k e ,   a n d   J.  F .   Ha rriso n ,   " Arc h iv e - b a se d   c o o p e ra ti v e   c o e v o lu ti o n a r y   a lg o ri th m s,"   i n   Pro c e e d in g s  o f   th e   8 t h   a n n u a l  c o n fer e n c e   o n   Ge n e ti c   a n d   e v o lu t io n a ry   c o mp u t a ti o n ,  p p .   3 4 5 - 3 5 2 ,   2 0 0 6 .   [2 2 ]   E.   S a p in ,   J.  Lo u c h e t,   a n d   E.   L u tt o n ,   " T h e   F ly   Alg o rit h m   Re v isit e d - Ad a p tatio n   to   CM OS  Im a g e   S e n s o rs,"   in   IJ CCI ,  p p .   2 2 4 - 229 ,   2 0 0 9 .   [2 3 ]   Z.   A.   Ab b o o d ,   O.   Am lal,   a n d   F .   P .   Vi d a l,   " E v o l u ti o n a ry   a rt  u sin g   th e   fly   a lg o rit h m , "   in   E u ro p e a n   Co n fer e n c e   o n   th e   Ap p li c a t io n s o f   Evo l u ti o n a ry   Co mp u t a ti o n ,  p p .   4 5 5 - 4 7 0 ,   2 0 1 7 .   [2 4 ]   F .   Al  F a rid ,   A.  G h o d s,  M .   S h o h a g   Ba rm a n ,   A.  S h a h ,   a n d   J.  Ud d in ,   " An   Eff icie n t  Alg o rit h m   f o r  Ac c e lera ti n g   Im a g e   Re sto ra ti o n   Us i n g   E u c li d e a n   a n d   M a n h a tt a n   Dista n c e s."   In ter n a ti o n a l  Co n fer e n c e   o n   M a ter ia ls,   El e c tro n ics   &   In fo rm a t io n   E n g i n e e rin g ,   ICM EI E - 2 0 1 5 ,  At:  T h e   Un i v e rsi ty   o f  Ra jsh a h i,   Ra jsh a h i,   Ba n g lad e sh ,   2 0 1 5 .   [2 5 ]   F .   P .   Vi d a l,   J.   Lo u c h e t,   J. - M .   Ro c c h isa n i,   a n d   É .   L u tt o n ,   " Ne w  g e n e ti c   o p e ra to rs  i n   t h e   fl y   a l g o rit h m :  a p p li c a ti o n     to   m e d ica l  P ET   ima g e   re c o n stru c ti o n , "   in   Eu ro p e a n   Co n fer e n c e   o n   th e   Ap p li c a t io n s  o f  Evo l u ti o n a r y   Co mp u t a ti o n ,  p p .   2 9 2 - 301 ,   2 0 1 0 .   [2 6 ]   K.  Lu tz.  “ B o o st  C o m p u te r ,”   2 0 1 5 .  [On li n e ].   Av a il a b le :  h t tp :/ /b o o st o rg . g it h u b . io /co m p u te/.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.