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语音识别自半个世纪前诞生以来,一直处于不温不火的状态,直到2009年深度学习技术的长足发展才使得语音识别的精度提高,虽然还无法进行无限制领域、无限制人群的应用,但也在大多数场景中提供了一种便利高效的沟通方式。本篇文章将从技术和产业两个角度来回顾一下语音识别发展的历程和现状,并分析一些未来趋势,希望能帮助更多年轻技术人员了解语音行业,并能产生兴趣投身于这个行业。语音识别,通常称为自动语音识别,英文是AutomaticSpeechRecognition,缩写为ASR,主要是将人类语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入,一般都是可以理解的文本内容,也有可能是二进制编码或者字符序列。但是,我们一般理解的语音识别其实都是狭义的语音转文字的过程,简称语音转文本识别(SpeechToText,STT)更合适,这样就能与语音合成(TextToSpeech,TTS)对应起来。语音识别是一项融合多学科知识的前沿技术,覆盖了数学与统计学、声学与语言学、计算机与人工智能等基础学科和前沿学科,是人机自然交互技术中的关键环节。但是,语音识别自诞生以来的半个多世纪,一直没有在实际应用过程得到普遍认可,一方面这与语音识别的技术缺陷有关,其识别精度和速度都达不到实际应用的要求。实时语音识别适用于长句语音输入、音视频字幕、会议等场景。贵州语音识别翻译
我们来看一个简单的例子,假设词典包含:jin1tian1语音识别过程则"jin天"的词HMM由"j"、"in1"、"t"和"ian1"四个音素HMM串接而成,形成一个完整的模型以进行解码识别。这个解码过程可以找出每个音素的边界信息,即每个音素(包括状态)对应哪些观察值(特征向量),均可以匹配出来。音素状态与观察值之间的匹配关系用概率值衡量,可以用高斯分布或DNN来描述。从句子到状态序列的分解过程语音识别任务有简单的孤立词识别,也有复杂的连续语音识别,工业应用普遍要求大词汇量连续语音识别(LVCSR)。主流的语音识别系统框架。对输入的语音提取声学特征后,得到一序列的观察值向量,再将它们送到解码器识别,后得到识别结果。解码器一般是基于声学模型、语言模型和发音词典等知识源来识别的,这些知识源可以在识别过程中动态加载,也可以预先编译成统一的静态网络,在识别前一次性加载。发音词典要事先设计好,而声学模型需要由大批量的语音数据(涉及各地口音、不同年龄、性别、语速等方面)训练而成,语言模型则由各种文本语料训练而成。为保证识别效果,每个部分都需要精细的调优,因此对系统研发人员的专业背景有较高的要求。贵州语音识别翻译语音识别的许多方面已经被一种叫做长短期记忆 (LSTM)的深度学习方法所取代。
但是已经能够在各个真实场景中普遍应用并且得到规模验证。更进一步的是,技术和产业之间形成了比较好的正向迭代效应,落地场景越多,得到的真实数据越多,挖掘的用户需求也更准确,这帮助了语音识别技术快速进步,也基本满足了产业需求,解决了很多实际问题,这也是语音识别相对其他AI技术为明显的优势。不过,我们也要看到,语音识别的内涵必须不断扩展,狭义语音识别必须走向广义语音识别,致力于让机器听懂人类语言,这才能将语音识别研究带到更高维度。我们相信,多技术、多学科、多传感的融合化将是未来人工智能发展的主流趋势。在这种趋势下,我们还有很多未来的问题需要探讨,比如键盘、鼠标、触摸屏和语音交互的关系怎么变化?搜索、电商、社交是否再次重构?硬件是否逆袭变得比软件更加重要?产业链中的传感、芯片、操作系统、产品和内容厂商之间的关系又该如何变化?。
另一方面,与业界对语音识别的期望过高有关,实际上语音识别与键盘、鼠标或触摸屏等应是融合关系,而非替代关系。深度学习技术自2009年兴起之后,已经取得了长足进步。语音识别的精度和速度取决于实际应用环境,但在安静环境、标准口音、常见词汇场景下的语音识别率已经超过95%,意味着具备了与人类相仿的语言识别能力,而这也是语音识别技术当前发展比较火热的原因。随着技术的发展,现在口音、方言、噪声等场景下的语音识别也达到了可用状态,特别是远场语音识别已经随着智能音箱的兴起成为全球消费电子领域应用为成功的技术之一。由于语音交互提供了更自然、更便利、更高效的沟通形式,语音必定将成为未来主要的人机互动接口之一。当然,当前技术还存在很多不足,如对于强噪声、超远场、强干扰、多语种、大词汇等场景下的语音识别还需要很大的提升;另外,多人语音识别和离线语音识别也是当前需要重点解决的问题。虽然语音识别还无法做到无限制领域、无限制人群的应用,但是至少从应用实践中我们看到了一些希望。本篇文章将从技术和产业两个角度来回顾一下语音识别发展的历程和现状,并分析一些未来趋势,希望能帮助更多年轻技术人员了解语音行业。语音识别与键盘、鼠标或触摸屏等应是融合关系,而非替代关系。
取距离近的样本所对应的词标注为该语音信号的发音。该方法对解决孤立词识别是有效的,但对于大词汇量、非特定人连续语音识别就无能为力。因此,进入80年代后,研究思路发生了重大变化,从传统的基于模板匹配的技术思路开始转向基于统计模型(HMM)的技术思路。HMM的理论基础在1970年前后就已经由Baum等人建立起来,随后由CMU的Baker和IBM的Jelinek等人将其应用到语音识别当中。HMM模型假定一个音素含有3到5个状态,同一状态的发音相对稳定,不同状态间是可以按照一定概率进行跳转;某一状态的特征分布可以用概率模型来描述,使用的模型是GMM。因此GMM-HMM框架中,HMM描述的是语音的短时平稳的动态性,GMM用来描述HMM每一状态内部的发音特征。基于GMM-HMM框架,研究者提出各种改进方法,如结合上下文信息的动态贝叶斯方法、区分性训练方法、自适应训练方法、HMM/NN混合模型方法等。这些方法都对语音识别研究产生了深远影响,并为下一代语音识别技术的产生做好了准备。自上世纪90年代语音识别声学模型的区分性训练准则和模型自适应方法被提出以后,在很长一段内语音识别的发展比较缓慢,语音识别错误率那条线一直没有明显下降。DNN-HMM时代2006年,Hinton提出深度置信网络。
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在我们的生活中,语言是传递信息重要的方式,它能够让人们之间互相了解。人和机器之间的交互也是相同的道理,让机器人知道人类要做什么、怎么做。交互的方式有动作、文本或语音等等,其中语音交互越来越被重视,因为随着互联网上智能硬件的普及,产生了各种互联网的入口方式,而语音是简单、直接的交互方式,是通用的输入模式。在1952年,贝尔研究所研制了世界上能识别10个英文数字发音的系统。1960年英国的Denes等人研制了世界上语音识别(ASR)系统。大规模的语音识别研究始于70年代,并在单个词的识别方面取得了实质性的进展。上世纪80年代以后,语音识别研究的重点逐渐转向更通用的大词汇量、非特定人的连续语音识别。90年代以来,语音识别的研究一直没有太大进步。但是,在语音识别技术的应用及产品化方面取得了较大的进展。自2009年以来,得益于深度学习研究的突破以及大量语音数据的积累,语音识别技术得到了突飞猛进的发展。深度学习研究使用预训练的多层神经网络,提高了声学模型的准确率。微软的研究人员率先取得了突破性进展,他们使用深层神经网络模型后,语音识别错误率降低了三分之一,成为近20年来语音识别技术方面快的进步。另外,随着手机等移动终端的普及。贵州语音识别翻译
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