新疆新一代语音服务

    语音识别（SpeechRecognition）是以语音为研究对象，通过语音信号处理和模式识别让机器自动识别和理解人类的语音。除了传统语音识别技术之外，基于深度学习的语音识别技术也逐渐发展起来。本文对广义的自然语言处理应用领域之一的语音识别进行一次简单的技术综述。概述自动语音识别（AutomaticSpeechRecognition，ASR），也可以简称为语音识别。语音识别可以作为一种广义的自然语言处理技术，是用于人与人、人与机器进行更顺畅的交流的技术。语音识别目前已使用在生活的各个方面：手机端的语音识别技术，例如，苹果的siri；智能音箱助手，例如，阿里的天猫精灵，还有诸如一系列的智能语音产品等等。为了能够更加清晰的定义语音识别的任务，先来看一下语音识别的输入和输出都是什么。大家都知道，声音从本质是一种波，也就是声波，这种波可以作为一种信号来进行处理，所以语音识别的输入实际上就是一段随时间播放的信号序列，而输出则是一段文本序列。语音识别的输入与输出。语音识别的输入与输出将语音片段输入转化为文本输出的过程就是语音识别。一个完整的语音识别系统通常包括信息处理和特征提取、声学模型、语言模型和解码搜索四个模块。

   特征提取工作将声音信号从时域转换到频域，为声学模型提供合适的特征向量。新疆新一代语音服务

    由于DNN-HMM训练成本不高而且相对较高的识别概率，所以即使是到现在在语音识别领域仍然是较为常用的声学模型。除了DNN之外，经常用于计算机视觉的CNN也可以拿来构建语音声学模型。当然，CNN也是经常会与其他模型结合使用。CNN用于声学模型方面主要包括TDNN、CNN-DNN框架、DFCNN、CNN-LSTM-DNN（CLDNN）框架、CNN-DNN-LSTM（CDL）框架、逐层语境扩展和注意CNN框架（LACE）等。这么多基于CNN的混合模型框架都在声学模型上取得了很多成果，这里小编挑两个进行简单阐述。TDNN是早基于CNN的语音识别方法，TDNN会沿频率轴和时间轴同时进行卷积，因此能够利用可变长度的语境信息。TDNN用于语音识别分为两种情况，第一种情况下：只有TDNN，很难用于大词汇量连续性语音识别（LVCSR），原因在于可变长度的表述（utterance）与可变长度的语境信息是两回事，在LVCSR中需要处理可变长度表述问题，而TDNN只能处理可变长度语境信息；第二种情况：TDNN-HMM混合模型，由于HMM能够处理可变长度表述问题，因而该模型能够有效地处理LVCSR问题。DFCNN的全称叫作全序列卷积神经网络（DeepFullyConvolutionalNeuralNetwork）。是由国内语音识别领域科大讯飞于2016年提出的一种语音识别框架。

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    马尔可夫链的每一个状态上都增加了不确定性或者统计分布使得HMM成为了一种双随机过程。HMM的一个时间演变结构所示。隐马尔可夫模型HMM的主要内容包括参数特征、仿真方法、参数的极大似然估计、EM估计算法以及维特比状态解码算法等细节知识，本将作为简单综述这里不做详细的展开。基于深度学习的声学模型一提到神经网络和深度学习在语音识别领域的应用，可能我们的反应就是循环神经网络RNN模型以及长短期记忆网络LSTM等。实际上，在语音识别发展的前期，就有很多将神经网络应用于语音识别和声学模型的应用了。早用于声学建模的神经网络就是普通的深度神经网络（DNN），GMM等传统的声学模型存在音频信号表征的低效问题，但DNN可以在一定程度上解决这种低效表征。但在实际建模时，由于音频信号是时序连续信号，DNN则是需要固定大小的输入，所以早期使用DNN来搭建声学模型时需要一种能够处理语音信号长度变化的方法。一种将HMM模型与DNN模型结合起来的DNN-HMM混合系统颇具有效性。DNN-HMM框架，HMM用来描述语音信号的动态变化，DNN则是用来估计观察特征的概率。在给定声学观察特征的条件下。我们可以用DNN的每个输出节点来估计HMM某个状态的后验概率。

    所以在正式使用声学模型进行语音识别之前，我们必须对音频信号进行预处理和特征提取。初始的预处理工作就是静音切除，也叫语音检测（VoiceActivityDetection，VAD）或者语音边界检测。目的是从音频信号流里识别和消除长时间的静音片段，在截取出来的有效片段上进行后续处理会很大程度上降低静音片段带来的干扰。除此之外，还有许多其他的音频预处理技术，这里不展开多说。其次就是特征提取工作，音频信号中通常包含着非常丰富的特征参数，不同的特征向量表征着不同的声学意义，从音频信号中选择有效的音频表征的过程就是语音特征提取。常用的语音特征包括线性预测倒谱系数（LPCC）和梅尔频率倒谱系数（MFCC），其中LPCC特征是根据声管模型建立的特征参数，是对声道响应的特征表征。而MFCC特征是基于人的听觉特征提取出来的特征参数，是对人耳听觉的特征表征。所以，在对音频信号进行特征提取时通常使用MFCC特征。MFCC主要由预加重、分帧、加窗、快速傅里叶变换（FFT）、梅尔滤波器组、离散余弦变换几部分组成，其中FFT与梅尔滤波器组是MFCC重要的部分。是变换的简单示意，通过傅里叶变换将时域切换到频域。一个完整的MFCC算法包括如下几个步骤。。1）快速变换。

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    （2）梅尔频率尺度转换。（3）配置三角形滤波器组并计算每一个三角形滤波器对信号幅度谱滤波后的输出。（4）对所有滤波器输出作对数运算，再进一步做离散余弦变换（DTC），即可得到MFCC。变换在实际的语音研究工作中，也不需要我们再从头构造一个MFCC特征提取方法，Python为我们提供了pyaudio和librosa等语音处理工作库，可以直接调用MFCC算法的相关模块快速实现音频预处理工作。所示是一段音频的MFCC分析。MFCC过去在语音识别上所取得成果证明MFCC是一种行之有效的特征提取方法。但随着深度学习的发展，受限的玻尔兹曼机（RBM）、卷积神经网络（CNN）、CNN-LSTM-DNN（CLDNN）等深度神经网络模型作为一个直接学习滤波器代替梅尔滤波器组被用于自动学习的语音特征提取中，并取得良好的效果。传统声学模型在经过语音特征提取之后，我们就可以将这些音频特征进行进一步的处理，处理的目的是找到语音来自于某个声学符号（音素）的概率。这种通过音频特征找概率的模型就称之为声学模型。在深度学习兴起之前，混合高斯模型（GMM）和隐马尔可夫模型（HMM）一直作为非常有效的声学模型而被使用，当然即使是在深度学习高速发展的。

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    请确保将其保持在适当的文件大小内。另外，每个训练文件不能超过60秒，否则将出错。若要解决字词删除或替换等问题。需要提供大量的数据来改善识别能力。通常，我们建议为大约1到20小时的音频提供逐字对照的听录。不过，即使是短至30分钟的音频，也可以帮助改善识别结果。应在单个纯文本文件中包含所有WAV文件的听录。听录文件的每一行应包含一个音频文件的名称，后接相应的听录。文件名和听录应以制表符(\t)分隔。听录应编码为UTF-8字节顺序标记(BOM)。听录内容应经过文本规范化，以便可由系统处理。但是，将数据上传到SpeechStudio之前，必须完成一些重要的规范化操作。有关在准备听录内容时可用的适当语言，请参阅如何创建人为标记的听录内容收集音频文件和相应的听录内容后，请先将其打包成单个.zip文件，然后再上传到SpeechStudio。下面是一个示例数据集，其中包含三个音频文件和一个人为标记的听录文件。有关语音服务订阅的建议区域列表，请参阅设置Azure帐户。在这些区域之一中设置语音服务订阅将减少训练模型所需的时间。在这些区域中，训练每日可以处理大约10小时的音频，而在其他区域中，每日只能处理1小时。如果无法在一周内完成模型训练。

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