声音 × 文字CS4313 · ASR 与 TTS 入门

互动教程 · Interactive Primer

跟着一段声音,走完两条流水线

语音助手、实时字幕、翻译机,背后是同两个问题:机器怎样听懂,又怎样开口。七幕动画每幕回答一个问题;支持单步、重播与语音讲解。

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FRAME 1 / 3

THE TWO DIRECTIONS

同一台机器,两种方向

先看输入和输出,不急着看模型名字。

🎙️ 声音连续波形
ASR · 听写
“ 人工智能离散文字
TTS · 朗读
🔊 新声音合成波形
ASR:从“听到”恢复内容TTS:从内容生成说法
小测 · 语音助手听到“明天提醒我交作业”并回答“好的”。哪一步不属于 ASR 的职责?Q1
选一项。
STEP

AUTOMATIC SPEECH RECOGNITION

ASR:一段声音怎样变成一句话

从波形到文字,中间要先“整理声音”,再“寻找答案”。

〰波形每秒上万个采样点
▥分帧每 25 ms 一帧 · 帧移 10 ms
▦Mel 特征机器易读的声音热力图
◉编码提取上下文与发音线索
字解码选最合理的文字
原始波形 → 短帧真实数据 · “人工智能”
Mel 频谱真实数据 · “人工智能”
网络读连续多帧context
识别结果confidence
人工智能
小测 · 为什么要把一句话切成约 25 毫秒的小帧?Q2
选一项。
STEP

THE ALIGNMENT PROBLEM

最难的不是分类,而是“对上号”

很多声音帧,要对应少量文字;边界一开始并不知道。

≈1001 秒语音的特征帧
≠
4“人工智能”的汉字
模型学习每一段更像哪个字
人工智能
CTC、Attention、RNN-T 的重要区别:怎样学习和搜索这条对齐关系
小测 · 1 秒语音约 100 帧,而“人工智能”只有 4 个字。模型要解决的是——Q3
选一项。
STEP

TEXT TO SPEECH

TTS:文字怎样被“补全”为声音

文字只告诉我们说什么,系统还要决定怎么读、怎么停、什么音色。

文文字今天 3:30 见
音文本前端规范化 / 发音 / 断句
⌁声学模型时长 / 音高 / Mel 谱
V声码器声音施工图 → 波形
🔊播放扬声器推动空气
先确定“读什么”text front-end
今天 3:30 见今天三点半见
再决定“怎么读”prosody
Mel 施工图acoustic model
声码器生成波形vocoder
演示用你浏览器自带的音色,与本站讲解音色无关
小测 · “今天 3:30 见”里的“3:30”读成“三点半”,是谁的工作?Q4
选一项。
STEP

MIRROR, NOT INVERSE

像镜子,但不是简单倒放

从多种声音压缩成同一内容,再从同一内容补全出多种说法。

👩 女声 · “你好”👨 男声 · “你好”🧒 童声 · “你好”
ASR
压缩
你好内容不变
TTS
补全
🙂 温柔地说😮 惊讶地说🤖 不同音色说
最终文本没保留什么?纯转写文本不表达大部分音色、情绪和麦克风细节;这些信息不一定从模型内部完全消失。
TTS 要补上什么?文字没有规定具体音色、语速、停顿、音高和情绪;TTS 必须作出选择,答案不唯一。
小测 · 同一句“你好”,TTS 为什么可以有无数种正确的合成结果?Q5
选一项。
STEP

MEASURE & CHECK

怎样判断系统“好不好”?

ASR 先数文字错误,TTS 还要让人耳判断自然度与韵律。

ASR · 听错多少

替换 S、删除 D、插入 I,相对参考长度 N 计算。

CER / WER = (S + D + I) ÷ N ↓ 越低越好
安静嘈杂
人工智能改变世界96%
教学模拟,非真实识别。滑动噪声,观察置信度与错字:“智”被听成同音的“只”,就是典型的同音替换错误。想算真实的错误率?去 实验台 · CER 工作站。

TTS · 听起来怎样

读对字只是底线;自然度、停顿和音色也决定体验。

可懂度自然度目标音色相似度韵律与情感首包延迟实时率
小测 · 一个 CER 很低、但说完 30 秒才出结果的 ASR 系统——Q6
选一项。
STEP

SPEECH-TO-SPEECH TRANSLATION

终点站:串成一台翻译机

ASR、MT、TTS 各管一段,接力完成“中文语音进,英文语音出”。

你说中文“人工智能改变世界”
ASR · 听写中文语音 → 中文文字
MT · 翻译中文文字 → 英文文字
TTS · 朗读英文文字 → 英文语音
说出英文“AI is changing the world!”
ASR + MT + TTS = 语音到语音翻译。三个模块你已经各认识了一遍。
STEP

快捷键:← → 单步 · 空格 播放 / 暂停(教学台在视野内时生效)

复习 · Recap

七幕速记 · 一屏复习

每幕一句话;点任意一行回看。