Sambert-Hifigan模型介绍
模型体验及训练教程详见:Sambert-Hifigan模型训练教程
框架描述
拼接法和参数法是两种Text-To-Speech(TTS)技术路线。近年来参数TTS系统获得了广泛的应用，故此处仅涉及参数法。
参数TTS系统可分为两大模块：前端和后端。 前端包含文本正则、分词、多音字预测、文本转音素和韵律预测等模块，它的功能是把输入文本进行解析，获得音素、音调、停顿和位置等语言学特征。 后端包含时长模型、声学模型和声码器，它的功能是将语言学特征转换为语音。其中，时长模型的功能是给定语言学特征，获得每一个建模单元（例如:音素）的时长信息；声学模型则基于语言学特征和时长信息预测声学特征；声码器则将声学特征转换为对应的语音波形。
其系统结构如[图1]所示：
前端模块我们采用模型结合规则的方式灵活处理各种场景下的文本，后端模块则采用SAM-BERT + HIFIGAN提供高表现力的流式合成效果。
声学模型SAM-BERT
后端模块中声学模型采用自研的SAM-BERT,将时长模型和声学模型联合进行建模。结构如[图2]所示
1. Backbone采用Self-Attention-Mechanism(SAM)，提升模型建模能力。
2. Encoder部分采用BERT进行初始化，引入更多文本信息，提升合成韵律。
3. Variance Adaptor对音素级别的韵律(基频、能量、时长)轮廓进行粗粒度的预测，再通过decoder进行帧级别细粒度的建模;并在时长预测时考虑到其与基频、能量的关联信息，结合自回归结构，进一步提升韵律自然度.
4. Decoder部分采用PNCA AR-Decoder[@li2020robutrans]，自然支持流式合成。
声码器模型:HIFI-GAN
后端模块中声码器采用HIFI-GAN, 基于GAN的方式利用判别器(Discriminator)来指导声码器(即生成器Generator)的训练，相较于经典的自回归式逐样本点CE训练, 训练方式更加自然，在生成效率和效果上具有明显的优势。其系统结构如[图3]所示：
在HIFI-GAN开源工作[1]的基础上，我们针对16k, 48k采样率下的模型结构进行了调优设计，并提供了基于因果卷积的低时延流式生成和chunk流式生成机制，可与声学模型配合支持CPU、GPU等硬件条件下的实时流式合成。
使用方式和范围
使用方式：
- 直接输入文本进行推理
使用范围:
- 适用于中文的语音合成场景，输入文本使用utf-8编码，整体长度建议不超过30字
目标场景:
- 各种语音合成任务，比如配音，虚拟主播，数字人等
如何使用
参考代码范例的推理部分可以了解如何使用pipeline进行推理，该模型目前不支持finetune。
代码范例
推理
from modelscope.outputs import OutputKeys
from modelscope.pipelines import pipeline
from modelscope.utils.constant import Tasks
text = '待合成文本'
model_id = 'damo/speech_sambert-hifigan_tts_zhiyan_emo_zh-cn_16k'
sambert_hifigan_tts = pipeline(task=Tasks.text_to_speech, model=model_id)
output = sambert_hifigan_tts(input=text)
wav = output[OutputKeys.OUTPUT_WAV]
with open('output.wav', 'wb') as f:
f.write(wav)
多情感标签
使用SSML的emotion标签即可添加多情感，zhiyan_emo支持如下情感：neutral，happy，angry，sad，fear，hate，surprise，arousal
关于SSML用法请参考https://help.aliyun.com/document_detail/101645.html#sectiondiv-g6w-isw-rmw
from modelscope.outputs import OutputKeys
from modelscope.pipelines import pipeline
from modelscope.utils.constant import Tasks
text = '<speak><emotion category="happy" intensity="1.0">今天天气真不错！</emotion></speak>'
model_id = 'damo/speech_sambert-hifigan_tts_zhiyan_emo_zh-cn_16k'
sambert_hifigan_tts = pipeline(task=Tasks.text_to_speech, model=model_id)
output = sambert_hifigan_tts(input=text)
wav = output[OutputKeys.OUTPUT_WAV]
with open('output.wav', 'wb') as f:
f.write(wav)
模型局限性以及可能的偏差
- 该发音人支持中文及英文混合，TN规则为中文
训练数据介绍
使用约10小时数据训练。
模型训练流程
模型所需训练数据格式为：音频(.wav), 文本标注(.txt), 音素时长标注(.interval), 随机初始化训练要求训练数据规模在2小时以上，对于2小时以下的数据集，需使用多人预训练模型进行参数初始化。其中，AM模型训练时间需要1～2天，Vocoder模型训练时间需要5～7天。
预处理
模型训练需对音频文件提取声学特征(梅尔频谱)；音素时长根据配置项中的帧长将时间单位转换成帧数；文本标注，根据配置项中的音素集、音调分类、边界分类转换成对应的one-hot编号；
数据评估及结果
我们使用MOS（Mean Opinion Score)来评估合成声音的自然度，评分从1（不好）到5（非常好），每提高0.5分表示更高的自然度。我们会随机选择20个samples，然后每个sample交给至少10个人进行打分。作为对比，我们会使用真人录音的sample通过上述统计方式进行打分。
| MOS | angry | fear | happy | hate | neural | sad | surprise | average |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| recording | 4.622 | 4.609 | 4.681 | 4.523 | 4.539 | 4.648 | 4.691 | 4.6161 |
| zhiyan_emo | 4.601 | 4.658 | 4.549 | 4.614 | 4.466 | 4.691 | 4.542 | 4.5887 |
引用
如果你觉得这个该模型对有所帮助，请考虑引用下面的相关的论文：
@inproceedings{li2020robutrans,
title={Robutrans: A robust transformer-based text-to-speech model},
author={Li, Naihan and Liu, Yanqing and Wu, Yu and Liu, Shujie and Zhao, Sheng and Liu, Ming},
booktitle={Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence},
volume={34},
number={05},
pages={8228--8235},
year={2020}
}
@article{devlin2018bert,
title={Bert: Pre-training of deep bidirectional transformers for language understanding},
author={Devlin, Jacob and Chang, Ming-Wei and Lee, Kenton and Toutanova, Kristina},
journal={arXiv preprint arXiv:1810.04805},
year={2018}
}
@article{kong2020hifi,
title={Hifi-gan: Generative adversarial networks for efficient and high fidelity speech synthesis},
author={Kong, Jungil and Kim, Jaehyeon and Bae, Jaekyoung},
journal={Advances in Neural Information Processing Systems},
volume={33},
pages={17022--17033},
year={2020}
}
- [1] https://github.com/jik876/hifi-gan
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