Paraformer-large模型介绍

Highlights

• 热词版本：Paraformer-large热词版模型支持热词定制功能，基于提供的热词列表进行激励增强，提升热词的召回率和准确率。
• 长音频版本：Paraformer-large长音频模型，集成VAD、ASR、标点与时间戳功能，可直接对时长为数小时音频进行识别，并输出带标点文字与时间戳。

FunASR开源项目介绍

FunASR希望在语音识别的学术研究和工业应用之间架起一座桥梁。通过发布工业级语音识别模型的训练和微调，研究人员和开发人员可以更方便地进行语音识别模型的研究和生产，并推动语音识别生态的发展。让语音识别更有趣！

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模型原理介绍

Paraformer是达摩院语音团队提出的一种高效的非自回归端到端语音识别框架。本项目为Paraformer中文通用语音识别模型，采用工业级数万小时的标注音频进行模型训练，保证了模型的通用识别效果。模型可以被应用于语音输入法、语音导航、智能会议纪要等场景。

Paraformer模型结构如上图所示，由 Encoder、Predictor、Sampler、Decoder 与 Loss function 五部分组成。Encoder可以采用不同的网络结构，例如self-attention，conformer，SAN-M等。Predictor 为两层FFN，预测目标文字个数以及抽取目标文字对应的声学向量。Sampler 为无可学习参数模块，依据输入的声学向量和目标向量，生产含有语义的特征向量。Decoder 结构与自回归模型类似，为双向建模（自回归为单向建模）。Loss function 部分，除了交叉熵（CE）与 MWER 区分性优化目标，还包括了 Predictor 优化目标 MAE。

其核心点主要有：

• Predictor 模块：基于 Continuous integrate-and-fire (CIF) 的 预测器 (Predictor) 来抽取目标文字对应的声学特征向量，可以更加准确的预测语音中目标文字个数。
• Sampler：通过采样，将声学特征向量与目标文字向量变换成含有语义信息的特征向量，配合双向的 Decoder 来增强模型对于上下文的建模能力。
• 基于负样本采样的 MWER 训练准则。

更详细的细节见：

• 论文： Paraformer: Fast and Accurate Parallel Transformer for Non-autoregressive End-to-End Speech Recognition
• 论文解读：Paraformer: 高识别率、高计算效率的单轮非自回归端到端语音识别模型

基于ModelScope进行推理

• 推理支持音频格式如下：
• wav文件路径，例如：data/test/audios/asr_example.wav
• pcm文件路径，例如：data/test/audios/asr_example.pcm
• wav文件url，例如：https://isv-data.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/ics/MaaS/ASR/testaudio/asrexample_zh.wav
• wav二进制数据，格式bytes，例如：用户直接从文件里读出bytes数据或者是麦克风录出bytes数据。
• 已解析的audio音频，例如：audio, rate = soundfile.read("asrexamplezh.wav")，类型为numpy.ndarray或者torch.Tensor。
• wav.scp文件，需符合如下要求：

cat wav.scp
asr_example1  data/test/audios/asr_example1.wav
asr_example2  data/test/audios/asr_example2.wav
...

• 若输入格式wav文件url，api调用方式可参考如下范例：

from modelscope.pipelines import pipeline
from modelscope.utils.constant import Tasks

inference_pipeline = pipeline(
    task=Tasks.auto_speech_recognition,
    model='iic/speech_paraformer-large_asr_nat-zh-cn-16k-common-vocab8358-tensorflow1', model_revision="v2.0.4")

rec_result = inference_pipeline('https://isv-data.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/ics/MaaS/ASR/test_audio/asr_example_zh.wav')
print(rec_result)

• 输入音频为pcm格式，调用api时需要传入音频采样率参数audio_fs，例如：

rec_result = inference_pipeline('https://isv-data.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/ics/MaaS/ASR/test_audio/asr_example_zh.pcm', fs=16000)

• 输入音频为wav格式，api调用方式可参考如下范例:

rec_result = inference_pipeline('asr_example_zh.wav')

• 若输入格式为文件wav.scp(注：文件名需要以.scp结尾)，可添加 output_dir 参数将识别结果写入文件中，api调用方式可参考如下范例:

inference_pipeline("wav.scp", output_dir='./output_dir')

识别结果输出路径结构如下：

tree output_dir/
output_dir/
└── 1best_recog
    ├── score
    └── text

1 directory, 3 files

score：识别路径得分

text：语音识别结果文件

• 若输入音频为已解析的audio音频，api调用方式可参考如下范例：

import soundfile

waveform, sample_rate = soundfile.read("asr_example_zh.wav")
rec_result = inference_pipeline(waveform)

• ASR、VAD、PUNC模型自由组合

可根据使用需求对VAD和PUNC标点模型进行自由组合，使用方式如下：

inference_pipeline = pipeline(
    task=Tasks.auto_speech_recognition,
    model='iic/speech_paraformer-large_asr_nat-zh-cn-16k-common-vocab8358-tensorflow1', model_revision="v2.0.4",
    vad_model='iic/speech_fsmn_vad_zh-cn-16k-common-pytorch', vad_model_revision="v2.0.4",
    punc_model='iic/punc_ct-transformer_zh-cn-common-vocab272727-pytorch', punc_model_revision="v2.0.4",
    # spk_model="iic/speech_campplus_sv_zh-cn_16k-common",
    # spk_model_revision="v2.0.2",
)

若不使用PUNC模型，可配置puncmodel=""，或不传入puncmodel参数，如需加入LM模型，可增加配置lmmodel='damo/speechtransformerlmzh-cn-common-vocab8404-pytorch'，并设置lmweight和beamsize参数。

基于FunASR进行推理

下面为快速上手教程，测试音频（中文，英文）

可执行命令行

在命令行终端执行：

funasr +model=paraformer-zh +vad_model="fsmn-vad" +punc_model="ct-punc" +input=vad_example.wav

注：支持单条音频文件识别，也支持文件列表，列表为kaldi风格wav.scp：wav_id wav_path

python示例

非实时语音识别

from funasr import AutoModel
# paraformer-zh is a multi-functional asr model
# use vad, punc, spk or not as you need
model = AutoModel(model="paraformer-zh", model_revision="v2.0.4",
                  vad_model="fsmn-vad", vad_model_revision="v2.0.4",
                  punc_model="ct-punc-c", punc_model_revision="v2.0.4",
                  # spk_model="cam++", spk_model_revision="v2.0.2",
                  )
res = model.generate(input=f"{model.model_path}/example/asr_example.wav", 
            batch_size_s=300, 
            hotword='魔搭')
print(res)

注：model_hub：表示模型仓库，ms为选择modelscope下载，hf为选择huggingface下载。

实时语音识别

from funasr import AutoModel

chunk_size = [0, 10, 5] #[0, 10, 5] 600ms, [0, 8, 4] 480ms
encoder_chunk_look_back = 4 #number of chunks to lookback for encoder self-attention
decoder_chunk_look_back = 1 #number of encoder chunks to lookback for decoder cross-attention

model = AutoModel(model="paraformer-zh-streaming", model_revision="v2.0.4")

import soundfile
import os

wav_file = os.path.join(model.model_path, "example/asr_example.wav")
speech, sample_rate = soundfile.read(wav_file)
chunk_stride = chunk_size[1] * 960 # 600ms

cache = {}
total_chunk_num = int(len((speech)-1)/chunk_stride+1)
for i in range(total_chunk_num):
    speech_chunk = speech[i*chunk_stride:(i+1)*chunk_stride]
    is_final = i == total_chunk_num - 1
    res = model.generate(input=speech_chunk, cache=cache, is_final=is_final, chunk_size=chunk_size, encoder_chunk_look_back=encoder_chunk_look_back, decoder_chunk_look_back=decoder_chunk_look_back)
    print(res)

注：chunk_size为流式延时配置，[0,10,5]表示上屏实时出字粒度为10*60=600ms，未来信息为5*60=300ms。每次推理输入为600ms（采样点数为16000*0.6=960），输出为对应文字，最后一个语音片段输入需要设置is_final=True来强制输出最后一个字。

语音端点检测（非实时）

from funasr import AutoModel

model = AutoModel(model="fsmn-vad", model_revision="v2.0.4")

wav_file = f"{model.model_path}/example/asr_example.wav"
res = model.generate(input=wav_file)
print(res)

语音端点检测（实时）

from funasr import AutoModel

chunk_size = 200 # ms
model = AutoModel(model="fsmn-vad", model_revision="v2.0.4")

import soundfile

wav_file = f"{model.model_path}/example/vad_example.wav"
speech, sample_rate = soundfile.read(wav_file)
chunk_stride = int(chunk_size * sample_rate / 1000)

cache = {}
total_chunk_num = int(len((speech)-1)/chunk_stride+1)
for i in range(total_chunk_num):
    speech_chunk = speech[i*chunk_stride:(i+1)*chunk_stride]
    is_final = i == total_chunk_num - 1
    res = model.generate(input=speech_chunk, cache=cache, is_final=is_final, chunk_size=chunk_size)
    if len(res[0]["value"]):
        print(res)

标点恢复

from funasr import AutoModel

model = AutoModel(model="ct-punc", model_revision="v2.0.4")

res = model.generate(input="那今天的会就到这里吧 happy new year 明年见")
print(res)

时间戳预测

from funasr import AutoModel

model = AutoModel(model="fa-zh", model_revision="v2.0.4")

wav_file = f"{model.model_path}/example/asr_example.wav"
text_file = f"{model.model_path}/example/text.txt"
res = model.generate(input=(wav_file, text_file), data_type=("sound", "text"))
print(res)

更多详细用法（示例）

微调

详细用法（示例）

Benchmark

结合大数据、大模型优化的Paraformer在一序列语音识别的benchmark上获得当前SOTA的效果，以下展示学术数据集AISHELL-1、AISHELL-2、WenetSpeech，公开评测项目SpeechIO TIOBE白盒测试场景的效果。在学术界常用的中文语音识别评测任务中，其表现远远超于目前公开发表论文中的结果，远好于单独封闭数据集上的模型。

AISHELL-1

AISHELL-2

Wenetspeech

SpeechIO TIOBE

Paraformer-large模型结合Transformer-LM模型做shallow fusion，在公开评测项目SpeechIO TIOBE白盒测试场景上获得当前SOTA的效果，目前Transformer-LM模型已在ModelScope上开源，以下展示SpeechIO TIOBE白盒测试场景without LM、with Transformer-LM的效果：

• Decode config w/o LM:
• Decode without LM
• Beam size: 1
• Decode config w/ LM:
• Decode with Transformer-LM
• Beam size: 10
• LM weight: 0.15

使用方式以及适用范围

运行范围

• 支持Linux-x86_64、Mac和Windows运行。

使用方式

• 直接推理：可以直接对输入音频进行解码，输出目标文字。
• 微调：加载训练好的模型，采用私有或者开源数据进行模型训练。

使用范围与目标场景

• 适合与离线语音识别场景，如录音文件转写，配合GPU推理效果更加，推荐输入语音时长在20s以下，若想解码长音频，推荐使用Paraformer-large长音频模型，集成VAD、ASR、标点与时间戳功能，可直接对时长为数小时音频进行识别，并输出带标点文字与时间戳。

模型局限性以及可能的偏差

考虑到特征提取流程和工具以及训练工具差异，会对CER的数据带来一定的差异（<0.1%），推理GPU环境差异导致的RTF数值差异。

相关论文以及引用信息

@inproceedings{gao2022paraformer,
  title={Paraformer: Fast and Accurate Parallel Transformer for Non-autoregressive End-to-End Speech Recognition},
  author={Gao, Zhifu and Zhang, Shiliang and McLoughlin, Ian and Yan, Zhijie},
  booktitle={INTERSPEECH},
  year={2022}
}