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https://www.modelscope.cn/iic/speech_sambert-hifigan_tts_zh-cn_16k.git
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tasks:
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- text-to-speech
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domain:
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- audio
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frameworks:
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- tensorflow
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- pytorch
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backbone:
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- transformer
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metrics:
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- MOS
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license: Apache License 2.0
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tags:
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- Alibaba
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- tts
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- hifigan
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- sambert
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- text-to-speech
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- zhcn
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widgets:
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- task: text-to-speech
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inputs:
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- type: text
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name: input
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title: 文本
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validator:
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max_words: 300
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examples:
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- name: 1
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title: 示例1
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inputs:
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- name: input
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data: 北京今天天气怎么样
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inferencespec:
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cpu: 4 #CPU数量
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memory: 8192
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gpu: 1 #GPU数量
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gpu_memory: 8192
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# Sambert-Hifigan模型介绍
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## 框架描述
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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。
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参数TTS系统可分为两大模块：前端和后端。
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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。
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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。
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其系统结构如[图1]所示：
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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。
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### 声学模型SAM-BERT
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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
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```
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1. Backbone采用Self-Attention-Mechanism(SAM)，提升模型建模能力。
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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。
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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.
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4. Decoder部分采用PNCA AR-Decoder[@li2020robutrans]，自然支持流式合成。
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```
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### 声码器模型:HIFI-GAN
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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：
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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。
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## 使用方式和范围
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使用方式：
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* 直接推理，输入为以测试标签为键以待合成文本为值的Dict对象，默认使用voices文件夹下voices.json中第一个发音人
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使用范围:
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* 适用于英式英文的语音合成场景，输入文本使用utf-8编码，整体长度建议不超过30字
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目标场景:
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* 各种语音合成任务，比如配音，虚拟主播，数字人等
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### 如何使用
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目前仅支持Linux使用，暂不支持Windows及Mac使用。在安装完成ModelScope-lib之后即可使用，支持的发音人名称请参考voices文件夹下面的voices.json
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#### 代码范例
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```Python
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from scipy.io.wavfile import write
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from modelscope.outputs import OutputKeys
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from modelscope.pipelines import pipeline
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from modelscope.utils.constant import Tasks
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text = '待合成文本'
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model_id = 'damo/speech_sambert-hifigan_tts_zh-cn_16k'
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sambert_hifigan_tts = pipeline(task=Tasks.text_to_speech, model=model_id)
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output = sambert_hifigan_tts(input=text)
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pcm = output[OutputKeys.OUTPUT_PCM]
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write('output.wav', 16000, pcm)
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```
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### 模型局限性以及可能的偏差
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* 该发音人支持中文及英文混合，TN规则为中文
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* 目前支持发音人zhitian_emo，zhiyan_emo，zhizhe_emo，zhibei_emo
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### 模型局限性以及可能的偏差
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* 该发音人支持中文及英文混合，TN规则为中文
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## 训练数据介绍
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使用约10小时数据训练。
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## 模型训练流程
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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。
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### 预处理
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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；
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## 数据评估及结果
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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。
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| MOS | angry | fear | happy | hate | neural | sad | surprise | average|
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|:------------:|:---------:|:---------:|:------:|:------:|:-----:|:-------:|:-------:|:-------:|
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| recording | 4.684 | 4.616 | 4.66 | 4.664 | 4.502 | 4.644 | 4.662 | 4.633143 |
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| ours | 4.596 | 4.669 | 4.556 | 4.611 | 4.46 | 4.676 | 4.575 | 4.591857 |
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## 引用
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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：
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```BibTeX
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@inproceedings{li2020robutrans,
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title={Robutrans: A robust transformer-based text-to-speech model},
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author={Li, Naihan and Liu, Yanqing and Wu, Yu and Liu, Shujie and Zhao, Sheng and Liu, Ming},
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booktitle={Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence},
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volume={34},
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number={05},
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pages={8228--8235},
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||
year={2020}
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}
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```
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```BibTeX
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@article{devlin2018bert,
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title={Bert: Pre-training of deep bidirectional transformers for language understanding},
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||
author={Devlin, Jacob and Chang, Ming-Wei and Lee, Kenton and Toutanova, Kristina},
|
||
journal={arXiv preprint arXiv:1810.04805},
|
||
year={2018}
|
||
}
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||
```
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||
```BibTeX
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||
@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}
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||
}
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```
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||
- [1] https://github.com/jik876/hifi-gan
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