譯者 | 布加迪
審校 | 重樓
從語音助手到轉(zhuǎn)錄服務(wù)，自動語音識別（ASR）是許多應(yīng)用中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。我們在本教程中旨在使用Hugging Face的預(yù)訓(xùn)練模型構(gòu)建一條能夠?qū)⒄Z音轉(zhuǎn)錄為文本的ASR管道。我們將使用輕量級數(shù)據(jù)集來提高效率，并使用Wav2Vec2這種強(qiáng)大的語音識別自監(jiān)督模型。
我們的系統(tǒng)將：
- 加載和預(yù)處理語音數(shù)據(jù)集
- 微調(diào)預(yù)訓(xùn)練的Wav2Vec2模型
- 使用字錯誤率（WER）評估模型的性能
- 部署模型進(jìn)行實(shí)時語音轉(zhuǎn)文本推理
為了確保模型輕量級、高效，我們將使用小型語音數(shù)據(jù)集，而不是Common Voice之類的大型數(shù)據(jù)集。
第1步：安裝依賴項(xiàng)
在開始之前，我們需要安裝必要的庫。這些庫將允許我們加載數(shù)據(jù)集、處理音頻文件并微調(diào)我們的模型。
pip install torch torchaudio transformers datasets soundfile jiwer以下是下列庫的主要用途：
- transformers：為語音識別提供預(yù)訓(xùn)練的Wav2Vec2模型
- datasets：加載和處理語音數(shù)據(jù)集
- torchaudio：處理音頻處理和操縱
- soundfile：讀取和寫入.wav文件
- jiwer：計(jì)算WER以評估ASR性能
第2步：加載輕量級語音數(shù)據(jù)集
我們使用SUPERB KS而不是使用Common Voice之類的大型數(shù)據(jù)集，這是一個非常適合快速試驗(yàn)的小型數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集由“是”、“不”和“停止”等簡短的口頭命令組成。
from datasets import load_dataset
dataset = load_dataset("superb", "ks", split="train[:1%]") # Load only 1% of the data for quick testing
print(dataset)這會加載數(shù)據(jù)集的一小部分以降低計(jì)算成本，同時仍允許我們對模型進(jìn)行微調(diào)。
提醒：數(shù)據(jù)集仍需要存儲空間，因此在處理較大的分割時，請注意磁盤使用情況。
第3步：預(yù)處理音頻數(shù)據(jù)
為了訓(xùn)練ASR模型，我們需要確保音頻數(shù)據(jù)的格式正確。Wav2Vec2模型需要：
- 16 kHz 采樣率
- 無填充或截斷（動態(tài)處理）
我們定義一個函數(shù)來處理音頻并提取相關(guān)特征。
import torchaudio
def preprocess_audio(batch):
speech_array, sampling_rate = torchaudio.load(batch["audio"]["path"])
batch["speech"] = speech_array.squeeze().numpy()
batch["sampling_rate"] = sampling_rate
batch["target_text"] = batch["label"] # Use labels as text output
return batch
dataset = dataset.map(preprocess_audio)這確保了所有音頻文件正確加載，并正確格式化，供進(jìn)一步處理。
第4步：加載預(yù)訓(xùn)練的Wav2Vec2模型
我們使用來自Hugging Face模型中心的預(yù)訓(xùn)練Wav2Vec2模型。該模型已使用大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行了訓(xùn)練，可以針對我們的特定任務(wù)進(jìn)行微調(diào)。
from transformers import Wav2Vec2Processor, Wav2Vec2ForCTC
processor = Wav2Vec2Processor.from_pretrained("facebook/wav2vec2-base-960h")
model = Wav2Vec2ForCTC.from_pretrained("facebook/wav2vec2-base-960h")在這里，我們定義了將原始音頻轉(zhuǎn)換為對模型友好的特征的處理器和模型，包括使用960 小時長的語音進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練的Wav2Vec2。
第5步：為模型準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
我們必須對音頻進(jìn)行分詞和編碼，以便模型可以理解它。
def preprocess_for_model(batch):
inputs = processor(batch["speech"], sampling_rate=16000, return_tensors="pt", padding=True)
batch["input_values"] = inputs.input_values[0]
return batch
dataset = dataset.map(preprocess_for_model, remove_columns=["speech", "sampling_rate", "audio"])該步驟確保我們的數(shù)據(jù)集與Wav2Vec2模型兼容。
第6步：定義訓(xùn)練參數(shù)
在訓(xùn)練之前，我們需要設(shè)置訓(xùn)練配置。這包括批量大小、學(xué)習(xí)速率和優(yōu)化步驟。
from transformers import TrainingArguments
training_args = TrainingArguments(
output_dir="./wav2vec2",
per_device_train_batch_size=4,
evaluation_strategy="epoch",
save_strategy="epoch",
logging_dir="./logs",
learning_rate=1e-4,
warmup_steps=500,
max_steps=4000,
save_total_limit=2,
gradient_accumulation_steps=2,
fp16=True,
push_to_hub=False,
)第7步：訓(xùn)練模型
使用Hugging Face的Trainer，我們對Wav2Vec2模型進(jìn)行了微調(diào)。
from transformers import Trainer
trainer = Trainer(
model=model,
args=training_args,
train_dataset=dataset,
tokenizer=processor,
)
trainer.train()第8步：評估模型
為了評估我們的模型轉(zhuǎn)錄語音的效果，我們計(jì)算了WER。
import torch
from jiwer import wer
def transcribe(batch):
inputs = processor(batch["input_values"], return_tensors="pt", padding=True)
with torch.no_grad():
logits = model(inputs.input_values).logits
predicted_ids = torch.argmax(logits, dim=-1)
batch["predicted_text"] = processor.batch_decode(predicted_ids)[0]
return batch
results = dataset.map(transcribe)
wer_score = wer(results["target_text"], results["predicted_text"])
print(f"Word Error Rate: {wer_score:.2f}")WER分?jǐn)?shù)越低，表示性能越好。
第9步：對新音頻運(yùn)行推理
最后，我們可以使用訓(xùn)練過的模型轉(zhuǎn)錄真實(shí)世界的語音。
import torchaudio
import soundfile as sf
speech_array, sampling_rate = torchaudio.load("example.wav")
inputs = processor(speech_array.squeeze().numpy(), sampling_rate=16000, return_tensors="pt", padding=True)
with torch.no_grad():
logits = model(inputs.input_values).logits
predicted_ids = torch.argmax(logits, dim=-1)
transcription = processor.batch_decode(predicted_ids)結(jié)語
好了，你已經(jīng)使用PyTorch和Hugging Face以及輕量級數(shù)據(jù)集成功構(gòu)建了一個ASR系統(tǒng)。
原文標(biāo)題：Building an Automatic Speech Recognition System with PyTorch & Hugging Face，作者：Josep Ferrer
