【语音识别】WeNet：面向工业落地的E2E语音识别工具

WeNet：面向工业落地的E2E语音识别工具

一、WeNet语音识别平台搭建

1、参考资料

• wenet-e2e/wenet
• Mozilla DeepSpeech
• yeyupiaoling/PaddlePaddle-DeepSpeech

2、快速搭建WeNet平台

参考 WeNet中文文档

下载官方提供的预训练模型，并启动 docker 服务，加载模型，提供 websocket 协议的语音识别服务。

wget https://wenet-1256283475.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/models/aishell2/20210618_u2pp_conformer_libtorch.tar.gz
tar -xf 20210618_u2pp_conformer_libtorch.tar.gz
model_dir=$PWD/20210618_u2pp_conformer_libtorch
docker run --rm -it -p 10086:10086 -v $model_dir:/home/wenet/model wenetorg/wenet-mini:latest bash /home/run.sh

Note：

• 这里的$PWD = "/home/wenet/model"。

• 一定要保证预训练模型文件的存储位置要正确，即解压在$PWD 下，执行如下命令

  model_dir=$PWD/20210618_u2pp_conformer_libtorch进行变量赋值，否则会报：
  

实时识别

使用浏览器打开文件**index.html，在 WebSocket URL 中填入 ws://127.0.0.1:10086 (若在windows下通过wsl2**运行docker, 则使用ws://localhost:10086) , 允许浏览器弹出的请求使用麦克风，即可通过麦克风进行实时语音识别。

这里使用wsl2下的docker进行演示：如果靠近麦克风，误检率比较低。

二、WeNet实现推理（暂时无法使用onnx cpu版本进行推理）

Note：

• 如果仅使用wenet/bin/recognize.py，使用libTorch模型进行推理，可以在windows中搭建环境，具体搭建过程参考WeNet官网

• 如果要使用wenet/bin/recognize_onnx.py进行推理，需要先下载ctc_encoder，这里要注意pypi上的ctc_encoder只有2020的版本（WeNet1.0），和当前的WeNet3.0版本不一致，因此需要到https://github.com/Slyne/ctc_decoder下载并编译。由于编译swig_encoder过程中需要用到bash命令，所以尝试在linux系统中运行，这里使用WSL + ubuntu作为解决方案。

  其实windows安装git就可以执行bash命令，只不过这里在安装好wget.exe,swig.exe ,git clone相应的package（kenlm，ThreadPool）之后，对于下载的openfst-1.6.3，即使在VC中补全了.h文件，无法编译成功。

  

1、搭建WeNet环境

这里由于要尝试使用onnx推理模型，因此使用WSL + ubuntu作为解决方案

WSL + Docker Desktop 的使用教程参考 WSL Ubuntu + Docker Desktop搭建python环境

在完成好WSL和Docker Desktop安装之后，WeNet环境配置步骤如下：

1. 实例化anaconda容器

   docker run -it --name="anaconda" -p 8888:8888 continuumio/anaconda3 /bin/bash
   

   如果退出了，可以重启anaconda容器

   #重启
   docker start anaconda
   docker exec -it anaconda /bin/bash
   

2. 在base环境下配置wenet环境（不要创建虚拟环境，方便之后打包成镜像，供pycharm使用）

   将WSL中的wenet项目拷贝到docker容器中（假设在WSL的/home/usr下有wenet项目）

   docker cp /home/usr/wenet/requirements.txt 9cf7b3c196f3:/home/  #9cf7b3c196f3为anaconda容器id
   

   进入anaconda容器内，在/home/使用pip安装所有包（conda源修改参考 ubuntu更换conda源 ）

   pip install -r requirements.txt -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
   conda install pytorch=1.10.0 torchvision torchaudio=0.10.0 cudatoolkit=11.1 -c pytorch -c conda-forge
   

3. 下载ctc_encoder项目（让conformer进行语音识别时能够使用beam_search方法）

   ctc_encoder官网如下：https://github.com/Slyne/ctc_decoder.

   由于github clone在ubuntu中可能不好使，所以在windows中进入swig/setup.sh：

   #!/usr/bin/env bash
   
   if [ ! -d kenlm ]; then
       git clone https://github.com/kpu/kenlm.git
       echo -e "\n"
   fi
   
   if [ ! -d openfst-1.6.3 ]; then
       echo "Download and extract openfst ..."
       wget http://www.openfst.org/twiki/pub/FST/FstDownload/openfst-1.6.3.tar.gz --no-check-certificate
       tar -xzvf openfst-1.6.3.tar.gz
       echo -e "\n"
   fi
   
   if [ ! -d ThreadPool ]; then
       git clone https://github.com/progschj/ThreadPool.git
       echo -e "\n"
   fi
   
   echo "Install decoders ..."
   # python3 setup.py install --num_processes 10
   python3 setup.py install --user --num_processes 10
   

   将必要的包安装好后（在git bash中使用setup.sh中的命令，wget，swig直接安装exe即可），整体文件结构如下（多了这四个文件）：

   

   再把完整的ctc_encoder复制到anaconda容器中，直接进行编译即可。

4. 编译ctc_encoder：

   假设现在在anaconda容器中，ctc_encoder项目在/home目录下，进入swig文件夹后，运行bash setup.sh即可完成编译（需要先apt install gcc, apt install g++）

5. 配置onnx，onnxruntime环境

   pip install onnx==1.9.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
   pip install onnxruntime==1.9.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
   

6. 将Docker运行时容器打包成镜像

   将anaconda容器运行时的环境打包成镜像，给pycharm专业版调用，参考Pycharm使用docker容器内的环境开发

   #OPTIONS说明：
   #    -a :提交的镜像作者；
   #    -c :使用Dockerfile指令来创建镜像；
   #    -m :提交时的说明文字；
   #    -p :在commit时，将容器暂停。
   
   #2b1ad7022d19为anaconda容器运行时的id
   docker commit -a "wangxiaoxi" -m "wenet_env" 2b1ad7022d19  wenet_env:v1
   

2、模型训练

参考Tutorial on AIShell

3、基于libTorch模型的推理

下载aishell2 sample数据集进行wenet模型的推理，官网如下：希尔贝壳

下载WeNet的预训练模型（下载Checkpoint model - conformer）

将测试数据集和预训练模型放在项目路径下，比如：

修改train.yaml中的cmvn_file的位置（如果使用docker容器中的python环境，建议使用相对路径）

cmvn_file: ../../test/aishell2/global_cmvn     #这里使用相对路径

将aishell2数据集修改成wenet数据格式

{"key": "D4_753", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_750.wav", "txt": ""}
{"key": "D4_754", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_751.wav", "txt": ""}
{"key": "D4_755", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_752.wav", "txt": ""}
{"key": "D4_753", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_753.wav", "txt": ""}
{"key": "D4_754", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_754.wav", "txt": ""}
{"key": "D4_755", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_755.wav", "txt": ""}
{"key": "D4_756", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_756.wav", "txt": ""}

使用wenet/bin/recognize.py，输入如下命令

python recognize 
--config=../../test/aishell2/train.yaml \
--dict=../../test/aishell2/units.txt \
--checkpoint=../../test/aishell2/final.pt \
--result_file=../../test/aishell2/att_res_result.txt \
--test_data=../../test/aishell2/test_data/data.list \

输出结果如下：

Namespace(batch_size=16, beam_size=10, bpe_model=None, checkpoint='../../test/aishell2/final.pt', config='../../test/aishell2/train.yaml', connect_symbol='', ctc_weight=0.0, data_type='raw', decoding_chunk_size=-1, dict='../../test/aishell2/units.txt', gpu=-1, mode='attention', non_lang_syms=None, num_decoding_left_chunks=-1, override_config=[], penalty=0.0, result_file='../../test/aishell2/att_res_result.txt', reverse_weight=0.0, simulate_streaming=False, test_data='../../test/aishell2/test_data/data1.list')
2022-07-04 15:54:22,441 INFO Checkpoint: loading from checkpoint ../../test/aishell2/final.pt for CPU
F:\ASR\wenet\wenet\transformer\asr_model.py:266: UserWarning: __floordiv__ is deprecated, and its behavior will change in a future version of pytorch. It currently rounds toward 0 (like the 'trunc' function NOT 'floor'). This results in incorrect rounding for negative values. To keep the current behavior, use torch.div(a, b, rounding_mode='trunc'), or for actual floor division, use torch.div(a, b, rounding_mode='floor').
  best_hyps_index = best_k_index // beam_size
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_753 中国人民保险集团股份有限公司闽宁营销服务部
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_755 中国电信闽宁镇合作营业厅
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_754 闽宁镇卫生院
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_756 闽宁镇客运站
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_753 第六十一集
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_755 第六十三集
2022-07-04 15:54:27,189 INFO D4_754 第六十二集

4、WeNet导出onnx模型

参考 ONNX backend on WeNet

这里先下载WeNet的预训练模型（下载Checkpoint model - conformer），接着使用wenet/bin/export_onnx_cpu.py， 设置如下参数，即可将libtorch的pt文件转换成onnx文件

python export_onnx_cpu.py
 --config F:/ASR/model/20210618_u2pp_conformer_libtorch_aishell2/train.yaml \
 --checkpoint F:/ASR/model/20210618_u2pp_conformer_libtorch_aishell2/final.pt \
 --chunk_size 16 \
 --output_dir F:/ASR/model/20210618_u2pp_conformer_libtorch_aishell2/onnx_dir \
 --num_decoding_left_chunks -1

如果onnx导出成功，会在输出文件夹中生成如下3个文件：encoder.onnx，ctc.onnx, decoder.onnx。

5、使用recognize_onnx进行推理（未解决）

参考 https://github.com/wenet-e2e/wenet/pull/761.

先下载conformer模型的权重文件（checkpoint model），https://wenet.org.cn/wenet/pretrained_models.html

解压好权重文件之后，文件夹目录如下

修改train.yaml中的cmvn_file的位置

#cmvn_file: F:/ASR/model/20210618_u2pp_conformer_libtorch_aishell2/global_cmvn
cmvn_file: ../../test/aishell2/global_cmvn     #这里使用相对路径

转换成wenet的json数据格式：假设现在有音频文件D4_750.wav，通过格式转换成如下json格式， 参考https://wenet.org.cn/wenet/tutorial_librispeech.html?highlight=test_data#stage-0-prepare-training-data

{"key": "D4_753", "wav": "../../test/aishell2/test_data/D4_750.wav", "txt": "而对楼市成交抑制作用最大的限购"}

接着运行：

python3 wenet/bin/recognize_onnx.py --config=20210618_u2pp_conformer_exp/train.yaml --test_data=raw_wav/test/data.list --gpu=0 --dict=20210618_u2pp_conformer_exp/words.txt --mode=attention_rescoring --reverse_weight=0.4 --ctc_weight=0.1 --result_file=./att_res_result.txt --encoder_onnx=onnx_model/encoder.onnx --decoder_onnx=onnx_model/decoder.onnx

注意这里最好使用相对路径，因为使用的是docker里的python环境，如果在读取文件时使用windows下的绝对路径，会导致如下错误。解决思路参考https://github.com/microsoft/onnxruntime/issues/8735（反正我解决不了）

{FileNotFoundError}[Errno 2] No such file or directory: 'F:/ASR/model/20210618_u2pp_conformer_libtorch_aishell2/train.yaml'

这里使用export_onnx_cpu导出的onnx模型，使用recognize_onnx进行推理

encoder_ort_session=onnxruntime.InferenceSession(encoder_outpath, providers=['CPUExecutionProvider']);
ort_inputs = {
    encoder_ort_session.get_inputs()[0].name: feats.astype('float32'),
    encoder_ort_session.get_inputs()[1].name: feats_lengths.astype('int64'),
    encoder_ort_session.get_inputs()[2].name: np.zeros((12,4,0,128)).astype('float32'),
    encoder_ort_session.get_inputs()[3].name: np.zeros((12,1,256,7)).astype('float32')
}
encoder_ort_session.run(None, ort_inputs)

会抛出错误

{Fail}[ONNXRuntimeError] : 1 : FAIL : Non-zero status code returned while running Slice node. Name:'Slice_49' Status Message: slice.cc:153 FillVectorsFromInput Starts must be a 1-D array

应该是cuda和onnxruntime版本不一致导致的，参考 OnnxRunTime遇到FAIL : Non-zero status code returned while running BatchNormalization node.

后来发现recognize_onnx是对export_onnx_gpu.py导出的模型进行推理，而不是export_onnx_cpu.py。要使用export_onnx_gpu.py还得 安装nividia_docker和onnxruntime_gpu，否则会报错：

/opt/conda/lib/python3.9/site-packages/onnxruntime/capi/onnxruntime_inference_collection.py:53: UserWarning: Specified provider 'CUDAExecutionProvider' is not in available provider names.Available providers: 'CPUExecutionProvider'
  warnings.warn("Specified provider '{}' is not in available provider names."
Traceback (most recent call last):
  File "/opt/project/wenet/bin/export_onnx_gpu.py", line 574, in <module>
    onnx_config = export_enc_func(model, configs, args, logger, encoder_onnx_path)
  File "/opt/project/wenet/bin/export_onnx_gpu.py", line 334, in export_offline_encoder
    test(to_numpy([o0, o1, o2, o3, o4]), ort_outs)
NameError: name 'test' is not defined

这里就不费这个力了，等wenet项目完善吧。