(十一)kaldi thchs30 说话人自适应训练(SAT)、FMLLR以及quick训练(line 87-104)

概览

首先放代码:

#sat
steps/train_sat.sh --cmd "$train_cmd" 2500 15000 data/mfcc/train data/lang exp/tri2b_ali exp/tri3b || exit 1;
#test tri3b model
local/thchs-30_decode.sh --nj $n "steps/decode_fmllr.sh" exp/tri3b data/mfcc &
#sat_ali
steps/align_fmllr.sh --nj $n --cmd "$train_cmd" data/mfcc/train data/lang exp/tri3b exp/tri3b_ali ||  exit 1;
#上面的部分以说话人适应训练为主。

#quick训练
#quick    
steps/train_quick.sh --cmd "$train_cmd" 4200 40000 data/mfcc/train data/lang exp/tri3b_ali exp/tri4b  || exit 1;
#test tri4b model
local/thchs-30_decode.sh --nj $n "steps/decode_fmllr.sh" exp/tri4b data/mfcc &

#quick_ali                                                                                            
steps/align_fmllr.sh --nj $n --cmd "$train_cmd" data/mfcc/train data/lang exp/tri4b exp/tri4b_ali ||  exit 1;

#quick_ali_cv
steps/align_fmllr.sh --nj $n --cmd "$train_cmd" data/mfcc/dev data/lang exp/tri4b exp/tri4b_ali_cv || exit 1;

七行代码。第一行是对特征进行FMLLR,而后训练GMM模型。第二行是对自适应模型的解码及测试。第三行是根据FMLLR模型对数据进行对齐可以看出核心任务是对特征码本做FMLLR以达到说话人自适应的目的。第四行进行quick训练。第五行对quick训练得到的模型进行解码测试。第六行采用quick训练得到的模型对数据进行对齐。第七行是对开发数据集进行对齐。

以下对说话人自适应训练和FMLLR以及quick训练做详细介绍。

SAT

所谓说话人自适应技术是利用特定说话人数据对**说话人无关(Speaker Independent,SI)的码本进行改造,其目的是得到说话人自适应(SPeaker Adapted, SA)的码本来提升识别性能。我们知道在某个说话人的训练数据足够多的时候,针对当前说话人数据采用传统的训练方法可以得到×说话人相关(Speaker Dependent, SD)**的码本,由于SD码本很好的反应了当前说话人的特征,因此效果往往更好,但实际中往往缺少足够的数据,因此采用说话人自适应,这样我们只需要很少量的数据就可以得到比较大的性能提升。其实质是利用自适应数据调整SI码本以符合当前说话人特性

由于传统训练方法得到的 SI 码本不可避免地受训练集特性的影响, 在训练集和自适应数据失配时这会导致自适应效果变得不明显, 原始码本越具有说话人无关性, 在自适应时就越能迅速地趋近当前说话人的特征。与自适应相结合的码本训练对 SI 码本、训练集内每个说话人特性分别建立模型, 因此可以得到更具说话人无关性的 SI 码本。

FMLLR

Kaldi上对其的定义是”Constrained Maximum Likelihood Linear Regression (CMLLR), also known as feature-space MLLR (fMLLR), is an affine feature transform of the form $ x^{*}\leftarrow Ax+b$”,关于Kaldi中使用的CMLLR的详细解释可以看论文”Maximum likelihood linear transformations for HMM-based speech recognition”。

我对FMLLR的理解是:针对特定的说话人,其码本可以用SI码本经过线性变换后的SA码本表示,即SA码本中的任意均值矢量可以表示为:

x ∗ = A x + b x^{*} = Ax + b x=Ax+b

其中x表示N维SI码本的均值矢量,A为 N × N N\times N N×N的线性变换矩阵,b表示偏移量,不同的均值矢量可以有不同的变换矩阵A。fMLLR码本自适应的目的就是估算变换矩阵A从而更新SA码本。

那这个矩阵怎么得到呢?我们可以将其作为参数,使用参数估计的方法得到。

假设有K个说话人的训练数据,每个说话人的SA码本均由SI码本线性变换得到,训练的目标是使得输出概率函数最大,即:

( A ∗ , λ ∗ ) = arg ⁡ max ⁡ ∏ k = 1 K ∏ t ∈ O ( k ) P ( o ( t ) ∣ λ A k ) = arg ⁡ min ⁡ f ( x , Σ , A ) (A^{*},\lambda^{*}) = \arg\max\prod\limits_{k=1}^{K}\prod\limits_{t\in O(k)}P(o(t)|\lambda A_{k}) = \arg\min f(x,\Sigma,A) (A,λ)=argmaxk=1KtO(k)P(o(t)λAk)=argminf(x,Σ,A)

f ( x , Σ , A ) = − ∑ k = 1 K ∑ t ∈ O ( k ) log ⁡ [ P ( o ( t ) ∣ λ A k ] f(x, \Sigma, A) = -\sum\limits_{k=1}^{K}\sum\limits_{t\in O(k)}\log[P(o(t)|\lambda A_{k}] f(x,Σ,A)=k=1KtO(k)log[P(o(t)λAk]

式中 λ \lambda λ表示SI码本的参数集合(均值和方差), A k A_{k} Ak表示第k个说话人的变换矩阵,$ A_{K} = [b_k, U_k] 。 。 O_{k}$表示第k个说话人的训练数据集合, W ∗ , λ ∗ W^{*},\lambda^{*} W,λ表示参数的最佳估计。

从码本包含信息的角度分析, 语音信号总是包含两部分的内容: 说话人信息( 这里指广义的说话人信息, 也包括环境变化造成的特征的不确定性) 和语意信息, 这可以看作两个相对独立的坐标轴。在训练说话人无关码本时希望码本尽量只与语意相关, 传统的训练方法对所有数据作平均, 这实际隐含着训练集中说话人信息部分可相互抵消的假设; 而自适应训练的做法是: 对每个说话人分别估计说话人信息, 期望在此基础上能够真正得到说话人无关码本, 对两部分的估计是同时进行的, 对训练集的要求相对较低。

参数估计

参数估计的目标是更新码本的均值、方差和每个说话人的线性变换矩阵以使得输出概率最大,由于多个优化参数的存在,需要分别实现参数更新。

  1. 初始时给定SI码本,转换矩阵A为单位矩阵。

  2. 更新说话人变换矩阵,首先根据SI码本和当前说话人矩阵A得到SA码本,依照SA码本对每个说话人训练数据做Viterbi分割,分割的结果是将每一帧分别归到某一个高斯分布,然后按照分割结果更新每个人的变换矩阵。

  3. 更新SI码本均值。把已经更新的变换矩阵A带入目标函数求解SI码本均值。

  4. 更新SI码本方差。利用更新后的说话人变换矩阵A和SI码本均值带入目标函数可以求解SI码本的方差。

  5. 判断统计量是否收敛,若不收敛重复2-4步进行迭代。

代码流程为:

check_phones_compatible.sh->ali-to-post->acc-tree-stats->sum-tree-stats->cluster-phones->compile-questions->build-tree->gmm-init-model->gmm-mixup->convert-ali->compile-train-graphs->{gmm-align-compiled->(ali-to-post->)gmm-acc-stats-ali->gmm-est}35->ali-to-post->gmm-est->analyze_alignments.sh

quick训练

关于该部分在网上几乎找不到相关的说明,因此此处为防止我的理解有偏差,我主要以代码中的描述为主,把它整理出来,再加以少量的自己理解。

在代码的注释中,它对自身的描述是在一个已经存在的特征的基础上训练模型。该脚本的模型初始化(即GMM模型)是基于之前模型的基础上的。具体实现思想是:对于当前模型的每个状态(构建完树后),它把旧模型中与其相近的状态直接克隆过来,评判是否相近的标准就是看它们树统计量的重叠数目相似度。

在代码上来说,模型初始化都是:

gmm-init-model tree treeacc topo 1.mdl

现在使用旧模型初始化的话:

gmm-init-model tree treeacc topo 1.mdl prev/tree prev/30.mdl

由于这种初始化后的高斯数量可能比我们想要的多或者少,因此我们需要在mixing-down或mixing-up目标高斯函数。

除此之外的流程和正常的训练相似。也是强制对齐,累积统计量,更新参数等操作。

你可能感兴趣的:(kaldi,语音识别,人工智能)