解析深度学习:语音识别实践

解析深度学习:语音识别实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

俞栋,邓力 著
图书标签:
  • 深度学习
  • 语音识别
  • 自然语言处理
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  • Python
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  • PyTorch
  • 模型训练
  • 语音技术
  • 实践教程
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出版社: 电子工业出版社
ISBN:9787121287961
版次:1
商品编码:11933855
品牌:Broadview
包装:平装
开本:16开
出版时间:2016-06-01
用纸:轻型纸
页数:336
正文语种:中文

具体描述

产品特色

编辑推荐

  

AlphaGo与李世石的围棋大战激发了人们对人工智能是非的诸多争论。人工智能背后的工作原理深度学习跳入大众的视野。AlphaGo的大获全胜一定程度展示了深度学习在应用领域的成功,而语音识别正是深度学习取得显著成功的应用领域之一。

本书是首次以深度学习为主线介绍语音识别应用的书籍,对读者了解语音识别技术及其发展历程有重要的参考价值。

本书作者俞栋、邓力均是该领域的著名专家,他们是深度学习在应用领域取得突破性进展的推动者与实践者,他们在书中分享的研究成果一定程度上代表了本领域全新的研究进展;译者俞凯、钱彦 旻也是本领域的资深专家,并有众多实践成果。 对于从事此领域研究的读者来说,本书无疑有重要的参考价值。


  

内容简介

  

《解析深度学习:语音识别实践》是首部介绍语音识别中深度学习技术细节的专著。全书首先概要介绍了传统语音识别理论和经典的深度神经网络核心算法。接着全面而深入地介绍了深度学习在语音识别中的应用,包括“深度神经网络-隐马尔可夫混合模型”的训练和优化,特征表示学习、模型融合、自适应,以及以循环神经网络为代表的若干先进深度学习技术。

《解析深度学习:语音识别实践》适合有一定机器学习或语音识别基础的学生、研究者或从业者阅读,所有的算法及技术细节都提供了详尽的参考文献,给出了深度学习在语音识别中应用的全景。

作者简介

俞栋

1998 年加入微软公司,现任微软研究院首席研究员、浙江大学兼职教授和中科大客座教授。他是语音识别和深度学习方向的资深专家,出版了两本专著,发表了150 多篇论文,是近60 项专利的发明人及有广泛影响力的深度学习开源软件CNTK 的发起人和主要作者之一。他在基于深度学习的语音识别技术上的工作带来了语音识别研究方向的转变,极大地推动了语音识别领域的发展,并获得2013 年IEEE 信号处理协会佳论文奖。俞栋博士现担任IEEE 语音语言处理专业委员会委员,曾担任IEEE/ACM音频、语音及语言处理汇刊、IEEE 信号处理杂志等期刊的编委。

邓力

世界著名人工智能、机器学习和语音语言信号处理专家,现任微软首席人工智能科学家和深度学习技术中心研究经理。他在美国威斯康星大学先后获硕士和博士学位,然后在加拿大滑铁卢大学任教获得终身正教授。其间,他还任麻省理工学院研究职位。1999 年加入微软研究院历任数职,并在2014 年初创办深度学习技术中心,主持微软公司和研究院的人工智能和深度学习领域的技术创新。 邓立博士的研究方向包括自动语音与说话者识别、口语识别与理解、语音–语音翻译、机器翻译、语言模式、统计方法与机器学习、听觉和其他生物信息处理、深层结构学习、类脑机器智能、图像语言多模态深度学习,商业大数据深度分析等。他在上述领域做出了重大贡献,是ASA(美国声学学会)会士、IEEE(美国电气和电子工程师协会)会士和理事、ISCA(国际语音通信协会)会士,并凭借在深度学习与自动语音识别方向做出的杰出贡献荣获2015年度IEEE 信号处理技术成就奖。同时,他也曾在高端杂志和会议上发表过与上述领域相关的300 余篇学术论文,出版过5 部著作,发明及合作发明了超过70 多项专利。邓立博士还担任过IEEE 信号处理杂志和《音频、语音与语言处理学报》(IEEE/ACMTransactions on Audio, Speech & anguage Processing)的主编。

俞凯

IEEE 高级会员,上海交通大学计算机科学与工程系特别研究员。清华大学本科、硕士,英国剑桥大学工程系博士。长期从事智能语音及语言处理、人机交互、模式识别及机器学习的研究和产业化工作。他是中组部“千人计划”(青年项目)获得者,国家自然科学基金委优秀青年科学基金获得者,上海市“东方学者”特聘教授;作为共同创始人和首席科学家创立“苏州思必驰信息科技有限公司”。现任中国声学学会语音语言、听觉及音乐分会执委会委员,中国计算机学会人机交互专委会委员,中国语音产业联盟技术工作组副组长。他的研究兴趣涉及语音识别、语音合成、口语理解、对话系统、认知型人机交互等智能语音语言处理技术的多个核心技术领域,在本领域的一流国际期刊和会议上发表论文80 余篇,申请专利10 余项,取得了一系列研究、工程和产业化成果。在InterSpeech 及IEEE Spoken Language Processing 等国际会议上获得3 篇国际会议优秀论文奖,获得国际语音通信联盟(ISCA)2013 年颁发的2008—2012 Computer Speech and Language 优论文奖。受邀担任InterSpeech 2009 语音识别领域主席、EUSIPCO 2011/EUSIPCO 2014 语音处理领域主席、InterSpeech 2014 口语对话系统领域主席等。他负责搭建或参与搭建的大规模连续语音识别系统,曾获得美国国家标准局(NIST)和美国国防部内部评测冠军;作为核心技术人员,负责设计并实现的认知型统计对话系统原型,在CMU 组织的2010 年对话系统国际挑战赛上获得了可控测试的冠军。作为项目负责人或Co-PI,他主持了欧盟第7 框架PARLANCE、国家自然科学基金委、上海市教委、经信委,以及美国通用公司、苏州思必驰信息科技有限公司的一系列科研及产业化项目。2014 年,因在智能语音技术产业化方面的贡献,获得中国人工智能学会颁发的“吴文俊人工智能科学技术奖”。

钱彦旻

上海交通大学计算机科学与工程系助理研究员,博士。分别在2007 年6 月和2013 年1 月于华中科技大学和清华大学获得工学学士和工学博士学位。2013 年4 月起,任上海交通大学计算机科与工程系理研究员。同时从2015 年1 月至2015 年12 月,在英国剑桥大学工程系机器智能实验室语音组进行访问,作为项目研究员与语音识别领域的著名科学家Phil Woodland 教授和Mark Gales 教授开展合作研究。现为IEEE、ISCA 会员,同时也是国际开源项目Kaldi 语音识别工具包开发的项目组创始成员之一。此外,担任IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing、SpeechCommunication、ICASSP、Interspeech、ASRU 等国际期刊和会议的审稿人。目前在国内外学术刊物和会议上发表学术论文50 余篇,Google Scholar 总引用数近1000 次。其中包括在语音识别领域优秀国际会议ICASSP、InterSpeech 和ASRU 上发表论文30 余篇,申请国家专利共3 项,已授权1 项。2008 年获科技奥运先进集体奖,2014 年获中国人工智能学会颁发的“吴文俊人工智能科学技术奖进步奖”。曾作为负责人和主要参与者参加了包括英国EPSRC、国家自然科学基金、国家863 等多个项目。目前的研究领域包括:语音识别、说话人和语种识别、自然语言理解、深度学习建模、多媒体信号处理等。

内页插图

目录

作者及译者简介iv

译者序vii

序ix

前言xi

术语缩写xxiii

符号xxvii

1 简介1

1.1 自动语音识别:更好的沟通之桥 1

1.1.1 人类之间的交流 2

1.1.2 人机交流 2

1.2 语音识别系统的基本结构 4

1.3 全书结构 6

1.3.1 第一部分:传统声学模型6

1.3.2 第二部分:深度神经网络6

1.3.3 第三部分:语音识别中的DNN-HMM 混合系统7

1.3.4 第四部分:深度神经网络中的特征表示学习 7

1.3.5 第五部分:高级的深度模型 7

第一部分传统声学模型9

2 混合高斯模型10

2.1 随机变量10

2.2 高斯分布和混合高斯随机变量11

2.3 参数估计13

2.4 采用混合高斯分布对语音特征建模 15

3 隐马尔可夫模型及其变体17

3.1 介绍17

3.2 马尔可夫链19

3.3 序列与模型 20

3.3.1 隐马尔可夫模型的性质21

3.3.2 隐马尔可夫模型的仿真22

3.3.3 隐马尔可夫模型似然度的计算22

3.3.4 计算似然度的高效算法24

3.3.5 前向与后向递归式的证明25

3.4 期望zui大化算法及其在学习HMM 参数中的应用 26

3.4.1 期望zui大化算法介绍 26

3.4.2 使用EM 算法来学习HMM 参数——Baum-Welch 算法 28

3.5 用于解码HMM 状态序列的维特比算法32

3.5.1 动态规划和维特比算法32

3.5.2 用于解码HMM 状态的动态规划算法33

3.6 隐马尔可夫模型和生成语音识别模型的变体35

3.6.1 用于语音识别的GMM-HMM 模型 36

3.6.2 基于轨迹和隐藏动态模型的语音建模和识别37

3.6.3 使用生成模型HMM 及其变体解决语音识别问题 38

第二部分深度神经网络41

4 深度神经网络42

4.1 深度神经网络框架42

4.2 使用误差反向传播来进行参数训练 45

4.2.1 训练准则 45

4.2.2 训练算法46

4.3 实际应用50

4.3.1 数据预处理51

4.3.2 模型初始化52

4.3.3 权重衰减52

4.3.4 丢弃法 53

4.3.5 批量块大小的选择55

4.3.6 取样随机化56

4.3.7 惯性系数 57

4.3.8 学习率和停止准则58

4.3.9 网络结构59

4.3.10 可复现性与可重启性 59

5 高级模型初始化技术61

5.1 受限玻尔兹曼机61

5.1.1 受限玻尔兹曼机的属性63

5.1.2 受限玻尔兹曼机参数学习66

5.2 深度置信网络预训练 69

5.3 降噪自动编码器预训练71

5.4 鉴别性预训练74

5.5 混合预训练75

5.6 采用丢弃法的预训练 75

第三部分语音识别中的深度神经网络–隐马尔可夫混合模型77

6 深度神经网络–隐马尔可夫模型混合系统78

6.1 DNN-HMM 混合系统 78

6.1.1 结构78

6.1.2 用CD-DNN-HMM 解码80

6.1.3 CD-DNN-HMM 训练过程81

6.1.4 上下文窗口的影响83

6.2 CD-DNN-HMM 的关键模块及分析 85

6.2.1 进行比较和分析的数据集和实验85

6.2.2 对单音素或者三音素的状态进行建模 87

6.2.3 越深越好88

6.2.4 利用相邻的语音帧89

6.2.5 预训练 90

6.2.6 训练数据的标注质量的影响 90

6.2.7 调整转移概率 91

6.3 基于KL 距离的隐马尔可夫模型91

7 训练和解码的加速93

7.1 训练加速93

7.1.1 使用多GPU 流水线反向传播94

7.1.2 异步随机梯度下降97

7.1.3 增广拉格朗日算法及乘子方向交替算法100

7.1.4 减小模型规模 101

7.1.5 其他方法102

7.2 加速解码103

7.2.1 并行计算103

7.2.2 稀疏网络105

7.2.3 低秩近似107

7.2.4 用大尺寸DNN 训练小尺寸DNN108

7.2.5 多帧DNN 109

8 深度神经网络序列鉴别性训练111

8.1 序列鉴别性训练准则 111

8.1.1 zui大相互信息 112

8.1.2 增强型MMI 113

8.1.3 zui小音素错误/状态级zui小贝叶斯风险114

8.1.4 统一的公式115

8.2 具体实现中的考量116

8.2.1 词图产生116

8.2.2 词图补偿117

8.2.3 帧平滑 119

8.2.4 学习率调整119

8.2.5 训练准则选择 120

8.2.6 其他考量120

8.3 噪声对比估计 121

8.3.1 将概率密度估计问题转换为二分类设计问题121

8.3.2 拓展到未归一化的模型123

8.3.3 在深度学习网络训练中应用噪声对比估计算法 124

第四部分深度神经网络中的特征表示学习127

9 深度神经网络中的特征表示学习128

9.1 特征和分类器的联合学习128

9.2 特征层级129

9.3 使用随意输入特征的灵活性 133

9.4 特征的鲁棒性 134

9.4.1 对说话人变化的鲁棒性134

9.4.2 对环境变化的鲁棒性 135

9.5 对环境的鲁棒性137

9.5.1 对噪声的鲁棒性138

9.5.2 对语速变化的鲁棒性 140

9.6 缺乏严重信号失真情况下的推广能力141

10 深度神经网络和混合高斯模型的融合144

10.1 在GMM-HMM 系统中使用由DNN 衍生的特征144

10.1.1 使用Tandem 和瓶颈特征的GMM-HMM 模型144

10.1.2 DNN-HMM 混合系统与采用深度特征的GMM-HMM 系统的比较147

10.2 识别结果融合技术149

10.2.1 识别错误票选降低技术(ROVER) 149

10.2.2 分段条件随机场(SCARF) 151

10.2.3 zui小贝叶斯风险词图融合153

10.3 帧级别的声学分数融合153

10.4 多流语音识别 154

11 深度神经网络的自适应技术157

11.1 深度神经网络中的自适应问题157

11.2 线性变换159

11.2.1 线性输入网络.159

11.2.2 线性输出网络 159

11.3 线性隐层网络 161

11.4 保守训练162

11.4.1 L2 正则项163

11.4.2 KL 距离正则项163

11.4.3 减少每个说话人的模型开销 165

11.5 子空间方法167

11.5.1 通过主成分分析构建子空间 167

11.5.2 噪声感知、说话人感知及设备感知训练168

11.5.3 张量172

11.6 DNN 说话人自适应的效果172

11.6.1 基于KL 距离的正则化方法 173

11.6.2 说话人感知训练174

第五部分先进的深度学习模型177

12 深度神经网络中的表征共享和迁移178

12.1 多任务和迁移学习178

12.1.1 多任务学习 178

12.1.2 迁移学习180

12.2 多语言和跨语言语音识别180

12.2.1 基于Tandem 或瓶颈特征的跨语言语音识别181

12.2.2 共享隐层的多语言深度神经网络182

12.2.3 跨语言模型迁移185

12.3 语音识别中深度神经网络的多目标学习188

12.3.1 使用多任务学习的鲁棒语音识别188

12.3.2 使用多任务学习改善音素识别189

12.3.3 同时识别音素和字素(graphemes) 190

12.4 使用视听信息的鲁棒语音识别 190

13 循环神经网络及相关模型192

13.1 介绍192

13.2 基本循环神经网络中的状态-空间公式194

13.3 沿时反向传播学习算法195

13.3.1 zui小化目标函数 196

13.3.2 误差项的递归计算196

13.3.3 循环神经网络权重的更新197

13.4 一种用于学习循环神经网络的原始对偶技术199

13.4.1 循环神经网络学习的难点199

13.4.2 回声状态(Echo-State)性质及其充分条件 199

13.4.3 将循环神经网络的学习转化为带约束的优化问题 200

13.4.4 一种用于学习RNN 的原始对偶方法201

13.5 结合长短时记忆单元(LSTM)的循环神经网络203

13.5.1 动机与应用203

13.5.2 长短时记忆单元的神经元架构204

13.5.3 LSTM-RNN 的训练205

13.6 循环神经网络的对比分析205

13.6.1 信息流方向的对比:自上而下还是自下而上 206

13.6.2 信息表征的对比:集中式还是分布式208

13.6.3 解释能力的对比:隐含层推断还是端到端学习209

13.6.4 参数化方式的对比:吝啬参数集合还是大规模参数矩阵 209

13.6.5 模型学习方法的对比:变分推理还是梯度下降210

13.6.6 识别正确率的比较211

13.7 讨论212

14 计算型网络214

14.1 计算型网络214

14.2 前向计算215

14.3 模型训练 218

14.4 典型的计算节点222

14.4.1 无操作数的计算节点 223

14.4.2 含一个操作数的计算节点223

14.4.3 含两个操作数的计算节点228

14.4.4 用来计算统计量的计算节点类型235

14.5 卷积神经网络 236

14.6 循环连接 239

14.6.1 只在循环中一个接一个地处理样本240

14.6.2 同时处理多个句子242

14.6.3 创建任意的循环神经网络243

15 总结及未来研究方向245

15.1 路线图 245

15.1.1 语音识别中的深度神经网络启蒙245

15.1.2 深度神经网络训练和解码加速248

15.1.3 序列鉴别性训练248

15.1.4 特征处理249

15.1.5 自适应 250

15.1.6 多任务和迁移学习251

15.1.7 卷积神经网络 251

15.1.8 循环神经网络和长短时记忆神经网络251

15.1.9 其他深度模型 252

15.2 技术前沿和未来方向 252

15.2.1 技术前沿简析252

15.2.2 未来方向253

参考文献255???????

精彩书摘

本书首次专门讲述了如何将深度学习方法,特别是深度神经网络(DNN)技术应用于语音识别(ASR)领域。在过去的几年中,深度神经网络技术在语音识别领域的应用取得了前所未有的成功。这使得本书成为在深度神经网络技术的发展历程中一个重要的里程碑。作者继其前一本书Deep Learning: Methods and Applications 之后,在语音识别技术和应用上进行了更深入钻研,得成此作。与上一本书不同,该作并没有对深度学习的各个应用领域都进行探讨,而是将重点放在了语音识别技术及其应用上,并就此进行了更深入、更专一的讨论。难能可贵的是,这本书提供了许多语音识别技术背景知识,以及深度神经网络的技术细节,比如严谨的数学描述和软件实现也都包含其中。这些对语音识别领域的专家和有一定基础的读者来说都将是极其珍贵的资料。

本书的独特之处还在于,它并没有局限于目前常应用于语音识别技术的深度神经网络上,还兼顾包含了深度学习中的生成模型,这种模型可以很自然地嵌入先验的领域知识和问题约束。作者在背景材料中充分证实了自20 世纪90 年代早期起,语音识别领域研究者提出的深度动态生成模型(dynamic generative models)的丰富性,同时又将其与最近快速发展的深度鉴别性模型在统一的框架下进行了比较。书中以循环神经网络和隐动态模型为例,对这两种截然不同的深度模型进行了全方位有见地的优劣比较。这为语音识别中的深度学习发展和其他信号及信息处理领域开启了一个新的激动人心的方向。该书还满怀历史情怀地对四代语音识别技术进行了分析。当然,以深度学习为主要内容的第四代技术是本书所详细阐述的,特别是DNN 和深度生成模型的无缝结,将使得知识扩展可以在一种最自然的方式下完成。

总的来说,该书可能成为语音识别领域工作者在第四代语音识别技术时代的重要参考书。全书不但巧妙地涵盖了一些基本概念,使你能够理解语音识别全貌,还对近两年兴盛起来的强大的深度学习方法进行了深入的细节介绍。读完本书,你将可以看清前沿的语音识别是如何构建在深度神经网络技术上的,可以满怀自信地去搭建识别能力达到甚至超越人类的语音识别系统。

Sadaoki Furui

芝加哥丰田技术研究所所长,东京理工学院教授

前言/序言

以自然语言人机交互为主要目标的自动语音识别(ASR),在近几十年来一直是研究的热点。在2000 年以前,有众多语音识别相关的核心技术涌现出来,例如:混合高斯模型(GMM)、隐马尔可夫模型(HMM)、梅尔倒谱系数(MFCC)及其差分、n 元词组语言模型(LM)、鉴别性训练以及多种自适应技术。这些技术极大地推进了ASR 以及相关领域的发展。但是比较起来,在2000 年到2010 年间,虽然GMM-HMM序列鉴别性训练这种重要的技术被成功应用到实际系统中,但是在语音识别领域中无论是理论研究还是实际应用,进展都相对缓慢与平淡。


然而在过去的几年里,语音识别领域的研究热情又一次被点燃。由于移动设备对语音识别的需求与日俱增,并且众多新型语音应用,例如,语音搜索(VS)、短信听写(SMD)、虚拟语音助手(例如,苹果的Siri、Google Now 以及微软的Cortana)等在移动互联世界获得了成功,新一轮的研究热潮自然被带动起来。此外,由于计算能力的显著提升以及大数据的驱动,深度学习在大词汇连续语音识别下的成功应用也是同样重要的影响因素。比起此前最先进的识别技术——GMM-HMM 框架,深度学习在众多真实世界的大词汇连续语音识别任务中都使得识别的错误率降低了三分之一或更多,识别率也进入到真实用户可以接受的范围内。举例来说,绝大多数SMD 系统的识别准确率都超过了90%,甚至有些系统超过了95%。


作为研究者,我们参与并见证了这许许多多令人兴奋的深度学习技术上的发展。考虑到近年来在学术领域与工业领域迸发的ASR 研究热潮,我们认为是时候写一本书来总结语音识别领域的技术进展,尤其是近年来的最新进展。


最近20 年,随着语音识别领域的不断发展,很多关于语音识别以及机器学习的优秀书籍相继问世,这里列举一部分:


? Deep Learning: Methods and Applications, by Li Deng and Dong Yu (June, 2014)


? Automatic Speech and Speaker Recognition: Large Margin and Kernel Methods, byJoseph Keshet, Samy Bengio (Jan, 2009)


? Speech Recognition Over Digital Channels: Robustness and Standards, by AntonioPeinado and Jose Segura (Sept, 2006)


? Pattern Recognition in Speech and Language Processing, by Wu Chou and Biing-HwangJuang (Feb, 2003)


? Speech Processing — A Dynamic and Optimization-Oriented Approach, by Li Dengand Doug O’Shaughnessy (June 2003)


? Spoken Language Processing: A Guide to Theory, Algorithm and System Development,by Xuedong Huang, Alex Acero, and Hsiao-Wuen Hon (April 2001)


? Digital Speech Processing: Synthesis, and Recognition, Second Edition, by SadaokiFurui (June, 2001)


? Speech Communications: Human and Machine, Second Edition, by Douglas O’Shaughnessy(June, 2000)


? Speech and Language Processing — An Introduction to Natural Language Processing,Computational Linguistics, and Speech Recognition, by Daniel Jurafsky and JamesMartin (April, 2000)


? Speech and Audio Signal Processing, by Ben Gold and Nelson Morgan (April, 2000)


? Statistical Methods for Speech Recognition, by Fred Jelinek (June, 1997)


? Fundamentals of Speech Recognition, by Lawrence Rabiner and Biing-Hwang Juang(April, 1993)


? Acoustical and Environmental Robustness in Automatic Speech Recognition, by AlexAcero (Nov, 1992)


然而,所有这些书或者是出版于2009 年以前,也就是深度学习理论被提出之前,或者是像我们2014 年出版的综述书籍,都没有特别关注深度学习技术在语音识别领域的应用。早期的书籍缺少2010 年以后的深度学习新技术,而语音识别领域以及深度学习的研究者所需求的技术及数学细节更是没能涵盖其中。不同于以上书籍,本书除了涵盖必要的背景材料外,特别整理了近年来语音识别领域上深度学习以及鉴别性层次模型的相关研究。本书涵盖了一系列深度学习模型的理论基础及对其的理解,其中包括深度神经网络(DNN)、受限玻耳兹曼机(RBM)、降噪自动编码器、深度置信网络、循环神经网络(RNN)、长短时记忆(LSTM)RNN,以及各种将它们应用到实际系统的技术,例如,DNN-HMM 混合系统、tandem 和瓶颈系统、多任务学习及迁移学习、序列鉴别性训练以及DNN 自适应技术。本书更加细致地讨论了搭建真实世界实时语音识别系统时的注意事项、技巧、配置、深层模型的加速以及其他相关技术。为了更好地介绍基础背景,本书有两章讨论了GMM 与HMM 的相关内容。然而由于本书的主题是深度学习以及层次性建模,因而我们略过了GMM-HMM 的技术细节。所以本书是上面罗列参考书籍的补充,而不是替代。我们相信本书将有益于语音处理及机器学习领域的在读研究生、研究者、实践者、工程师,以及科学家的学习研究工作。我们希望,本书在提供领域内相关技术的参考以外,能够激发更多新的想法与创新,进一步促进ASR 的发展。


在本书的撰写过程中,Alex Acero、Geoffrey Zweig、Qiang Huo、Frank Seide、JashaDroppo、Mike Seltzer 以及Chin-Hui Lee 都提供了大量的支持与鼓励。同时,我们也要感谢Springer 的编辑Agata Oelschlaeger 和Kiruthika Poomalai,他们的耐心和及时的帮助使得本书能够顺利出版。


俞 栋邓 力


美国华盛顿西雅图


2014 年7 月



《洞悉语音的脉络:从信号到理解的深度探索》 这本书并非聚焦于某一本特定的技术书籍,而是致力于为读者构建一个理解语音处理,特别是深度学习在语音识别领域应用的宏观框架。它旨在揭示语音信号的本质、传统信号处理的基石,以及如何通过深度学习这一强大的工具,将这些信号转化为机器能够理解的文本信息。本书将带领读者穿越信号处理的层层迷雾,深入探究现代语音识别系统的核心技术,并以详实的分析和精辟的阐述,勾勒出这一前沿技术领域的全景图。 第一篇:倾听世界的声音——语音信号的本质与处理基石 在深入探究深度学习之前,我们首先需要理解我们所要处理的对象——语音信号。本篇将从最基础的层面出发,拆解语音的生成机制,剖析其物理特性。我们会探讨人声是如何通过声带振动、口腔和鼻腔的共鸣而形成的,以及声波在空气中的传播规律。 声音的物理学基础: 我们将详细介绍声波的各项关键指标,如频率、振幅、相位,以及它们如何共同构成我们感知到的音高、响度和音色。这部分内容将帮助读者建立起对声音的直观理解,为后续的信号分析打下坚实的理论基础。 数字信号处理的初步: 语音信号的原始形态是连续的模拟波形,而计算机只能处理离散的数字信号。因此,本节将详细讲解采样和量化的基本原理,介绍模数转换(ADC)的过程,以及这些过程如何影响信号的保真度。我们将探讨奈奎斯特采样定理的重要性,理解采样率的选择对语音信息损失的影响。 时域与频域的转换: 语音信号在时域(随时间变化)和频域(包含不同频率成分)中都蕴含着丰富的信息。我们将介绍傅里叶变换(FT)及其在语音分析中的核心作用,解释它如何将复杂的时域信号分解为一系列不同频率的正弦波。短时傅里叶变换(STFT)的引入将成为关键,它允许我们分析语音信号随时间变化的频率成分,生成我们熟悉的频谱图(Spectrogram)。 特征提取的艺术: 原始的语音信号数据量庞大且冗余,直接用于机器学习模型效率低下。本篇将深入探讨如何从语音信号中提取出更有意义的特征,这些特征能够更有效地表征语音的声学信息,同时减少数据维度。我们将详细介绍: 短时能量(Short-Time Energy): 描述了语音信号在某个短时间窗内的响度变化,对于区分语音和非语音(如静音)至关重要。 过零率(Zero-Crossing Rate, ZCR): 衡量了语音信号在单位时间内穿过零轴的次数,可以反映信号的频率特性,常用于区分清音和浊音。 梅尔频率倒谱系数(Mel-Frequency Cepstral Coefficients, MFCCs): 这是语音识别中最经典、最常用的特征之一。我们将详细解析MFCCs的生成流程,包括预加重、分帧、加窗、计算功率谱、应用梅尔滤波器组,以及计算倒谱。强调梅尔尺度(Mel Scale)的意义,即它模拟了人耳对声音频率的感知非线性。 感知线性预测(Perceptual Linear Prediction, PLP): 另一种重要的声学特征,它在 MFCCs 的基础上进一步考虑了人耳的听觉特性,例如掩蔽效应。 其他特征探讨: 简要介绍一些其他具有代表性的特征,如线性预测倒谱系数(LPCCs)、声学特征的维度及其意义。 第二篇:机器学习的浪潮——从统计模型到神经网络的演进 在本篇中,我们将回顾语音识别领域从传统统计机器学习方法到现代深度学习方法的发展脉络。理解这些演进过程,有助于我们更深刻地理解深度学习为何能在语音识别领域取得如此辉煌的成就。 统计建模的时代: 在深度学习兴起之前,隐马尔可夫模型(Hidden Markov Models, HMMs)与高斯混合模型(Gaussian Mixture Models, GMMs)的组合是语音识别的主流技术。我们将详细阐述: 高斯混合模型(GMMs): 如何用多个高斯分布的叠加来描述不同音素的声学特征分布。 隐马尔可夫模型(HMMs): 如何将语音的产生过程建模为一个状态序列,其中每个状态对应一个音素或音素的一部分,而状态之间的转移概率和当前状态下发出特定观测(声学特征)的概率则由模型参数定义。 HMM-GMM框架下的语音识别流程: 介绍如何通过Viterbi算法等解码器,结合语言模型,从声学模型输出的概率序列中寻找最优的词语序列。 GMM-HMM的局限性: 分析其在捕捉语音信号的非线性、上下文相关性以及处理长时依赖性方面的不足。 神经网络的崛起: 随着计算能力的提升和算法的进步,神经网络开始在语音识别领域崭露头角。 多层感知机(MLPs)的应用: 介绍MLPs如何作为HMM-GMM框架中的声学模型,替代GMM来预测状态概率,从而提高识别精度。 深度神经网络(DNNs)的突破: 深入探讨堆叠更多隐藏层带来的“深度”优势,理解深度网络如何学习更抽象、更具判别力的声学特征。 卷积神经网络(CNNs)的引入: 分析CNNs如何利用其卷积核的特性,在频谱图等二维数据上捕捉局部空间相关性,有效地提取语音信号中的时频模式。 循环神经网络(RNNs)的强大能力: 重点介绍RNNs及其变体(如长短期记忆网络LSTM和门控循环单元GRU)在处理序列数据方面的优势。我们将详细解释RNNs的循环连接如何使其能够“记忆”历史信息,从而捕捉语音信号的时序依赖性,这对语音识别至关重要。 第三篇:深度学习的革命——构建现代语音识别系统 本篇将聚焦于当前主流的深度学习语音识别模型,深入剖析其架构、训练方法和核心技术。我们将重点介绍端到端(End-to-End)模型的兴起,以及它们如何简化识别流程,进一步提升性能。 端到端(End-to-End)语音识别模型: 概念与优势: 解释端到端模型如何将声学建模、发音词典和语言建模融合到一个统一的深度网络中,避免了传统模型中繁琐的模块划分和手工特征工程。 CTC(Connectionist Temporal Classification): 详细介绍CTC的原理,包括其引入的blank符号和损失函数的设计,如何解决语音识别中输入序列和输出序列长度不匹配的问题,以及它在无监督对齐方面的作用。 Attention机制: 深入解析Attention机制在语音识别中的应用,特别是其如何允许模型在生成输出序列的每一步,动态地关注输入序列中的相关部分。我们将探讨自注意力(Self-Attention)在Transformer模型中的重要性。 Encoder-Decoder模型: 介绍基于Encoder-Decoder架构的序列到序列(Seq2Seq)模型,如Listen, Attend and Spell (LAS),以及它们如何通过编码器将语音信息编码为中间表示,再通过解码器生成文本序列。 Transformer模型: 详细介绍Transformer模型在语音识别领域的突破性应用,包括其纯粹基于Attention的架构(如Conformer),以及它如何并行处理序列,有效捕捉长距离依赖,并取得优异的性能。 混合模型: 讨论一些结合了传统模型和深度学习模型的混合方法,以及它们在特定场景下的优势。 训练与优化: 大规模数据集的构建与使用: 讨论训练高性能语音识别模型所需的海量标注语音数据,以及数据增强(Data Augmentation)技术(如速度扰动、增益调整、加入噪声等)在提升模型鲁棒性方面的作用。 损失函数的设计: 除了CTC损失,还将探讨其他用于端到端模型训练的损失函数,以及它们对模型收敛和性能的影响。 优化器与学习率调度: 介绍常用的优化算法(如Adam, SGD),以及学习率衰减策略对模型训练稳定性和最终性能的重要性。 模型正则化技术: 探讨Dropout、Batch Normalization等正则化技术如何防止模型过拟合,提高泛化能力。 后处理与语言模型: 解码算法: 介绍束搜索(Beam Search)等解码算法,如何从模型输出的概率分布中找到最可能的输出序列。 语言模型的作用: 即使是端到端模型,语言模型在提升识别准确率方面仍然发挥着关键作用。我们将探讨如何将预训练的语言模型(如BERT, GPT系列)与语音识别模型进行融合,以利用文本序列的先验知识。 形式化与非形式化语言模型: 简要介绍N-gram语言模型,以及统计语言模型和神经网络语言模型的区别与联系。 第四篇:走向智能的未来——语音识别的应用与前沿 在掌握了深度学习语音识别的核心技术后,本篇将展望其在现实世界中的广泛应用,并探讨该领域未来的发展趋势和挑战。 语音识别的广泛应用: 智能助手与语音交互: 如智能音箱、手机语音助手等,极大地改变了人机交互的方式。 语音输入与文本创作: 提高文字输入的效率,解放双手。 语音搜索与信息获取: 更加便捷地查找信息。 听写与会议记录: 自动将语音转换为文字,提高工作效率。 无障碍技术: 为听障人士提供语音交流的便利。 电话客服与呼叫中心: 自动化处理部分客户请求。 语音情感分析与识别: 结合语音信号的细微变化,分析说话者的情感状态。 医疗健康领域: 医生口述病历,辅助诊断等。 教育领域: 语言学习辅助,口语评测等。 面临的挑战与前沿研究方向: 噪声鲁棒性: 如何在嘈杂环境中依然保持高识别率。 远场语音识别: 如何处理距离麦克风较远的语音信号。 说话人相关性: 如何处理不同口音、语速、音调的说话人。 低资源语言识别: 如何为数据稀缺的语言构建有效的识别系统。 实时性要求: 在保证高精度的前提下,实现更快的识别速度。 方言与口音的处理: 如何更有效地识别和区分不同地区、不同风格的方言和口音。 跨语言语音识别: 实现一种语言到另一种语言的直接语音转换。 可解释性与鲁棒性: 提高深度学习模型的透明度,增强其在对抗性攻击下的鲁棒性。 语音合成与语音识别的融合: 构建更自然的语音交互系统。 通过对本书内容的深入学习,读者将能够从根本上理解语音信号的特性,掌握构建和优化现代深度学习语音识别系统的关键技术,并对该领域未来的发展方向有一个清晰的认识。本书的目标是赋能读者,使其能够自信地参与到语音技术的探索与实践中,洞悉语音世界的脉络,解锁智能交互的无限可能。

用户评价

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《解析深度学习:语音识别实践》这本书,对于我这样的非科班出身,又想在语音识别领域深耕的开发者来说,简直是一场及时雨。它没有用过于晦涩难懂的数学语言去吓退读者,而是从最基础的概念讲起,循序渐进地引导我们进入深度学习的世界。尤其是对语音信号处理的部分,作者花了很大的篇幅去讲解,比如如何进行采样、分帧、加窗,以及各种特征提取方法(MFCC, Fbank等),这为理解后续的深度学习模型打下了坚实的基础。书中对语音识别常用数据集的介绍和处理方法也十分详尽,这对于我们准备和训练模型至关重要。更重要的是,它不仅仅是介绍了模型,而是将模型与实际应用场景紧密结合。例如,在讲解端到端模型时,它会详细说明如何处理词错误率(WER)等评估指标,以及如何进行模型调优以提升实际的识别效果。书中提供的代码示例,不仅易于理解,而且可以直接运行,这大大降低了学习成本,让我们可以快速上手,做出自己的原型。它是一本真正能够帮助我们“做出来”的书,而非仅仅“看懂”的书。

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在我翻开《解析深度学习:语音识别实践》之前,我对深度学习在语音识别上的应用,总是感觉隔着一层模糊的面纱,知道它厉害,但具体如何实现,总觉得不得其法。《解析深度学习:语音识别实践》就像一把钥匙,直接打开了这扇门。作者以一种非常直观的方式,将抽象的算法概念与具体的语音识别任务相结合。例如,在讲解声学模型时,它不仅仅是罗列公式,而是通过实际的Python代码,一步步展示如何从原始音频信号提取梅尔频率倒谱系数(MFCC),如何构建端到端的声学模型,以及如何进行高效的训练。更令人惊喜的是,书中对语言模型和解码器的部分也做了深入的探讨,这对于构建一个完整的语音识别系统至关重要。我之前总觉得这些部分很难理解,但书中通过图文并茂的方式,结合了N-gram模型、RNNLM,甚至最新的Attention机制,将整个流程梳理得井井有条。读完后,我不仅对语音识别的整体框架有了清晰的认知,更重要的是,我能够信心满满地着手去实现自己的语音识别项目了,这种从“知道”到“做到”的飞跃,是这本书最大的价值所在。

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当我开始阅读《解析深度学习:语音识别实践》时,我本以为会是一本纯粹的算法理论书籍,但事实证明,我错了,而且错得很彻底。这本书的魅力在于它对“实践”二字的极致追求。它不仅仅是讲解深度学习模型,更是将这些模型置于真实的语音识别场景中进行演练。从数据预处理的每一个细节,到模型训练中的各种技巧,再到最终的部署和优化,书中都给出了非常详尽的指导。我印象最深刻的是关于模型鲁棒性的讨论,作者深入分析了在真实语音环境下,噪声、口音、语速变化等因素对识别准确率的影响,并提出了相应的解决方案,例如数据增强、对抗训练等。这些都是在实验室环境里很难遇到的挑战,但书中提供的实践方法,让我对如何构建一个在复杂环境中依然表现出色的语音识别系统有了全新的认识。此外,书中对不同模型的优劣势分析也非常到位,能够帮助读者根据实际需求选择最合适的模型,而不是盲目跟风。这本书真正做到了理论与实践的完美结合,是我近期读过的最富有启发性的一本书。

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这本《解析深度学习:语音识别实践》真是让我耳目一新,尽管我对深度学习领域算不上是新手,但这本书在“实践”二字上的用力之深,远超我的预期。它没有流于泛泛而谈的理论堆砌,而是把复杂的深度学习模型,特别是与语音识别紧密相关的那些,拆解得如同拆积木一样清晰。从基础的神经网络结构,到更高级的循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU),再到近年来大放异彩的Transformer架构,书中都通过丰富的代码示例和循序渐进的讲解,让读者能够亲手搭建、训练和调试这些模型。我特别喜欢它对于数据集处理、特征提取、模型评估以及超参数调优等关键环节的详细阐述,这些都是在实际项目中绕不开的难点,但这本书给出了切实可行的解决方案。尤其是在模型优化方面,书中深入剖析了各种常见的训练技巧和正则化方法,并结合语音识别的特点进行了优化,这对于想要将理论知识转化为实际应用的研究者和工程师来说,无疑是一本宝贵的实战指南。它不仅仅是教你“怎么做”,更在于让你理解“为什么这么做”,这种深度和广度,确实让我受益匪浅。

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说实话,市面上关于深度学习的书籍浩如烟海,但真正能够兼顾理论深度与工程实践的,并不多见。《解析深度学习:语音识别实践》这本书,绝对是其中的佼佼者。它以语音识别为核心切入点,将深度学习的强大能力展现得淋漓尽致。书中对各种主流的语音识别模型,如GMM-HMM(作为铺垫)、DNN-HMM,以及近年来占据主导地位的端到端模型(CTC, RNN-Transducer, Attention-based Encoder-Decoder)都进行了详尽的介绍。我特别欣赏作者在解释这些模型时,能够从数学原理出发,然后自然地过渡到模型架构的设计,再到具体的代码实现。每一章节都像是经过精心设计的课程,让我在不知不觉中就掌握了新的知识。书中的代码示例质量很高,直接可以用在实际的项目中,并且作者还非常贴心地指出了可能遇到的问题和解决思路。对于我这种需要将理论知识快速应用于实际工作中的人来说,这本书的实用价值不言而喻。它不仅提供了“做什么”,更提供了“如何做”以及“为什么这么做”,大大缩短了从学习到应用的距离。

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书质量很不错,我很喜欢该书作者和内容。京东快递给力!

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囤了很多本,6.1买的,价格很实惠

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书挺好的,讲的挺清楚,适合初学者

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看上去应该是正版。。。。。。。。。。。

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买了一堆书,也不知道哪个是真正想买的,反正是凑满减券凑了好几本,京东营销做的不错

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挺好的,值得购买一看

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书籍很好,很喜欢!!!!!

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在京东买了很多书,都非常不错,信赖京东自营!

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发货快,很小很薄,好好拜读了以后再来评价。六一八存书季,买了4000多块钱的书。感谢京东

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