# 自动语音识别 [[open-in-colab]] 自动语音识别(ASR)将语音信号转换为文本,将一系列音频输入映射到文本输出。 Siri 和 Alexa 这类虚拟助手使用 ASR 模型来帮助用户日常生活,还有许多其他面向用户的有用应用,如会议实时字幕和会议纪要。 本指南将向您展示如何: 1. 在 [MInDS-14](https://huggingface.co/datasets/PolyAI/minds14) 数据集上对 [Wav2Vec2](https://huggingface.co/facebook/wav2vec2-base) 进行微调,以将音频转录为文本。 2. 使用微调后的模型进行推断。 如果您想查看所有与本任务兼容的架构和检查点,最好查看[任务页](https://huggingface.co/tasks/automatic-speech-recognition)。 在开始之前,请确保您已安装所有必要的库: ```bash pip install transformers datasets evaluate jiwer ``` 我们鼓励您登录自己的 Hugging Face 账户,这样您就可以上传并与社区分享您的模型。 出现提示时,输入您的令牌登录: ```py >>> from huggingface_hub import notebook_login >>> notebook_login() ``` ## 加载 MInDS-14 数据集 首先从🤗 Datasets 库中加载 [MInDS-14](https://huggingface.co/datasets/PolyAI/minds14) 数据集的一个较小子集。这将让您有机会先进行实验,确保一切正常,然后再花更多时间在完整数据集上进行训练。 ```py >>> from datasets import load_dataset, Audio >>> minds = load_dataset("PolyAI/minds14", name="en-US", split="train[:100]") ``` 使用 [`~Dataset.train_test_split`] 方法将数据集的 `train` 拆分为训练集和测试集: ```py >>> minds = minds.train_test_split(test_size=0.2) ``` 然后看看数据集: ```py >>> minds DatasetDict({ train: Dataset({ features: ['path', 'audio', 'transcription', 'english_transcription', 'intent_class', 'lang_id'], num_rows: 16 }) test: Dataset({ features: ['path', 'audio', 'transcription', 'english_transcription', 'intent_class', 'lang_id'], num_rows: 4 }) }) ``` 虽然数据集包含 `lang_id `和 `english_transcription` 等许多有用的信息,但在本指南中, 您将专注于 `audio` 和 `transcription`。使用 [`~datasets.Dataset.remove_columns`] 方法删除其他列: ```py >>> minds = minds.remove_columns(["english_transcription", "intent_class", "lang_id"]) ``` 再看看示例: ```py >>> minds["train"][0] {'audio': {'array': array([-0.00024414, 0. , 0. , ..., 0.00024414, 0.00024414, 0.00024414], dtype=float32), 'path': '/root/.cache/huggingface/datasets/downloads/extracted/f14948e0e84be638dd7943ac36518a4cf3324e8b7aa331c5ab11541518e9368c/en-US~APP_ERROR/602ba9e2963e11ccd901cd4f.wav', 'sampling_rate': 8000}, 'path': '/root/.cache/huggingface/datasets/downloads/extracted/f14948e0e84be638dd7943ac36518a4cf3324e8b7aa331c5ab11541518e9368c/en-US~APP_ERROR/602ba9e2963e11ccd901cd4f.wav', 'transcription': "hi I'm trying to use the banking app on my phone and currently my checking and savings account balance is not refreshing"} ``` 有 2 个字段: - `audio`:由语音信号形成的一维 `array`,用于加载和重新采样音频文件。 - `transcription`:目标文本。 ## 预处理 下一步是加载一个 Wav2Vec2 处理器来处理音频信号: ```py >>> from transformers import AutoProcessor >>> processor = AutoProcessor.from_pretrained("facebook/wav2vec2-base") ``` MInDS-14 数据集的采样率为 8000kHz(您可以在其[数据集卡片](https://huggingface.co/datasets/PolyAI/minds14)中找到此信息), 这意味着您需要将数据集重新采样为 16000kHz 以使用预训练的 Wav2Vec2 模型: ```py >>> minds = minds.cast_column("audio", Audio(sampling_rate=16_000)) >>> minds["train"][0] {'audio': {'array': array([-2.38064706e-04, -1.58618059e-04, -5.43987835e-06, ..., 2.78103951e-04, 2.38446111e-04, 1.18740834e-04], dtype=float32), 'path': '/root/.cache/huggingface/datasets/downloads/extracted/f14948e0e84be638dd7943ac36518a4cf3324e8b7aa331c5ab11541518e9368c/en-US~APP_ERROR/602ba9e2963e11ccd901cd4f.wav', 'sampling_rate': 16000}, 'path': '/root/.cache/huggingface/datasets/downloads/extracted/f14948e0e84be638dd7943ac36518a4cf3324e8b7aa331c5ab11541518e9368c/en-US~APP_ERROR/602ba9e2963e11ccd901cd4f.wav', 'transcription': "hi I'm trying to use the banking app on my phone and currently my checking and savings account balance is not refreshing"} ``` 如您在上面的 `transcription` 中所看到的,文本包含大小写字符的混合。 Wav2Vec2 分词器仅训练了大写字符,因此您需要确保文本与分词器的词汇表匹配: ```py >>> def uppercase(example): ... return {"transcription": example["transcription"].upper()} >>> minds = minds.map(uppercase) ``` 现在创建一个预处理函数,该函数应该: 1. 调用 `audio` 列以加载和重新采样音频文件。 2. 从音频文件中提取 `input_values` 并使用处理器对 `transcription` 列执行 tokenizer 操作。 ```py >>> def prepare_dataset(batch): ... audio = batch["audio"] ... batch = processor(audio["array"], sampling_rate=audio["sampling_rate"], text=batch["transcription"]) ... batch["input_length"] = len(batch["input_values"][0]) ... return batch ``` 要在整个数据集上应用预处理函数,可以使用🤗 Datasets 的 [`~datasets.Dataset.map`] 函数。 您可以通过增加 `num_proc` 参数来加速 `map` 的处理进程数量。 使用 [`~datasets.Dataset.remove_columns`] 方法删除不需要的列: ```py >>> encoded_minds = minds.map(prepare_dataset, remove_columns=minds.column_names["train"], num_proc=4) ``` 🤗 Transformers 没有用于 ASR 的数据整理器,因此您需要调整 [`DataCollatorWithPadding`] 来创建一个示例批次。 它还会动态地将您的文本和标签填充到其批次中最长元素的长度(而不是整个数据集),以使它们具有统一的长度。 虽然可以通过在 `tokenizer` 函数中设置 `padding=True` 来填充文本,但动态填充更有效。 与其他数据整理器不同,这个特定的数据整理器需要对 `input_values` 和 `labels `应用不同的填充方法: ```py >>> import torch >>> from dataclasses import dataclass, field >>> from typing import Any, Dict, List, Optional, Union >>> @dataclass ... class DataCollatorCTCWithPadding: ... processor: AutoProcessor ... padding: Union[bool, str] = "longest" ... def __call__(self, features: List[Dict[str, Union[List[int], torch.Tensor]]]) -> Dict[str, torch.Tensor]: ... # split inputs and labels since they have to be of different lengths and need ... # different padding methods ... input_features = [{"input_values": feature["input_values"][0]} for feature in features] ... label_features = [{"input_ids": feature["labels"]} for feature in features] ... batch = self.processor.pad(input_features, padding=self.padding, return_tensors="pt") ... labels_batch = self.processor.pad(labels=label_features, padding=self.padding, return_tensors="pt") ... # replace padding with -100 to ignore loss correctly ... labels = labels_batch["input_ids"].masked_fill(labels_batch.attention_mask.ne(1), -100) ... batch["labels"] = labels ... return batch ``` 现在实例化您的 `DataCollatorForCTCWithPadding`: ```py >>> data_collator = DataCollatorCTCWithPadding(processor=processor, padding="longest") ``` ## 评估 在训练过程中包含一个指标通常有助于评估模型的性能。 您可以通过🤗 [Evaluate](https://huggingface.co/docs/evaluate/index) 库快速加载一个评估方法。 对于这个任务,加载 [word error rate](https://huggingface.co/spaces/evaluate-metric/wer)(WER)指标 (请参阅🤗 Evaluate [快速上手](https://huggingface.co/docs/evaluate/a_quick_tour)以了解如何加载和计算指标): ```py >>> import evaluate >>> wer = evaluate.load("wer") ``` 然后创建一个函数,将您的预测和标签传递给 [`~evaluate.EvaluationModule.compute`] 来计算 WER: ```py >>> import numpy as np >>> def compute_metrics(pred): ... pred_logits = pred.predictions ... pred_ids = np.argmax(pred_logits, axis=-1) ... pred.label_ids[pred.label_ids == -100] = processor.tokenizer.pad_token_id ... pred_str = processor.batch_decode(pred_ids) ... label_str = processor.batch_decode(pred.label_ids, group_tokens=False) ... wer = wer.compute(predictions=pred_str, references=label_str) ... return {"wer": wer} ``` 您的 `compute_metrics` 函数现在已经准备就绪,当您设置好训练时将返回给此函数。 ## 训练 如果您不熟悉使用[`Trainer`]微调模型,请查看这里的基本教程[here](../training#train-with-pytorch-trainer)! 现在您已经准备好开始训练您的模型了!使用 [`AutoModelForCTC`] 加载 Wav2Vec2。 使用 `ctc_loss_reduction` 参数指定要应用的减少方式。通常最好使用平均值而不是默认的求和: ```py >>> from transformers import AutoModelForCTC, TrainingArguments, Trainer >>> model = AutoModelForCTC.from_pretrained( ... "facebook/wav2vec2-base", ... ctc_loss_reduction="mean", ... pad_token_id=processor.tokenizer.pad_token_id, ) ``` 此时,只剩下 3 个步骤: 1. 在 [`TrainingArguments`] 中定义您的训练参数。唯一必需的参数是 `output_dir`,用于指定保存模型的位置。 您可以通过设置 `push_to_hub=True` 将此模型推送到 Hub(您需要登录到 Hugging Face 才能上传您的模型)。 在每个 epoch 结束时,[`Trainer`] 将评估 WER 并保存训练检查点。 2. 将训练参数与模型、数据集、分词器、数据整理器和 `compute_metrics` 函数一起传递给 [`Trainer`]。 3. 调用 [`~Trainer.train`] 来微调您的模型。 ```py >>> training_args = TrainingArguments( ... output_dir="my_awesome_asr_mind_model", ... per_device_train_batch_size=8, ... gradient_accumulation_steps=2, ... learning_rate=1e-5, ... warmup_steps=500, ... max_steps=2000, ... gradient_checkpointing=True, ... fp16=True, ... group_by_length=True, ... eval_strategy="steps", ... per_device_eval_batch_size=8, ... save_steps=1000, ... eval_steps=1000, ... logging_steps=25, ... load_best_model_at_end=True, ... metric_for_best_model="wer", ... greater_is_better=False, ... push_to_hub=True, ... ) >>> trainer = Trainer( ... model=model, ... args=training_args, ... train_dataset=encoded_minds["train"], ... eval_dataset=encoded_minds["test"], ... tokenizer=processor, ... data_collator=data_collator, ... compute_metrics=compute_metrics, ... ) >>> trainer.train() ``` 训练完成后,使用 [`~transformers.Trainer.push_to_hub`] 方法将您的模型分享到 Hub,方便大家使用您的模型: ```py >>> trainer.push_to_hub() ``` 要深入了解如何微调模型进行自动语音识别, 请查看这篇博客[文章](https://huggingface.co/blog/fine-tune-wav2vec2-english)以了解英语 ASR, 还可以参阅[这篇文章](https://huggingface.co/blog/fine-tune-xlsr-wav2vec2)以了解多语言 ASR。 ## 推断 很好,现在您已经微调了一个模型,您可以用它进行推断了! 加载您想要运行推断的音频文件。请记住,如果需要,将音频文件的采样率重新采样为与模型匹配的采样率! ```py >>> from datasets import load_dataset, Audio >>> dataset = load_dataset("PolyAI/minds14", "en-US", split="train") >>> dataset = dataset.cast_column("audio", Audio(sampling_rate=16000)) >>> sampling_rate = dataset.features["audio"].sampling_rate >>> audio_file = dataset[0]["audio"]["path"] ``` 尝试使用微调后的模型进行推断的最简单方法是使用 [`pipeline`]。 使用您的模型实例化一个用于自动语音识别的 `pipeline`,并将您的音频文件传递给它: ```py >>> from transformers import pipeline >>> transcriber = pipeline("automatic-speech-recognition", model="stevhliu/my_awesome_asr_minds_model") >>> transcriber(audio_file) {'text': 'I WOUD LIKE O SET UP JOINT ACOUNT WTH Y PARTNER'} ``` 转录结果还不错,但可以更好!尝试用更多示例微调您的模型,以获得更好的结果! 如果您愿意,您也可以手动复制 `pipeline` 的结果: 加载一个处理器来预处理音频文件和转录,并将 `input` 返回为 PyTorch 张量: ```py >>> from transformers import AutoProcessor >>> processor = AutoProcessor.from_pretrained("stevhliu/my_awesome_asr_mind_model") >>> inputs = processor(dataset[0]["audio"]["array"], sampling_rate=sampling_rate, return_tensors="pt") ``` 将您的输入传递给模型并返回 logits: ```py >>> from transformers import AutoModelForCTC >>> model = AutoModelForCTC.from_pretrained("stevhliu/my_awesome_asr_mind_model") >>> with torch.no_grad(): ... logits = model(**inputs).logits ``` 获取具有最高概率的预测 `input_ids`,并使用处理器将预测的 `input_ids` 解码回文本: ```py >>> import torch >>> predicted_ids = torch.argmax(logits, dim=-1) >>> transcription = processor.batch_decode(predicted_ids) >>> transcription ['I WOUL LIKE O SET UP JOINT ACOUNT WTH Y PARTNER'] ```