Facebook 臉書最新TTS系統可只用CPU即時生成語音
Facebook 臉書最新TTS系統可只用CPU即時生成語音
News from: iThome & Facebook AI
過去需要在GPU或是專用硬體，才能即時生成語音，臉書新的文字轉語音（TTS）系統只要用CPU，就能在不減損音質的條件下即時生成語音。臉書部署了最新的文字轉語音（TTS）系統，除了能維持既有的音訊品質之外，其語音生成速度比基準快了160倍，而且更特別的是，整個服務都是使用一般的CPU進行運算，不需要用到GPU或是專用的硬體。
Web site: https://ai.facebook.com/blog/a-highly-efficient-real-time-text-to-speech-system-deployed-on-cpus/
臉書提到，為了產生相似人的聲音，光一秒鐘的語音，文字轉語音系統可能就需要輸出24,000個樣本，有時候甚至需要更多，由於新興的模型，其大小和複雜性越來越高，因此也需要更大量的運算能力，而這些運算通常會放到GPU或是專用硬體上來加速運算。
而臉書新的文字轉語音系統則經過模型最佳化，利用一般的CPU進行運算，就能即時產生語音，臉書提到，這個系統具有高靈活性，可創建和擴展更人性化和更具表達性的語音，並能在應用程式中呈現更好的語音效果，目前這個新系統被應用在臉書的視訊通話裝置Portal上，可以讓其上的應用程式提供閱讀和虛擬實境等語音應用。
這個系統主要由4個主要部分組成，第一部分是將輸入的文字轉換成語言功能序列，輸出像是人類語言中可區別意義的最小單位音位（Phoneme）和句子類型，第二部分是可用來預測節奏和旋律，創建自然語音表現力的韻律模型（Prosody Model），第三是生成語音模型頻譜表示的聲學模型，而最後則是可根據韻律和頻譜特徵，產生24 kHz語音波形的神經聲碼器（Vocoder）。
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過去需要在GPU或是專用硬體，才能即時生成語音，臉書新的文字轉語音（TTS）系統只要用CPU，就能在不減損音質的條件下即時生成語音。臉書部署了最新的文字轉語音（TTS）系統，除了能維持既有的音訊品質之外，其語音生成速度比基準快了160倍，而且更特別的是，整個服務都是使用一般的CPU進行運算，不需要用到GPU或是專用的硬體。
Web site: https://ai.facebook.com/blog/a-highly-efficient-real-time-text-to-speech-system-deployed-on-cpus/
臉書提到，為了產生相似人的聲音，光一秒鐘的語音，文字轉語音系統可能就需要輸出24,000個樣本，有時候甚至需要更多，由於新興的模型，其大小和複雜性越來越高，因此也需要更大量的運算能力，而這些運算通常會放到GPU或是專用硬體上來加速運算。
而臉書新的文字轉語音系統則經過模型最佳化，利用一般的CPU進行運算，就能即時產生語音，臉書提到，這個系統具有高靈活性，可創建和擴展更人性化和更具表達性的語音，並能在應用程式中呈現更好的語音效果，目前這個新系統被應用在臉書的視訊通話裝置Portal上，可以讓其上的應用程式提供閱讀和虛擬實境等語音應用。
這個系統主要由4個主要部分組成，第一部分是將輸入的文字轉換成語言功能序列，輸出像是人類語言中可區別意義的最小單位音位（Phoneme）和句子類型，第二部分是可用來預測節奏和旋律，創建自然語音表現力的韻律模型（Prosody Model），第三是生成語音模型頻譜表示的聲學模型，而最後則是可根據韻律和頻譜特徵，產生24 kHz語音波形的神經聲碼器（Vocoder）。
Neural-based TTS pipeline
We designed a pipeline that efficiently combines four components, each of which focuses on a different aspect of speech, into a powerful and flexible system:
- A linguistic front-end converts input text to a sequence of linguistic features, such as phonemes and sentence type.
- A prosody model that predicts the rhythm and melody to create the expressive qualities of natural speech.
- An acoustic model that generates the spectral representation of the speech.
- A neural vocoder that generates 24 kHz speech waveform conditioned on prosody and spectral features.
臉書提到，神經聲碼器的特性需要按順序生成樣本，而這對於即時合成語音來說是一大障礙。在臉書一開始的實驗，產生音訊的速度約是80 RTF（Real-Time Factor ），也就是單個CPU核心產生1秒鐘的音訊需要花費80秒，但是要在Portal這類的系統上提供即時語音服務，則必須要將速度提升到1 RTF。
為此，臉書對模型進行了一連串的最佳化，包括使用PyTorch JIT，將原先訓練導向的PyTorch設定，轉為預測最佳化環境，並使用經編譯的運算子以及各類張量層級的最佳化，榨出額外的運算加速，而且臉書還透過訓練模型，達到非結構化模型稀疏化，降低預測運算的複雜度，除了4％非零模型參數，臉書實現了96％的非結構化模型稀疏度，這代表模型在不降低音訊品質的情況下，速度運算將提高5倍。
另外，臉書還應用了區塊稀疏化，將非零參數限制在固定大小的區塊，並儲存在連續的記憶體區塊中，因此能夠進一步簡化模型，而這將會使記憶體以緊湊的布局儲存參數資料，並且花費最少的間接尋址時間，大幅提高記憶體頻寬利用率和快取利用率。臉書也將運算負載繁重的運算子，分配到多個CPU核心同時進行處理，進一步提高速度。
最終的文字轉語音系統運用4個CPU核心運算可達0.5 RTF，也就是合成速度是一開始基準的160倍，臉書提到，由於語音助理的應用越來越普及，而且要了讓語音助理與人的互動更加自然，需要應用區域方言個人化系統，因此接下來臉書會借助新的文字轉語音系統的靈活性，在語音產品組合添加更多語言和口音，並讓更小的裝置也能運作這個系統。
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