使用NVIDIA NeMo進行文本規(guī)范化和反向文本規(guī)范化

文本規(guī)范化（ TN ）將文本從書面形式轉(zhuǎn)換為口頭形式，是文本到語音（ TTS ）之前的一個重要預(yù)處理步驟。 TN 確保 TTS 可以處理所有輸入文本，而不會跳過未知符號。例如，“ 123 美元”轉(zhuǎn)換為“一百二十三美元”

反向文本規(guī)范化（ ITN ）是自動語音識別（ ASR ）后處理管道的一部分。 ITN 將 ASR 模型輸出轉(zhuǎn)換為書面形式，以提高文本可讀性。例如， ITN 模塊將 ASR 模型轉(zhuǎn)錄的“ 123 美元”替換為“ 123 美元?！?/p>

ITN 不僅提高了可讀性，還提高了下游任務(wù)（如神經(jīng)機器翻譯或命名實體識別）的性能，因為這些任務(wù)在訓(xùn)練期間使用書面文本。

圖 1.會話 AI 管道中的 TN 和 ITN

TN 和 ITN 任務(wù)面臨幾個挑戰(zhàn)：

標(biāo)記的數(shù)據(jù)稀缺且難以收集。

由于 TN 和 ITN 錯誤會級聯(lián)到后續(xù)模型，因此對不可恢復(fù)錯誤的容忍度較低。改變輸入語義的 TN 和 ITN 錯誤稱為不可恢復(fù)。

TN 和 ITN 系統(tǒng)支持多種 semiotic classes ，即口語形式不同于書面形式的單詞或標(biāo)記，需要規(guī)范化。例如日期、小數(shù)、基數(shù)、度量等。

許多最先進的 TN systems in production 仍然使用 加權(quán)有限狀態(tài)傳感器 （ WFST ）基于規(guī)則。 WFST 是 finite-state machines 的一種形式，用于繪制正則語言（或 regular expressions ）之間的關(guān)系。對于這篇文章，它們可以由兩個主要屬性定義：

用于文本替換的已接受輸入和輸出表達式之間的映射

直接圖遍歷的路徑加權(quán)

如果存在歧義，則選擇權(quán)重總和最小的路徑。在圖 2 中，“二十三”被轉(zhuǎn)換為“ 23 ”而不是“ 203 ”

圖 2.輸入“二十三”的 WFST 格子

目前， NVIDIA NeMo 為 TN 和 ITN 系統(tǒng)提供以下選項：

Context-independent WFST-based TN and ITN grammars

Context-aware WFST-based grammars + neural LM for TN

Audio-based TN for speech datasets creation

Neural TN and ITN

基于 WFST 的語法（系統(tǒng) 1 、 2 和 3 ）

NeMo 文本處理包是一個 Python 框架，它依賴于 Python 包 Pynini 來編寫和編譯規(guī)范化語法。有關(guān)最新支持的語言的更多信息，請參閱 Language Support Matrix 。有關(guān)如何擴展或添加語言語法的更多信息，請參閱 語法定制 。

Pynini 是一個構(gòu)建在 OpenFst 之上的工具包，它支持將語法導(dǎo)出到 OpenFST Archive File （FAR） 中（圖 3 ）。 FAR 文件可以在基于 Sparrowhawk 的 C ++生產(chǎn)框架中使用。

圖 3. NeMo 反向文本規(guī)范化開發(fā)和部署示意圖

我們最初版本的 TN / ITN 系統(tǒng)# 1 沒有考慮上下文，因為這會使規(guī)則更加復(fù)雜，這需要廣泛的語言知識，并降低延遲。如果輸入不明確，例如，與“ 1 / 4 個杯子”相比，“火車在 1 / 4 上出發(fā)”中的“ 1 / 4 ”，則系統(tǒng)# 1 會在不考慮上下文的情況下確定地選擇歸一化。

該系統(tǒng)擴展了系統(tǒng)# 1 ，并在規(guī)范化期間合并了上下文。在上下文不明確的情況下，系統(tǒng)輸出多個規(guī)范化選項，使用預(yù)處理語言模型使用 Masked Language Model Scoring 重新搜索（圖 4 ）。

圖 4.WFST + LM 淺熔管線

WFST 生成所有可能的標(biāo)準(zhǔn)化表格，并為每個選項分配權(quán)重。

修剪權(quán)重高于閾值“ 401.2 ”的標(biāo)準(zhǔn)化選項。在本例中，我們刪除了“ 1 / 4 ”。它的權(quán)重更高，因為它沒有完全歸一化。

LM 重新排序在其余選項中選擇了最佳選項。

這種方法類似于 ASR 的淺層融合，并結(jié)合了基于規(guī)則和神經(jīng)系統(tǒng)的優(yōu)點。 WFST 仍然限制了不可恢復(fù)的錯誤，而神經(jīng)語言模型在不需要大量規(guī)則或難以獲取數(shù)據(jù)的情況下解決了上下文模糊性。有關(guān)詳細信息，請參閱 Text normalization 。

表 1 比較了 WFST + LM 方法在句子準(zhǔn)確性方面與之前的系統(tǒng)# 1 （ DetWFST ）和三個數(shù)據(jù)集上的純神經(jīng)系統(tǒng)（ Duplex ）。在本文后面，我們將提供有關(guān)系統(tǒng)# 4 的更多詳細信息。

總的來說， WFST + LM 模型是最有效的，特別是在 EngConf 上，這是一個具有模糊示例的自收集數(shù)據(jù)集。

圖 5 顯示了這三種方法對錯誤的敏感性。雖然神經(jīng)方法受不可恢復(fù)錯誤（如幻覺或遺漏）的影響最大，但 WFST + LM 受這些錯誤和類歧義的影響最小。

圖 5.上下文無關(guān)的 WFST 、 Duplex 和 WFST + LM 系統(tǒng)的錯誤模式

基于音頻的 TN （系統(tǒng) 3 ）

在創(chuàng)建新的語音數(shù)據(jù)集時，文本規(guī)范化也很有用。例如，“六二七”和“六二十七”都是“ 627 ”的有效規(guī)范化選項。但是，您必須選擇最能反映相應(yīng)音頻中實際內(nèi)容的選項?；谝纛l的文本規(guī)范化提供了此類功能（圖 6 ）。

圖 6.基于音頻的標(biāo)準(zhǔn)化分辨率示例

神經(jīng) TN 和 ITN 模型（系統(tǒng) 4 ）

與基于規(guī)則的系統(tǒng)相比，神經(jīng)系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢是，如果存在新語言的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，那么它們很容易擴展?；谝?guī)則的系統(tǒng)需要花費大量精力來創(chuàng)建，并且由于組合爆發(fā)，可能會在某些輸入上工作緩慢。

作為 WFST 解決方案的替代方案， NeMo 為 TN / ITN 提供了 seq2seq Duplex 模型，為 ITN 提供了基于標(biāo)記器的神經(jīng)模型。

雙重 TN 和 ITN

Duplex TN and ITN 是一個基于神經(jīng)的系統(tǒng)，可以同時進行 TN 和 ITN 。在較高的層次上，該系統(tǒng)由兩個組件組成：

DuplexTaggerModel： 基于 transformer 的標(biāo)記器，用于識別輸入中的符號跨度（例如，關(guān)于時間、日期或貨幣金額的跨度）。

DuplexDecoderModel ：基于變壓器的 seq2seq 模型，用于將符號跨度解碼為適當(dāng)?shù)男问剑ɡ纾?TN 的口語形式和 ITN 的書面形式）。

術(shù)語“雙工”指的是這樣一個事實，即該系統(tǒng)可以訓(xùn)練為同時執(zhí)行 TN 和 ITN 。但是，您也可以專門針對其中一項任務(wù)對系統(tǒng)進行培訓(xùn)。

圖特莫斯塔格

雙工模型是一種順序到順序模型。不幸的是，這種神經(jīng)模型容易產(chǎn)生幻覺，從而導(dǎo)致無法恢復(fù)的錯誤。

Thutmose Tagger 模型將 ITN 視為一項標(biāo)記任務(wù)，并緩解了幻覺問題（圖 7 和 8 ）。 Thutmose 是一個單通道令牌分類器模型，它為每個輸入令牌分配一個替換片段，或?qū)⑵錁?biāo)記為刪除或復(fù)制而不做更改。

NeMo 提供了一種基于 ITN 示例粒度對齊的數(shù)據(jù)集準(zhǔn)備方法。該模型在谷歌文本規(guī)范化數(shù)據(jù)集上進行訓(xùn)練，并在英語和俄語測試集上實現(xiàn)了最先進的句子準(zhǔn)確性。

表 2 和表 3 總結(jié)了兩個指標(biāo)的評估結(jié)果：

Sentence accuracy ：將每個預(yù)測與參考的多個可能變體相匹配的自動度量。所有錯誤分為兩組：數(shù)字錯誤和其他錯誤。當(dāng)至少有一個數(shù)字與最接近的參考變量不同時，會發(fā)生數(shù)字錯誤。其他錯誤意味著預(yù)測中存在非數(shù)字錯誤，例如標(biāo)點符號或字母不匹配。

Word error rate （ WER ）： ASR 中常用的自動度量。

d- BERT 代表蒸餾 BERT 。
默認值是默認的 Google 文本規(guī)范化測試集。
Hard 是一個測試集，每個符號類至少有 1000 個樣本。

標(biāo)簽和輸入詞之間的一對一對應(yīng)提高了模型預(yù)測的可解釋性，簡化了調(diào)試，并支持后期處理更正。該模型比序列到序列模型更簡單，更容易在生產(chǎn)設(shè)置中進行優(yōu)化。

圖 7.ITN 作為標(biāo)記：推理示例

輸入單詞的序列由基于 BERT 的標(biāo)記分類器處理，給出輸出標(biāo)記序列。簡單的確定性后處理提供最終輸出。

圖 8.錯誤示例：（左） Thutmose tagger ，（右） Duplex 模型

結(jié)論

文本規(guī)范化和反向文本規(guī)范化對于會話系統(tǒng)至關(guān)重要，并極大地影響用戶體驗。本文結(jié)合 WFST 和預(yù)處理語言模型的優(yōu)點，介紹了一種處理 TN 任務(wù)的新方法，以及一種處理 ITN 任務(wù)的基于神經(jīng)標(biāo)記的新方法。

關(guān)于作者

Yang Zhang 是英偉達人工智能應(yīng)用集團的一名深度學(xué)習(xí)軟件工程師。她目前的重點是自然語言處理、對話管理和文本（去規(guī)范化）。在過去，她一直致力于大型 ASR 模型和語言模型預(yù)培訓(xùn)的可擴展培訓(xùn)。她在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)獲得機器學(xué)習(xí)碩士學(xué)位，在德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院獲得計算機科學(xué)學(xué)士學(xué)位。

Evelina Bakhturina 是 Nvidia 的一個深學(xué)習(xí)應(yīng)用科學(xué)家，專注于自然語言處理任務(wù)和英偉達 NeMo 框架。她畢業(yè)于紐約大學(xué)，獲得數(shù)據(jù)科學(xué)碩士學(xué)位

Alexandra Antonova 是 NVIDIA Conversational AI 團隊（ NeMo ）的高級研究科學(xué)家，致力于 ASR 模型。她在莫斯科國立大學(xué)學(xué)習(xí)理論和應(yīng)用語言學(xué)，在莫斯科物理技術(shù)學(xué)院深造。在加入 NVIDIA 之前，她曾在幾家俄羅斯科技公司工作。在空閑時間，她喜歡讀書。

審核編輯：郭婷