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发表于 2023-6-11 13:53:10
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的确，几乎所有的事情都值得用 AI 重做一遍。
自 22 年 12 月份 ChatGPT 面世以来，AI 的商业化之路越来越清晰，也已经潜移默化地渗透进我们生活中的方方面面。
但首先我们不用担心 AI 有一天取代人类，甚至会对抗人类。同时，我们要以更谨慎的态度去对待这股 AI 热。——拐点还未到来，AI 的发展道阻且长——它还不能够成为我们信任的伙伴。比如，现阶段的 AI 经常犯事实性错误——将虚假的信息以非常可信、真实的方式表述给用户。一方面因为数据质量不高，另一方面是模型本身的原因。
以语音学为例。语音学里有个分支，叫做自动语言识别（Automatic Speech Recognition）。这项技术能将语音转换为计算机可识别的文字或命令，让人与机器通过对话就能完成交互。科幻片里用寥寥数语就能操控的飞船，钢铁侠的忠实管家贾维斯，甚至我们日常用的 Siri（iPhone 中的语音助手），背后都有这项技术的影子。
但我们发现，基于 CTC（Connectionist Temporal Classification，连接时许分类）模型的语音识别，经常会闹出一些让人啼笑皆非的笑话，比如：我喜欢吃肌肉。人脑之所以暂时还无法被 AI 取代，是因为人类能理解语境，处理上下文——我们一眼就能看出来“我喜欢吃”的后面，是无论如何都不可能跟“肌肉”的。
但 AI 不明白。为什么会这样？
CTC 的原理是基于神经网络模型，在训练过程中通过反向传播来更新模型参数以最小化损失函数。这个算法引入了“空白符”来表示无意义字符或者间隔符号。CTC 适合处理输入输出长度相差较大的数据，如语音识别中将声学特征映射为文本，它具有天然的非自回归解码机制，解码速度相对快很多。但问题在于，CTC 算法设置了条件独立性假设，即 CTC 假设每个时间步的输出之间是独立的。这对语音识别任务来说并不合理，比如“ji rou”这个发音，在不同的上下文中预测的文字内容应该不一样的。如果上文是“我喜欢吃”，接下来“鸡”的概率应该更高，同理如果上文是“他手臂有”，接下来“肌”的概率应该更高。如果通过 CTC 训练，很容易就会在忽略上文的前提下，输出“我喜欢吃肌肉”这样好笑的文本。
从建模的视角来看，CTC 模型仅仅利用输入来预测当下的输出。在它的建模过程中，文本信息仅仅是作为一种监督信号回传给网络，并没有作为网络的输入显式促进模型的预测。
怎么解决？网易智企旗下易盾 AI Lab 发现了这个问题，写了篇论文叫做《Improving CTC-based ASR Models with Gated Interplayer Collaboration（基于 CTC 的模型改进，实现更强的模型结构）》。这篇论文成功被全球语音、声学顶级会议 ICASSP 2023 录用。
在语音学界，被定义为“顶级”的大会一年只有两个，一个是每年 8 月份举办的 INTERSPEECH，另一个就是 ICASSP，而后者更是自 1976 年第一次办会以来，成为各路语音大拿的必争之地——你可以把它理解为语音学界的奥运会。今年是第 48 届 ICASSP 大会，也是疫情后的第一届线下会议，虽然大会官方还未公布最后录用了多少篇论文，但论文投递的数量相较往年上升了 50%，达到了惊人的 6,000+。
能被这样级别的顶会收录的论文，到底提出了怎样的方法，让“我喜欢吃”的“肌肉”变成“鸡肉”？
网易易盾 AI Lab 的技术人员，希望能在保留 CTC 解码效率的同时，尽可能地解决条件独立假设所带来的转译偏差。于是，他们从 CTC 模型本身出发，设计轻量级的模块给基于 CTC 的模型引入文本信息，使得模型能够整合声学和文本信息，学习到文本序列上下文之间的相互作用，从而缓解 CTC 算法的条件独立性假设。但过程中，团队碰到了两个问题：如何在 CTC 模型（Encoder +CTC 结构）里注入文本信息？如何自适应地融合文本特征和声学特征？
为了实现上述目标，易盾 AI Lab 设计了 Gated Interlayer Collaboration（简写为GIC）机制。GIC 模块主要包含一个嵌入层（embedding layer）和一个门控单元（gate unit）。其中，嵌入层用于生成每一音频输入帧的文本信息，门控单元用于自适应地融合文本信息和声学信息。
具体地，团队的方法基于多任务学习（Multi-task Learning）框架，利用编码器模块（Encoder）中间层的输出计算辅助 CTC loss，整个网络的目标函数是最后一层的 CTC loss 和中间层辅助 CTC loss 的加权和。GIC 将网络中间层的预测，即 Softmax 输出的概率分布作为每一帧的软标签，点乘嵌入层矩阵之和作为每一帧的文本表征。最后，生成的文本表征和声学表征通过一个门控单元自适应地融合，成为一个新特征输入到下一层。此时的新特征融合了文本特征和声学特征，使得下一层的 Encoder 模块可以学习到声学序列上下文信息和文本序列上下文信息。整个模型的框架如下图所示：
在 Conformer 和 Transformer 这两个模型上的实验表明：
1. GIC 同时支持汉语和英语的场景识别，同时准确度均取得了显著的性能提升；
2. GIC 模型性能超过了同参数规模的 Attention-based 和 RNN-transducer 模型，并且具有非自回归解码的优势，带来数倍的解码速度提升；
3. 相对原始的 CTC 模型，GIC 在多个开源数据集有远超 10% 的相对性能提升。
Conformer 模型下的结论
Transformer 模型下的结论
GIC 为 CTC 模型的性能带来了很大的提升。相对原始的 CTC 模型，GIC 模块大约带来 2M 的额外参数，其中，计算中间层辅助 CTC loss 所用的线性层与最后一层是共享的，不会带来额外的参数。多个中间层共享嵌入层，带来 256*5000 约等于 1.3M 的参数。除此之外，多个门控单元的参数是 256*256*2*k，合计约 0.6M 的额外参数量。
“我喜欢吃肌肉”不会带来严重的后果，顶多就是被当成个笑话，听过算过。但如果军事指令被误读、外交辞令被误译，后果不堪设想。技术的进步需要从论文落进现实世界，以阻止蝴蝶效应的发生。
论文中提出的 GIC 机制就已经应用在了网易易盾的内容审核业务中。
作为网易智企旗下一站式数字内容风控品牌，易盾长期专注于数字内容安全风控和反垃圾信息的技术研发和创新。其中，针对以声音作为载体的数字内容，易盾提供了多种音频内容审核引擎，包括歌曲、广播、电视节目、直播等各种类型的音频内容，及时检测和过滤含有敏感、违规、低俗，广告内容的语音，从而减少不良内容的社会影响，营造良好的网络环境。
针对有具体语义内容的音频，易盾通过语音识别技术将音频文件中的语音内容转写为文字内容，再利用检测模块分析和处理文本，从而实现对音频内容的自动化审核和过滤。因此，语音识别的准确率与音频内容的审核效率和准确性是息息相关的，会直接影响到客户开展业务的安全与稳定。
如何让语音识别更好地辅助内容审核？如何让识别动作本身也能像人脑一样，根据对语境的理解，以更低的成本给出更准确的答案？论文中的 GIC 在内容审核中的应用取得了显著的效果提升。在实际的应用过程中，需要调试的超参数有两个，分别是多任务学习系数 lambda 和中间层层数 k。在 18 层编码器结构中我们发现 k=5，lambda=0.5 有较好的实验效果。接着，我们会从这个设置开始尝试，不断微调以确定最优的超参数。
这不是易盾 AI Lab 团队第一次获得这样规格的荣誉。
作为网易智企下设的始终走在人工智能研究前沿的技术团队，易盾 AI Lab 致力于围绕精细化、轻量化、敏捷化打造全面严谨、安全可信的 AI 技术能力，不断提升数字内容风控服务水平。在这之前，团队曾获得多项 AI 算法竞赛冠军及重要奖励荣誉：
- 2019 年第一届中国人工智能大赛 旗帜识别赛道最高级 A 级证书
- 2020 年第二届中国人工智能大赛 视频深度伪造检测赛道最高级 A 级证书
- 2021 年第三届中国人工智能大赛 视频深度伪造检测和音频深度伪造检测赛道两项最高级 A 级证书
- 2021 年中国人工智能产业发展联盟“创新之星”、“创新人物”
- 2021 年第十六届全国人机语音通讯学术会议（NCMMSC2021）“长短视频多语种多模态识别竞赛”—汉语长短视频直播语音关键词（VKW）双赛道冠军
- 2021 年获得浙江省政府颁发的科学技术进步奖一等奖
- 2022 年 ICPR 多模态字幕识别比赛（Multimodal Subtitle Recognition, 简称 MSR 竞赛，国内首个多模态字幕识别大赛）赛道三“融合视觉和音频的多模态字幕识别系统”冠军
未来已来，AI 的 iPhone 时刻已至。今天，易盾成功登上了语音学的学术殿堂；未来，技术将成就业务的方方面面，而网易易盾将始终伴您左右。
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