自动语音识别
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：
本教程中展示的任务受以下模型架构的支持：
Data2VecAudio, Hubert, M-CTC-T, SEW, SEW-D, UniSpeech, UniSpeechSat, Wav2Vec2, Wav2Vec2-BERT, Wav2Vec2-Conformer, WavLM
在开始之前，请确保您已安装所有必要的库：
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：
>>> 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 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。
>>> 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：
>>> minds = minds.train_test_split(test_size=0.2)然后看看数据集：
>>> 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 remove_columns 方法删除其他列：
>>> minds = minds.remove_columns(["english_transcription", "intent_class", "lang_id"])再看看示例：
>>> 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：
>>> 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：
>>> 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：
>>> 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：
- 调用
audio列以加载和重新采样音频文件。 - 从音频文件中提取
input_values并使用处理器对transcription列执行 tokenizer 操作。
>>> 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 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 remove_columns 方法删除不需要的列：
>>> 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：
>>> 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：
>>> 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 库快速加载一个评估方法。 对于这个任务，加载 word error rate（WER）指标 （请参阅🤗 Evaluate 快速上手以了解如何加载和计算指标）：
>>> 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 compute 来计算 WER：
>>> 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！
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：
>>> 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：
- 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。 - 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。 - 调用
train()来微调您的模型。
>>> 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,
... evaluation_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 push_to_hub() 方法将您的模型分享到 Hub，方便大家使用您的模型：
>>> trainer.push_to_hub()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！
>>> 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：
>>> 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：
>>> 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：
>>> 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：
>>> 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']