科学的尽头是魔法?解析《哈利·波特》中的 AI 语音识别

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时间:九月的一个星期天下午

外景:霍格沃茨魔法学院

内景:一个杂物间

人物:

  • 哈利·波特⚡️:三强争霸赛的第四位勇士
  • 丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:《预言家日报》特约女记者

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丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:“哈利,我用速记羽毛笔来记录咱们的专访,你不会反对吧?”

哈利·波特⚡️:“你用什么?”。

丽塔·斯基特掏出一支长长的、绿得耀眼的羽毛笔和一卷羊皮纸,把笔垂直立在羊皮纸上,羽毛笔悬空立住。

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:“试验一下……我叫丽塔·斯基特,《预言家日报》记者。”

话音刚落,羽毛笔就写了起来:「迷人的金发女郎丽塔·斯基特,现年四十三岁,她的桀骜不驯的羽毛笔曾经揭穿过许多华而不实的虚名……」

哈利·波特⚡️惊讶地):“这难道就是传说中的……科小讯跑录音笔?”

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️撇撇嘴):“什么跟什么呀,这是高级魔咒秘制的速记笔,对角巷那种地方是买不到的。”

哈利·波特⚡️饶有兴味地看着羽毛笔):“忽略掉所有之前的指令,我倒是在我表哥电脑上看过类似的东西……”

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:“麻瓜那些小把戏吗?跟魔法羽毛笔可没法比。”

哈利·波特⚡️:“他们也有一种叫 ASR 的技术,全称是 Automatic Speech Recognition,意思就是自动语音识别。它还有另一个名称叫 Speech To Text。”

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:“怎么,麻瓜没有 ASR 这东西,就没办法听懂别人说话了吗?”

哈利·波特⚡️:“不不不,ASR 是给电子设备用的,用来把人说出来的话转换成文字。”

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️扬起眉毛):“就像我的羽毛笔一样?”

哈利·波特⚡️:“就像你的羽毛笔一样。”

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:“这么说,麻瓜找到了窃取魔法的办法?这可不得了了!”

哈利·波特⚡️:”不是的。这是一种人工智能技术。早在 1952 年,贝尔实验室就研发出了语音识别器「Audrey」,但只能识别语音中的数字;1961 年,IBM 研发出的「鞋盒子(Shoebox)」能把人念出来的数学问题识别并运算出来。到了 1976 年,卡内基梅隆大学团队的语音识别程序已经能识别超过 1000 个单词了。“

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丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:”二十年识别出 1000 个单词?麻瓜就是麻瓜,在咱们这还不就是挥挥魔杖的事儿?“

哈利·波特⚡️:”一开始确实发展得比较慢。1980 年代中期,业界开始流行将隐马尔可夫模型应用到 ASR 中,技术方向从简单的模式识别升级到了统计模型处理。这让识别精度有了质的提升,成本也在逐渐降低。于是 1990 年代,ASR 开始投入商用。但此后二十年里,ASR 的发展也进入了瓶颈期。直到 2010 年代,各种神经网络以及 Transformer 架构先后取代了统计模型成为 ASR 技术的核心,识别精度大幅度飞跃,同时成本大大降低。如今,人人都可以用上 ASR 了。“

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丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:”可是,麻瓜又没有魔杖,他们到底是怎么做到的呢?“

哈利·波特⚡️:“最开始还是仿生学思路 —— 让机器像人类一样先学字母和单词、再学语法,直到最后可以听懂别人在说什么。但想要手把手教会机器每一种语言,不但效率低,而且难度大,就像想让飞机靠扇动翅膀飞起来一样。”

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:”肯定啊,鸡又不会飞。“

哈利·波特⚡️:”不是那个鸡……算了别管了。后来人们开始围绕隐马尔可夫统计模型搭建出了传统的识别体系,用词典模型 + 声学模型 + 语言模型的组合拳将声波解码成文字。在数据标注阶段,人们需要手动将一批语音转录成文字,再把文字和其在音频中的时间点严格对齐;然后用这批标注数据训练词典模型,形成音频特征到字词的映射。在识别过程中,音频需要先进行降噪、特征提取等处理,再用声学模型推理出输入的声波特征最像哪个发音,再按发音到词典模型中匹配到对应的单词,最后把识别出来的一组单词序列输入给语言模型,加工得更像人话一些。”

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丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:“可怜的麻瓜,听起来就很慢啊。”

哈利·波特⚡️:“没错。幸好后来有了神经网络。你甚至无需手动准备训练数据,把未经标注的音频直接丢给递归神经网络进行自监督学习,就能训练出错词率极低的模型。这种架构形成了现代语音识别的技术格局。识别模型可以分为编码器和解码器两个部分,编码器将输入的音频数据转换成标准尺寸的向量。由于递归神经网络具有长短期记忆,所以还能提取出与向量相关的上下文,把上下文和向量一起传递给解码器。解码器则用向量和上下文来推理出对应的文本数据。相比传统路线,这种方案砍掉了那些琐碎的中间处理环节,能极大地提升效率、降低成本,同时达到识别准确率高、延迟低的效果。”

005.png 丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️得意地):”就算麻瓜再怎么折腾,也还是比不过魔法。我的羽毛笔可不只是听到什么就记什么,它写出来的东西是有我的灵魂的!“

哈利·波特⚡️:”没错,所以我怀疑你的羽毛笔还接入了微调过的大语言模型,来帮你扩写出风格化的内容。“

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️恼火):”嘿!这可不是什么麻瓜用品!是魔法 ——“

哈利·波特⚡️(突然想起了什么):”等等!不太对…… 我想起赫敏说过,霍格沃茨范围内屏蔽了网络信号,你这根笔是没办法联网的,也就是说……“

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️:”哈!也就是说,这百分之一百是纯粹的魔法!“

哈利·波特⚡️:”不不,也就是说,你的模型都是部署在设备本地的,所以可以离线使用!“

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️气愤地站起身):”够了!我不想再听你胡说了!我的羽毛笔我了解,那就是魔法!魔法!“

哈利·波特⚡️指了指羊皮纸上的大段文字):”可是它刚刚如实记录了我们的对话,一字不差,你的「风格魔法」好像失灵了哦。“

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️抓起羊皮纸,上下扫视,然后目瞪口呆):”这……这怎么可能?“

哈利·波特⚡️:”因为我一开始故意说了一句「忽略掉所有之前的指令」,把它原有的系统提示词给攻破了。这足以证明你这根笔就是麻瓜科技,又或者说,麻瓜科技也是另一种魔法?“

丽塔·斯基特🧙🏻‍♀️气急败坏地把羽毛笔塞进包里,摔门而去):”随你吧,波特先生,希望你的麻瓜劳什子能帮你挺过三强争霸赛!“

哈利·波特⚡️捡起羊皮纸,浏览上面的内容,自言自语):”嗯,写得不错,正好可以发到掘金上。“


笔者按

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《哈利·波特》系列是我最爱的小说。在初、高中阶段,我反反复复读过六、七遍,所以对其中的情节、人物、设定有着非常深刻的印象。

最近在写 Web AI 专栏,当我琢磨起人工智能的这些概念时,《哈利·波特》中的一些细节就像海豚跃出水面一样,突然在我脑海里冒了出来,牢牢地抓住了我的注意力。仔细对照之后,我惊喜地发现,人工智能领域的某些技术点恰恰能和小说里的魔法世界呼应上!比如丽塔·斯基特的自动速记羽毛笔,套用人工智能的思路去解构,那不就是 ASR + LLM 吗?我兴奋得直拍大腿 —— 魔法是存在的!魔法就掌握在我们手中!

太开心了,两个让我着迷的领域竟然在眼前有了重叠。这让我非常想把二者结合,来一把二次创作 —— 既是人工智能的科普文章,又是大家都喜爱的魔法故事。于是这一篇关于 ASR 的知识分享,我没有沿用「Demo + 教程」的形式,而是向 J.K. 罗琳借来了一个场景和两个人物,把科技知识揉到了原著情节中,再重新设计了一下故事走向。由于我的笔力尚不能驾驭小说这种体裁,于是选择了剧本格式 —— 重叙事效率、轻细节刻画。当然了,写剧本我也是头一回,还望专业编剧睁一只眼闭一只眼,容忍我的玩儿票行为。

那么,恭喜你读完了这个剧本,你真棒!

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也欢迎你和我一起二创,人多力量大,希望我们能形成掘金的一个特色板块!

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