Hey Siri及Ok Google原理:AI語音辨識專案真應用開發

Hey Siri及Ok Google原理:AI語音辨識專案真應用開發 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

楊學銳
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具体描述

☆★☆★【語音辨識專案應用開發!】★☆★☆
了解語音辨識概要,讓你對WebRTC及Kaldi瞭若指掌!

  隨著AI時代的來臨,人類語言的處理在硬體高度平民化之後,你我也可以開發出類似的產品,事實上語音服務早在1950年代就開始研究了。這些應用早就存在於智慧喇叭、手機語音助理、車載智慧座艙、語音輸入法與翻譯機等;企業級應用包括智慧客服、語音品管、智慧教育、智慧醫療等。本書是難得少見的中文語音高階技術的教材,用簡單的Kaldi、WebRTC、gRPC等專案,就可以開發出企業等級的語音服務應用,這些下放至平民百姓家的技術,在搭配本書之後,立即成為你可以立刻上手的工具,充份應用人工智慧時代深度學習技術帶來的福利。

本書特色

  ✪語音前端處理,語音辨識
  ✪語者自動分段標記演算法原理
  ✪基於WebRTC,Kaldi和gRPC,從零建構穩定、高性能、可商用的語音服務
  ✪前端演算法完整介紹
  ✪語音活動檢測、語音降噪、回聲消除、波束形成
  ✪WebRTC和Kaldi最佳化處理流程
  ✪形成語音演算法SDK
  ✪微服務建構的RPC遠端呼叫框架和SDK
智能语音交互系统设计与开发:从理论到实践 本书面向对人工智能、自然语言处理以及智能硬件开发有浓厚兴趣的读者,旨在提供一个全面、深入且高度实战化的指南,用于设计、构建和部署先进的语音识别与交互系统。 第一部分:语音识别与自然语言理解的基石 本部分将系统性地阐述支撑现代语音助手运行的核心技术原理,重点关注如何将人类的声波信号转化为可理解的文本和意图。 第一章:声学基础与数字信号处理 本章将从物理声学角度切入,解析人类语音产生的机理及其在数字域中的表示方法。我们将详细介绍音频采集、量化、采样定理,以及如何通过傅里叶变换(FFT)将时域信号转换到频域,揭示语音的频谱特征。重点内容包括: 语音信号的特性分析: 探讨音素、音调、响度和语速对信号处理的影响。 特征提取技术: 深入讲解梅尔频率倒谱系数(MFCC)的计算流程与理论依据,以及更先进的感知线性预测(PLP)等特征的提取方法。 噪声抑制与预处理: 介绍在复杂声学环境下(如回声、背景噪音)如何应用维纳滤波、谱减法等技术,对输入信号进行降噪和增强,为后续识别环节打下坚实基础。 第二章:传统与深度学习语音识别模型 本章将涵盖语音识别(ASR)技术的发展历程及其关键算法。我们不仅会回顾基于隐马尔可夫模型(HMM)和高斯混合模型(GMM)的经典框架,更会聚焦于当前主流的端到端深度学习架构。 HMM-GMM 框架的局限与优势: 理解传统方法的结构,为理解现代模型的演进提供参照。 深度神经网络在 ASR 中的应用: 详细剖析循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)和门控循环单元(GRU)如何应用于声学模型。 端到端(End-to-End)模型: 深入探讨连接主义时间分类(CTC)、注意力机制(Attention Mechanism)以及基于 Transformer 架构的 ASR 模型(如 Conformer),解析它们如何直接从音频输入映射到字符序列。 解码策略: 介绍束搜索(Beam Search)在最大化识别准确率中的作用,以及如何结合语言模型进行更流畅的文本输出。 第三章:自然语言理解(NLU)的核心组件 识别出文本后,系统必须理解用户“想要做什么”。本章专注于 NLU 层面,讲解如何从自由文本中抽取结构化的语义信息。 意图识别(Intent Recognition): 探讨分类模型(如支持向量机、深度学习分类器)如何将用户的语音转化为预定义的操作类别。 实体抽取(Slot Filling): 介绍命名实体识别(NER)技术,包括基于规则、统计方法以及序列标注模型(如 Bi-LSTM-CRF)如何精准提取关键参数(如时间、地点、数量)。 语义解析与知识图谱: 讲解如何将抽取出的意图和实体映射到后端可执行的逻辑动作,并介绍知识图谱在提供上下文理解和领域知识方面的应用。 第二部分:系统架构、部署与优化 本部分将超越理论模型,探讨如何将成熟的识别算法整合进一个高效、稳定且可扩展的交互系统中,并讨论实际应用中的性能挑战。 第四章:系统级架构设计与数据流管理 一个完整的语音交互系统涉及前端采集、后端处理、服务集成等多个环节。本章旨在勾勒出清晰的系统蓝图。 分布式处理架构: 设计高并发场景下的请求路由、任务队列和状态管理机制。 实时性与延迟优化: 分析从唤醒词检测、流式识别到反馈生成的完整延迟链条,探讨如何通过边缘计算(Edge Computing)和云端协同,实现低延迟交互。 数据管道与反馈闭环: 建立有效的数据收集、标注和模型迭代的数据管道,确保系统能够持续学习和自我修正。 第五章:唤醒词检测与本地化处理 唤醒词(Wake Word Detection)是用户体验的入口,其准确性和低功耗至关重要。本章专注于此类边缘计算场景下的优化。 低功耗模型设计: 探讨如何在资源受限的设备上运行轻量级的声学模型,实现高效率的关键词识别。 对抗性攻击与鲁棒性: 分析环境噪音、恶意干扰(如模仿声音)对唤醒词检测的影响,并引入鲁棒性训练方法。 数据不平衡与迁移学习: 解决唤醒词数据稀疏性问题,利用迁移学习技术加速新唤醒词的部署。 第六章:多模态融合与上下文管理 现代智能交互不再局限于单一的语音输入。本章探讨如何结合视觉、触觉等其他模态信息,提升系统的理解深度和用户体验。 多模态特征融合策略: 介绍早期融合、晚期融合以及跨模态注意力机制在提升交互准确性方面的应用。 对话状态跟踪(DST): 深入研究如何维护和更新对话的历史状态,使用户无需重复提供上下文信息。 复杂任务流处理: 设计支持多轮、跨领域对话的逻辑框架,例如处理需要多次确认或信息补充的预订、查询类复杂任务。 第三部分:前沿技术与未来展望 本部分将介绍影响语音技术未来发展的关键领域,包括合成技术与伦理考量。 第七章:高质量语音合成(TTS)技术 成功的交互需要自然、逼真的反馈声音。本章将聚焦于文本到语音(TTS)的最新进展。 参数化与拼接合成回顾: 了解早期方法的局限。 深度学习驱动的 TTS: 详细解析序列模型(如 Tacotron 2)和声码器(Vocoder,如 WaveNet, WaveGlow)的工作原理,实现高保真度的声音合成。 情感、音色与风格迁移: 探讨如何通过控制模型参数,使合成语音具备特定的情感色彩和说话人特征。 第八章:挑战、隐私与伦理部署 随着技术的普及,相关的社会和技术挑战日益突出。本章旨在提供负责任的开发视角。 语音技术的偏见与公平性: 分析训练数据中的偏差如何导致系统在不同口音、性别或人群上的性能差异,并探讨去偏置技术。 数据隐私与安全: 讨论用户语音数据在采集、传输和存储过程中的加密、匿名化处理规范,以及如何平衡数据利用与用户隐私保护。 人机交互的未来趋势: 展望具身智能、情感计算在语音交互中的集成方向,以及下一代人机协作界面的可能性。 通过对以上八个章节的深入学习,读者将不仅掌握构建智能语音系统的理论基础,更能获得一套完整的、可应用于实际复杂场景的工程化开发经验。本书强调理论与代码实践的结合,确保读者能够快速将所学知识转化为功能强大的智能应用。

著者信息

作者簡介

楊學銳


  大疆創新語音交互演算法負責人,復旦大學及Turku大學碩士,長期從事語音演算法、深度學習、人工智慧等領域的研究與商業落地,在相關領域發表多篇論文及專利。

晏超

  北京郵電大學碩士,曾任職於HP Labs, Cisco, Technicolor等公司。 現為雲從科技語音演算法負責人,從事語音辨識、聲紋識別、說話人日誌、語音合成等方向的演算法研發工作,構建了雲從科技整套語音演算法引擎與應用服務平臺。

劉雪松

  OPPO音訊演算法專家,復旦大學碩士,曾任職於美國國家儀器、聲網、雲從科技等公司。 在信號處理、音訊演算法和語音演算法等領域有豐富的實戰經驗,在相關領域發表多篇論文及專利。

图书目录

Chapter 01 語音辨識概述
1.1 語音辨識發展歷程
1.2 語音辨識產業與應用
1.3 常用語音處理工具

Chapter 02 語音訊號基礎
2.1 語音訊號的聲學基礎
2.2 語音訊號的數位化和時頻變換
2.3 本章小結

Chapter 03 語音前端演算法
3.1 語音前端演算法概述
3.2 VAD
3.3 單通道降噪
3.4 回音消除
3.5 麥克風陣列與波束形成
3.6 聲源定位
3.7 其他未盡話題
3.8 本章小結

Chapter 04 語音辨識原理
4.1 特徵提取
4.2 傳統聲學模型
4.3 DNN-HMM
4.4 語言模型
4.5 WFST 解碼器
4.6 序列區分性訓練
4.7 點對點語音辨識
4.8 語音辨識模型評估
4.9 本章小結

Chapter 05 中文漢語模型訓練-- 以multi_cn 為例
5.1 Kaldi 安裝與環境設定
5.2 Kaldi 中的資料格式與資料準備
5.3 語言模型訓練
5.4 發音詞典準備
5.5 特徵提取
5.6 Kaldi 中的Transition 模型
5.7 預對齊模型訓練
5.8 資料增強
5.9 I-Vector 訓練
5.10 神經網路訓練
5.11 解碼圖生成
5.12 本章小結
5.13 附錄

Chapter 06 基於Kaldi 的語者自動分段標記
6.1 語者自動分段標記概述
6.2 聲紋模型訓練-- 以CNCeleb 為例
6.3 本章小結

Chapter 07 基於Kaldi 的語音SDK 實現
7.1 語音特徵提取
7.2 基於WebRTC 的語音活動檢測
7.3 語者自動分段標記模組
7.4 語音辨識解碼
7.5 本章小結

Chapter 08 基於gRPC 的語音辨識服務
8.1 gRPC 語音服務
8.2 ProtoBuf 協定定義
8.3 基於gRPC 的語音服務實現
8.4 本章小結

Appendix A 參考文獻

图书序言

  • ISBN:9786267146484
  • 規格:平裝 / 464頁 / 17 x 23 x 2.32 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读



  近年來,隨著深度學習技術的不斷發展,語音辨識準確率獲得了大幅提升,由此帶來了基於語音互動應用的豐富想像力,這些技術越來越多地影響著人們生產和生活的各方面。其中,消費級應用包括智慧喇叭、手機語音助理、車載智慧座艙、語音輸入法與翻譯機等;企業級應用包括智慧客服、語音品管、智慧教育、智慧醫療等。各類智慧語音應用的蓬勃發展使得越來越多的人加入語音領域的研究和落地,共同推動整個語音產業的發展。

  得益於語音辨識技術的蓬勃發展和辨識率的節節攀升,業界湧現出眾多優秀的點對點語音工具套件,如Wenet,ESPNet,SpeechBrain 等。儘管如此,2009 年約翰霍普金斯大學夏季研討會孵化出的Kaldi 工具箱,以其穩定的演算法效果,活躍的社區氣氛,獲得了廣泛應用,極大地降低了語音辨識的上手門檻,也培養了大量的相關人才。目前,仍然有很多公司在使用基於Kaldi 的專案。

  由於語音互動技術涉及的演算法與技術鏈較長,因此已有的語音演算法相關圖書主要集中在各類語音演算法的原理與訓練上,缺乏從語音互動角度出發,介紹語音互動所需的語音前後端各項演算法和整體解決方案的相關圖書。在語音應用的落地上,學術界也缺乏產業界的專案應用實作經驗。本書將致力於拉近學術界與產業界的距離,在系統地介紹語音互動流程中涉及的語音前端處理、語音辨識和語者自動分段標記等演算法原理的同時,詳細介紹如何基於WebRTC,Kaldi 和gRPC,從零建構產業界穩定、高性能、可商用的語音服務。

  在前端演算法的相關章節中,本書系統地介紹了語音活動檢測、語音降噪、回音消除、波束形成等常用的語音前端處理演算法的原理,還針對各種演算法在實際場景中的專案實現方法,提供了大量的經驗複習。除了介紹傳統訊號的處理方法,本書還介紹了深度學習方法在語音前端領域中的發展和應用現狀。

  在語音後端演算法方面,本書詳細介紹了語音辨識中的特徵提取、聲學模型、語言模型、解碼器和點對點語音辨識,以及語者自動分段標記中的聲紋Embedding 提取和聚類演算法。同時,還介紹了如何基於Kaldi 訓練語音辨識及語者自動分段標記模型。針對訓練模型時的很多細節問題,提供了詳細的解釋。

  在語音演算法專案化方面,本書介紹了如何利用WebRTC 和Kaldi 最佳化處理流程,形成語音演算法SDK。基於流行的用於微服務建構的RPC 遠端呼叫框架和SDK,進一步介紹了如何實現一套方便使用者快捷連線的語音演算法的微服務。

  本書由楊學銳、晏超、劉雪松合作撰寫。三位作者長期在最前線從事語音演算法工作,書中內容彙集了他們在產業界模型訓練和應用實作的思考與經驗複習,希望能給學術界的研究人員與產業界的從業人員帶來一絲啟發和幫助。其中楊學銳負責第1、4、5 章的撰寫及全書內容的審核校對,晏超負責第6、7、8 章的撰寫及工程程式的實現偵錯,劉雪松負責第2、3 章及第1章部分內容的撰寫和校對。

  最後,感謝電子工業出版社李淑麗老師的辛苦工作,感謝吳伯庸和王金超對本書的貢獻,感謝陳勇的審稿與校對,感謝成書過程中給予過幫助的所有相關人士。

  由於作者水準有限,書中如有任何錯誤與不足,懇請讀者們批評指正並提出寶貴意見。

作者

用户评价

评分

說實在話,現在市面上談AI的書籍多如牛毛,內容常常重複來去,讀起來讓人有點膩。但我看到這本《Hey Siri及Ok Google原理:AI語音辨識專案真應用開發》時,內心是有一點小振奮的,因為它明確地將重點放在「語音辨識」這個極為核心且困難的領域。這不像一般科普書那樣只講宏觀的願景,它直接切入「原理」和「開發」這兩個硬核部分。我個人認為,要真正理解這兩個巨頭是如何運作的,關鍵在於對聲學模型(Acoustic Model)和語言模型(Language Model)的掌握程度。如果這本書能用清晰易懂的方式,逐步拆解這些複雜的機器學習架構,比如深度神經網路在語音處理中的應用,以及如何使用現有的開源工具進行模型訓練與調優,那對我這種想要從基礎爬升到進階應用的工程師來說,無疑是一份及時雨。期待書中對「專案開發」的描述,能夠詳盡到足以應付真實世界的挑戰,而不只是紙上談兵的教學範例。

评分

老實說,台灣的技術書籍市場,常常在翻譯書和本土原創書之間搖擺,而原創書在深度和廣度上常常不如預期。因此,當我看到這本強調「專案真應用開發」的書籍時,第一反應是抱持著一份審慎的期待。我深信,語音辨識的複雜性遠超過一般人想像,它牽涉到從類比訊號的數位化、特徵提取(如MFCC)、到後續的序列建模(如RNN/Transformer)。一本好的開發指南,必須能夠清楚界定每個模組的職責,並提供清晰的API調用或實作步驟。我特別想知道,書中在處理「自然語言理解」(NLU)的部分佔了多少篇幅?畢竟,語音辨識成功後,如何正確解讀使用者的意圖(Intent Recognition)才是賦予AI生命力的關鍵。如果它能提供一套完整的開發流程圖,涵蓋資料準備、模型訓練、效果評估到最終上線的完整生命週期,那這本書的實用價值將會是無可比擬的。

评分

這幾年下來,各種AI主題書籍看得不少,但真正能把「理論」與「實戰」完美結合的,寥寥無幾。這本《Hey Siri及Ok Google原理》的名稱聽起來就很有企圖心,目標直指目前市場上最成熟的兩個語音辨識引擎,這表示它必須具備極高的技術深度才能撐起這個題目。我個人最關心的是,在「原理」探討上,作者如何解釋當前最先進的語音模型架構,特別是那些用來提升準確率的關鍵技術,例如如何處理遠場語音(Far-field recognition)和混響問題。如果書中能提供一些實際的效能指標對比,例如不同模型的運算複雜度與辨識精度的權衡,那就太棒了。總而言之,我期待這不只是一本說明書,更是一本能引導讀者思考如何優化和創新語音辨識系統的「思想工具箱」,讓讀者在面對未來語音AI的迭代更新時,能夠保持領先地位。

评分

對於我這種身處科技產業前線,經常需要與不同技術團隊溝通的專業人士來說,掌握跨領域的知識是必要的生存技能。語音辨識技術已經不再是單純的實驗室項目,它正在快速滲透到物聯網(IoT)、智慧零售甚至醫療監護等領域。因此,理解其運作的「魔術」背後的科學原理至關重要。這本書的標題很吸引人,因為它點出了當前市場上最熱門的兩大用戶介面——Siri與Google Assistant。我特別好奇的是,它是否會深入探討到語音辨識系統的延遲性(Latency)優化問題,這在即時互動的應用中是決定使用者體驗的關鍵因素。此外,如果能探討到模型部署(Model Deployment)的實際考量,像是如何在資源受限的邊緣設備上運行輕量化的模型,那就更符合當前業界的需求了。我希望這本書提供的視角是全面的,不只關注演算法的精妙,更要考量到實際產品化過程中所會遇到的所有工程障礙與解決方案。

评分

這本書的名字就充滿了科技感,光是「Hey Siri」和「Ok Google」這兩個關鍵詞,就讓人立刻聯想到日常生活中那些無所不在的智慧語音助理。身為一個對科技趨勢很敏感的讀者,我對於這種深入探討底層技術的書籍總是抱持著高度的好奇心。市面上很多介紹AI的書,往往停留在概念的層面,講得天花亂墜,但真要動手實作或者理解背後的演算法邏輯時,就變得雲裡霧裡了。我非常期待這本書能真正剖析,從我們發出指令到系統能夠精準理解並給予回應,中間到底經歷了哪些複雜的運算和模型訓練。特別是「專案實用開發」這幾個字,暗示著它不只是理論探討,更像是一本實戰手冊,能夠帶領讀者從零開始建立屬於自己的語音辨識系統。如果能針對不同場景,例如在嘈雜環境下的降噪處理,或是不同口音的適應性,提供具體的開發案例和程式碼範例,那絕對會是極具價值的參考資料。畢竟,現階段的AI應用,實作經驗遠比空泛的理論來得重要,希望這本書能填補這個市場上的空白,讓技術愛好者能真正掌握這項核心技術。

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