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DEEP LEARNING JP
[DL Papers]
http://deeplearning.jp/
Efficient Neural Audio Synthesis (ICML2018)
Hiroshiba Kazuyuki (Dwango Media Village)
Efficient Neural Audio Synthesis	
  一言で言うと	
  WaveNetを改修して、リアルタイムで波形生成可能なWaveRNNを提案	
  著者	
  Nal Kalchbrenner (DeepMind) · Erich Elsen (Google) · Karen Simonyan (DeepMind) · 	
  Seb Noury (DeepMind) · Norman Casagrande (DeepMind) · Edward Lockhart (DeepMind) · 	
  Florian Stimberg () · Aäron van den Oord (Google Deepmind) · 	
  Sander Dieleman (DeepMind) · koray kavukcuoglu (DeepMind)	
  ICML 2018	
  選択理由	
  最近リアルタイム声質変換をやっているので、どんな論文か気になった	
  URL: https://arxiv.org/pdf/1802.08435.pdf	
2
https://arxiv.org/pdf/1802.08435.pdf
目次	
  概要	
  背景	
  WaveNet	
  Parallel WaveNet	
  手法	
  WaveRNN	
  Sparse WaveRNN	
  Subscale WaveRNN	
  実験・評価	
3
概要	
  WaveNetはSoTAな音声合成手法	
  しかし、自己回帰生成モデルなので、生成が遅い	
  1秒の音声を生成するために24000回のサンプリングが必要	
  提案手法”WaveRNN”	
  ネットワークを大幅に小さくした	
  計算時間を短くする手法や、並列して生成可能な手法も提案	
  モバイルCPUでもリアルタイムで音声合成可能にした	
4
背景: WaveNet	
  TTS(Text To Speech)分野でSoTA	
  音声波形を1サンプルずつ作成する	
  自己回帰モデルなのが特徴的	
  精度は高い一方、生成が遅い	
  Softmax分布を推定	
  分布の最大値を出力	
5
https://deepmind.com/blog/wavenet-generative-model-raw-audio/
背景: Parallel WaveNet	
  訓練済みWaveNetを教師としてParallel WaveNetを訓練	
  自己回帰ではないため高速に生成可能	
  局所的な独立性を仮定している	
  順序モデルが崩壊してしまう	
6
https://arxiv.org/pdf/1711.10433.pdf
手法: WaveRNN	
  ネットワーク構造が小さい自己回帰モデル	
  1層のGRUと2層の全結合	
  Dual Softmax	
  1サンプル(16bit)推定を2段階に分ける	
  1段目で粗い8bitを推定	
  2段目で細かい8bitを推定	
  Nvidia P100 GPUでリアルタイムの4倍早く生成できた	
  WaveNetは0.3倍程度	
  GPUのレジスタを使って頑張って高速化している	
7
粗い8bit
細かい8bit
手法: WaveRNN	
  GPUを使ってリアルタイム音声合成できた	
  モバイルCPUを使いたい	
  もっと早くしたい	
  計算時間とオーバーヘッドを削減する手法を提案	
  Sparse WaveRNN	
  Subscale WaveRNN	
8
手法: Sparse WaveRNN	
  プルーニングする	
  訓練が進むと重みの大きさのスパース性が増加する	
  重みを大きさでソートして、小さいものからマスクをかけて省く	
  マスクをかける数はステップが進むに連れて増やす	
  ブロックごとにマスクをかけることで高速化	
  他にもGRUのシグモイド関数がモバイルCPUだと遅いのでソフトサイン関数にする、などの工夫	
  モバイルCPUでもリアルタイム音声合成可能になった	
9
手法: Subscale WaveRNN	
  系列データを飛ばし飛ばし生成することで、並列生成を可能にする	
  Bつ飛ばしで生成すれば、B並列で生成可能	
10
B並列
手法: Subscale WaveRNN	
  1×N次元の時系列データをB×(N/B)次元に変形する	
11
B並列
手法: Subscale WaveRNN	
  時系列的に過去のデータ(左下)から、Bつ飛ばしに生成する	
12
B並列
手法: Subscale WaveRNN	
  時系列的に過去のデータ(左下)から、Bつ飛ばしに生成する	
  Fデータ生成後に、飛ばされたデータを並列して生成する	
13
B並列
手法: Subscale WaveRNN	
  このxを生成するとき、生成済みのデータ(青と緑)はどれも条件として入力可能	
  xより左下のデータは過去、xより右にあるデータは未来のデータ	
14
手法: Subscale WaveRNN	
  生成後、1×N次元の時系列データに戻す	
15
実験条件	
  TTS(Text To Speech)タスク	
  24kHz、16bitサンプル	
  学習データは44時間の読み上げ音声	
  入力は ”conventional linguistic features” とピッチ	
  平均オピニオン評点(MOS)やABテストで主観評価	
  NLLで定性評価	
  Subscale WaveRNNには、10層のDilated CNNを用いる	
16
実験条件: Sparse WaveRNN	
17
評価: ABテスト	
  提案手法WaveRNNとのABテスト	
  Sparse WaveRNNは、SparseにしていないWaveRNNより劣る	
  Subscale WaveRNN(16並列生成が可能)は、WaveRNNと同等程度	
18
評価: NLL・MOS	
19
まとめ	
  WaveNetと同程度のクオリティを持つ音声を高速に生成できるネットワーク、WaveRNNを提案	
  モバイルCPUでもリアルタイム音声合成できる手法、Sparse WaveRNNを提案	
  WaveRNNをより高速にする手法、Subscale WaveRNNを提案	
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