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Whisper：通用语音识别模型

Whisper 是一个通用的语音识别模型。它基于大规模、多样化的音频数据集进行训练，是一个具备多任务处理能力的模型，可实现多语言语音识别、语音翻译和语言识别等功能。

实现方法

Transformer 序列到序列模型在多种语音处理任务上进行训练，这些任务包括多语言语音识别、语音翻译、口语语言识别和语音活动检测。这些任务被统一表示为解码器需要预测的一系列标记，这样单个模型就能取代传统语音处理流程中的多个阶段。多任务训练格式使用了一组特殊标记，这些标记可作为任务说明符或分类目标。

环境设置

使用 Python 3.9.9 和 PyTorch 1.10.1 来训练和测试模型，但代码库预计与 Python 3.8 - 3.11 以及近期的 PyTorch 版本兼容。代码库还依赖于一些 Python 包，其中最主要的是 OpenAI 的 tiktoken，用于实现快速标记化。

可以使用以下命令下载并安装（或更新到）Whisper 的最新版本：

pip install -U openai-whisper

或者，使用以下命令从仓库拉取并安装最新提交的版本及其 Python 依赖项：

pip install git+https://github.com/openai/whisper.git

若要将包更新到仓库的最新版本，请运行：

pip install --upgrade --no-deps --force-reinstall git+https://github.com/openai/whisper.git

此外，系统还需要安装命令行工具 ffmpeg，大多数包管理器都可提供：

在 Ubuntu 或 Debian 系统上：

sudo apt update && sudo apt install ffmpeg

在 Arch Linux 系统上：

sudo pacman -S ffmpeg

在 macOS 系统上使用 Homebrew（https://brew.sh/）：

brew install ffmpeg

在 Windows 系统上使用 Chocolatey（https://chocolatey.org/）：

choco install ffmpeg

在 Windows 系统上使用 Scoop（https://scoop.sh/）：

scoop install ffmpeg

如果 tiktoken 没有为平台提供预构建的 wheel 文件，可能还需要安装 Rust。如果在上述 `pip install` 命令执行过程中出现安装错误，请按照入门指南安装 Rust 开发环境。另外，可能需要配置 `PATH` 环境变量，例如：

export PATH="$HOME/.cargo/bin:$PATH"

如果安装失败并提示 `No module named 'setuptools_rust'`，需要安装 `setuptools_rust`，例如运行：

pip install setuptools-rust

可用模型和支持语言

Whisper 有六种模型大小，其中四种有仅支持英语的版本，在速度和准确性之间提供了不同的权衡。以下是可用模型的名称、大致内存需求以及相对于大模型的推理速度。下面的相对速度是在 A100 上转录英语语音时测量的，实际速度会因语言、说话速度和可用硬件等多种因素而有很大差异。

| 大小 | 参数 | 仅英语模型 | 多语言模型 | 所需显存 | 相对速度 |

| --- | --- | --- | --- | --- | --- |

| tiny | 39 M | tiny.en | tiny | ~1 GB | ~10x |

| base | 74 M | base.en | base | ~1 GB | ~7x |

| small | 244 M | small.en | small | ~2 GB | ~4x |

| medium | 769 M | medium.en | medium | ~5 GB | ~2x |

| large | 1550 M | N/A | large | ~10 GB | 1x |

| turbo | 809 M | N/A | turbo | ~6 GB | ~8x |

仅用于英语应用的 `.en` 模型通常表现更好，特别是 `tiny.en` 和 `base.en` 模型。不过，对于 `small.en` 和 `medium.en` 模型，这种差异不太明显。此外，`turbo` 模型是 `large-v3` 的优化版本，在转录速度上更快，同时准确性仅有轻微下降。

Whisper 的性能因语言而异。下图展示了 `large-v3` 和 `large-v2` 模型按语言划分的性能，使用在 Common Voice 15 和 Fleurs 数据集上评估的 WER（单词错误率）或 CER（字符错误率，斜体显示）。其他模型和数据集对应的额外 WER/CER 指标可在论文的附录 D.1、D.2 和 D.4 中找到，翻译的 BLEU（双语评估替补）分数可在附录 D.3 中找到。

命令行使用方法

以下命令将使用 `turbo` 模型转录音频文件中的语音：

whisper audio.flac audio.mp3 audio.wav --model turbo

默认设置（选择 `turbo` 模型）在转录英语时效果很好。但 `turbo` 模型未针对翻译任务进行训练。如果需要将非英语语音翻译成英语，请使用多语言模型（tiny、base、small、medium、large）代替 `turbo`。例如，要转录包含非英语语音的音频文件，可以指定语言：

whisper japanese.wav --language Japanese

要将语音翻译成英语，使用：

whisper japanese.wav --model medium --language Japanese --task translate

注意：即使指定了 `--task translate`，`turbo` 模型仍会返回原文语言。使用 `medium` 或 `large` 模型可获得最佳翻译效果。

运行以下命令查看所有可用选项：

whisper --help

所有可用语言列表请参考 `tokenizer.py`。

Python 使用方法

也可以在 Python 中进行转录：

import whisper

model = whisper.load_model("turbo")

result = model.transcribe("audio.mp3")

print(result["text"])

在内部，`transcribe()` 方法会读取整个文件，并使用 30 秒的滑动窗口处理音频，对每个窗口进行自回归序列到序列预测。

以下是使用 `whisper.detect_language()` 和 `whisper.decode()` 的示例，它们提供了对模型的底层访问：

import whisper

model = whisper.load_model("turbo")

# 加载音频并填充/裁剪以适应 30 秒

audio = whisper.load_audio("audio.mp3")

audio = whisper.pad_or_trim(audio)

# 生成对数梅尔频谱图并移动到与模型相同的设备上

mel = whisper.log_mel_spectrogram(audio, n_mels=model.dims.n_mels).to(model.device)

# 检测语音语言

_, probs = model.detect_language(mel)

print(f"检测到的语言: {max(probs, key=probs.get)}")

# 解码音频

options = whisper.DecodingOptions()

result = whisper.decode(model, mel, options)

# 打印识别的文本

print(result.text)

更多示例

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许可证

Whisper 的代码和模型权重遵循 MIT 许可证发布。更多详细信息请参阅 `LICENSE` 文件。 那么，Whisper 在实际应用中还会有怎样的表现呢？