语音消息技术实现技术实践

原创

可可爱爱没有脑袋

修改于 2020-04-14 17:03:35

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消费升级的时代，搭配才能创造奇迹。文字是苍白的，语音是生动的，语音转文字是具备科技色彩的。文字一旦有了科技感，生活才能有质感。本课程以GME做“活化酶”，将详细介绍以微信语音转文字技术为基础的GME功能，带你告别文字的苍白，激发AR活性，让你的生活瞬间充满“胶原蛋白”。随着AR技术的不断发展，语音转文字在音频场景的应用不断成熟。

本期腾讯云大学大咖分享邀请腾讯云高级工程师程君，将介绍以微信的语音转文字技术为基础的GME语音消息功能，并通过一个demo实践让大家快速了解GME的语音消息的功能。

本次分享目录：

1、GME语音消息支持的应用场景 2、语音消息的技术实现 3、语音消息功能开发实战

1. GME语音消息支持的应用场景

1.1 语音消息

下图是QQ飞车里的语音消息，录制完语音消息并翻译成文本之后，语音内容和转成文字后的内容发送给好友。

1.2 语音转文字

下图是王者荣耀里，一边说话一边转文字，说完了也翻译完了，有点类似于语音输入法。

1.3 变声玩法

下图是手机QQ里，语音变声的趣味玩法，将录制的声音以萝莉或大叔的声音播放。

2. 语音消息的技术实现

2.1 整体流程

下图是整个GME的语音SDK的使用流程，先是初始化SDK，设置鉴权信息。

对于发送方来说，先是录制，录制完了上传，上传成功会得到服务器返回的一个fileID。如果有语音转文字的需求的话，再调用SpeechtoText接口，把fileID传给服务器，就会得到翻译结果。然后走你们的app 或者游戏内的IM通道，把这个fileID发送给接受方。

对于接受方来说，收到了fileID后，调用我们的download 接口，先把语音文件下载到本地，再播放就可以了。

对于发送方也可以选择我们的流式的录制的接口，该接口会一边录制，一边上传，一边翻译，录制结束之后，录制结果，上传结果和翻译结果会在一个回调函数内返回给你，后面会详细对接口做介绍。下面就是对每个过程做详细的介绍。

2.2语音消息的录制

关于编码和采集，先用下面两幅频谱图，来展示人声和音乐的不同。左边是正常说话的人声，右边是一首从QQ音乐下载的正常歌曲。可以看到人声的频谱较低，大部分在8k以下，而且信号是离散不连续的；而音乐的频谱覆盖到全频带，信号连续且强度较大，按照奈奎斯特采样定律，需要完整还原信号的话，编码的采样率应该是频谱的两倍。所以，业界称8k频谱对应的16khz采样率为宽带，用于纯人声场景。24k频谱对应的采样率48khz为全频带，用于音乐场景。语音消息主要是针对人声场景，所以编码定的采样率是16K。

SILK编码最早在Skype中使用，它在编码效率和质量之间取得了很好的平衡，因此被广泛应用在互联网的音频相关产品中，目前广泛使用的是SILK V3。微信QQ里的语音消息也都是用silk，silk编码是Opus编码的基础，压缩后2K每秒。

2.3 录制和播放

前处理的流程，先是设备采集，其次是降噪,这个降噪是我们自研的，降噪可以帮你去除掉一些环境里的杂音，增益处理就是可以将声音的音量放大，这里没有修改设备的硬件音量，而是代码里做了处理，也就是所谓的软件音量。上采样和下采样的流程不是必须的，因为有些设备不支持我们音频文件的采样率 16K，比如PC的设备只支持48K的数据。所以就要做一次重采样，支持的设备，如IOS 就不用处理

2.4 变声

声音是一种波，具有三个要素：幅度，频率，相位。其中幅度决定了声音的大小，刚刚前处理说的增益就是在改变了振幅，频率决定了声音音调的高低，实际的声音往往都不是单一频率的波，而是有各种频率的波叠加而成，从而形成了各具特色的声音，通过分离不同频率的信号，并采取不同程度的放大或缩小，从而改变声音的效果。

变声支持12类型：萝莉，大叔，熊孩子，感冒，困兽，空灵肥仔，重金属，外国人，重机械，强电流，土话。

下图是原声和萝莉的语谱图，横坐标为时间，纵坐标为频率。颜色代表特定时间点下，某频率的声音强度。原声的声音频率较窄，为16000Hz以下，萝莉音频率被拉长，一些低频音被放大为高频，频率为14000Hz左右。可以用QQ语音消息进行体验。

2.5 上传

录制完成之后就是上传了。我们在全球部有语音消息的服务器。上传的流程是这样的，上传请求首先会到TGW服务器 TGW全称Tencent Gateway，是一套实现多网统一接入，支持自动负载均衡和就近计入的系统。请求到了TGW之后，就会根据负载均衡和就近接入的原则将请求分配给业务服务器，业务服务器也会根据就近分配的原则返回最近的cos服务器的地址和token。客户端然后再根据这个业务服务器返回的cos地址把语音文件到这个存储服务器上，并把文件的下载地址返回给客户端。

2.6 下载

下载的流程和上传的类似。下载的时候也会遵循就近接入的原则，比如上传的时候用户是在德国，那我们就会把语音文件就近存储到德国。而下载的时候，用户是在美国，GME的业务服务器会把下载的内容从德国拷贝到美国去加速下载。

2.7 语音转文字

语音转文字主要是用深度学习的技术来实现的。对于采集到的原始音频数据，先要做特征提取，特征提取的方法主要有预加重、分帧加窗、FFT、滤波器等，特征提取的目的就是把乱无章的音频信号的特征变得更加显著，这样有助于后面声学模型训练的收敛。其次就是声学模型的训练，就是将发音映射成汉字。但由于存在多音字这种情况，所以还需要语音模型，利用当前词前面的几个词来计算其概率，是这些词最大概率上可以组合成一句话。

GME的语音转文字支持100多种语音，识别率高达99%，前馈计算的模型是在服务器运行的，不占用客户端资源。语音转文字的速度大概是1秒的语音文件转换成文字需要0.4s，基本上是呈线性增长的。

2.8 流式语音转文字

之前的语音转文字，需要先录制，在上传，拿到上传之后的文件ID之后，再向服务器请求翻译，这样的体验肯定是不够好的，所以我们推出一个流式的接口。流式的语音转文字，可以边录制，边上传，边转文字，语音转文字的等待时间固定，不会随说话时间增加而增加。由于它同时兼顾上传的功能，所以即使流式的翻译失败了，也可以用拿到的上传的文件地址再走一次普通的翻译。当然流式翻译的成功率还是很高的。