文 | 小轶(yì)

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背景

今天上午十点刚刚颁布的EMNLP 2020最佳论文，获奖者是来自UCBerkeley团队的这篇Digital Voicing of Silent Speech。

刷了那么多NLP论文，各种pretraining、BERT、XXX-former...是不是都快刷出审美疲劳了？今年的EMNLP best paper绝对耳目一新！!工作研究了一个极具潜在社会影响力的新任务：Silent Speech Voicing——通过肌电传感器，把无声的说话动作转化为电子语音。如果该技术得以实现，即使不发生声带振动，只要做出相应的发声动作，即迅速转换为语音。想象一下，或许未来有一天，只要动动嘴，都不用发出声音，就能和人打电话了！

该技术可能的应用场景非常广泛，包括：

• 过分嘈杂的环境（普通的有声电话难以识别清楚）

• 必须要保持安静的严肃场合 （开会摸鱼新思路）

• 最最重要的是，那些不幸丧失发声能力的人们也将能够与身边人流畅地交流啦！

这个任务显然具有非常大的前景和潜在社会影响。其实近十年也有一些少量工作尝试做类似的事情，但效果都非常不好，让人觉得这事儿可能目前的技术一时半会还实现不了。但emnlp这篇大大提升了实验效果——在一组主要实验中，和之前最强的baseline相比，误差率直降94%。总之，很大程度上证明这个方向还是achievable，大家努努力说不定能成的那种！并且，他们也同时发布了一个针对该任务的大规模数据集。鉴于其深远的应用前景，可以想见之后应该会有大量工作继续follow。而这篇best paper也将成为该任务的开山之作。

论文题目：
Digital Voicing of Silent Speech

论文链接:
https://arxiv.org/pdf/2010.02960.pdf

开源代码:
https://github.com/dgaddy/silent_speech

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方法

接下来，我们简单看一下实现过程~首先第一步是传感器信号采集，需要在嘴和颈脖周围贴上八个传感器，像这样：

然后就会得到八串肌电图信号，像这样：

接下来的任务，就是如何基于肌电图信号，识别出具体的语言信息了。信号转文字的相关研究其实已经有很多了，emnlp这篇的主要贡献其实并不在这一部分，而在于他们发现、并解决了之前研究中的一个问题：前人采用的训练数据都是人在“出声”说话时的肌电信号。但这篇工作则证明，要实现silent speech voicing，必须要用人在“不发声”说话时的肌电信号，因为这两种场景下人的肌肉运作方式是不一样的。motivation很显然，但事实上实现起来是有困难的。因为对于无声的信号来说，是没有对应的语音信号的，很难直接标记出某一段信号对应了哪个单词。他们的解决方法是：对同一段文字，先采集一遍人们说这段话时的有声信号，再采集一遍无声信号。然后让模型在两种信号上都进行训练。两种数据在时间上并不是完全对齐的，所以该模型最核心的一个模块，就是实现两种信号的对齐。

实验

实验中，评测的方式就是请志愿者（或者用语音识别模型）听写转换出来的电子语音。评测指标是word error rate (WER)，直观来说就是和原文的最短编辑距离除以文本长度：

（向右滑动查看完整公式）

主要测试了两种设定下的性能表现（两者主要区别其实就是前者包含的词汇量少很多）：

• Closed Vocabulary Condition

• Open Vocabulary Condition

测试结果如下表。可以看到，在Closed Vocabulary场景下，WER仅有3.6%，比baseline的误差率减少了94%。在Open Vocabulary场景下，也比baseline降低了20%左右的WER。

小结

今年emnlp的best paper颁给了一个非典型的NLP任务。但确实是很酷的工作！是那种会真正产生社会影响的一类研究~所以说，NLP不止是“万物皆可BERT”，NLP的未来也不只有疯狂pretraining。还有很多有意义的方向值得我们去探索呢！

P.S 从今天起，小轶我笔名改做“小轶(yì)”啦。不是小秩（zhì）。也不是小铁（tiě）哦！

萌屋作者：小轶(yì)

刚刚本科毕业于北大计算机系的美少女学霸！目前在腾讯天衍实验室做NLP研究实习生。原计划是要赴美国就读CMU的王牌硕士项目MCDS，不过因为疫情正处于gap year，于是就来和小夕愉快地玩耍啦~文风温柔优雅，偶尔暴露呆萌属性，文如其人哦！知乎ID：小轶。

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