IMS Tukan TTS: Ein leistungsstarkes mehrsprachiges Text-to-Speech-Toolkit

Einführung

IMS Toucan TTS ist ein fortschrittliches Text-to-Speech (TTS) Toolkit, das am Institut für Natürlichsprachverarbeitung (IMS) an der Universität Stuttgart, Deutschland, entwickelt wurde. Dieses leistungsstarke Open-Source-Tool wurde für Lehre, Training und den Einsatz modernster Sprachsynthese-Modelle konzipiert. Was IMS Toucan auszeichnet, ist seine beeindruckende Fähigkeit, Sprache in über 7.000 Sprachen zu synthetisieren, was es zu einer der vielseitigsten und umfassendsten TTS-Lösungen macht, die heute verfügbar sind.

Hauptmerkmale von IMS Toucan TTS

IMS Toucan TTS verfügt über mehrere bemerkenswerte Funktionen, die es in der Sprachsynthese auszeichnen:

• Mehrsprachige Unterstützung: Fähig zur Generierung von Sprache in mehr als 7.000 Sprachen.
• Mehrstimmen-Synthese: Ermöglicht Sprachklonierung und Prosody-Transfer zwischen Sprechern.
• Mensch-in-the-Loop-Bearbeitung: Ermöglicht Feinabstimmung und Anpassung der synthetisierten Sprache.
• Reine Python- und PyTorch-Implementierung: Entwickelt für Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit.
• Artikulatorische Repräsentationen: Verwendet artikulatorische Merkmale von Phonemen als Eingabe für niedrigressourcierte Sprachen.
• Flexible Architektur: Basiert auf FastSpeech 2 mit Modifikationen wie einem normalsierenden Fluss-basierten PostNet.

Wie gut ist IMS Toucan TTS?

IMS Toucan TTS hat Aufmerksamkeit durch seine beeindruckende Leistung in verschiedenen Aspekten der Sprachsynthese erregt:

Sprachabdeckung: Mit Unterstützung für über 7.000 Sprachen übertrifft es die meisten vorhandenen TTS-Systeme in Bezug auf Sprachvielfalt.

Sprachqualität: Das System erzeugt natürliche Sprache und nutzt fortschrittliche Techniken wie Normalizing Flows und artikulatorische Repräsentationen.

Anpassbarkeit: Die Fähigkeit, Stimmen zu klonen und Prosodie zu transferieren, macht es äußerst flexibel für verschiedene Anwendungsfälle.

Unterstützung von Sprachen mit begrenzten Ressourcen: Die Verwendung von artikulatorischen Merkmalen ermöglicht eine gute Leistung auch für Sprachen mit wenig Trainingsdaten.

Forschungseinfluss: IMS Toucan wurde in mehreren wissenschaftlichen Publikationen vorgestellt und zeigt somit seine Bedeutung im Bereich der Sprachsyntheseforschung.

Benchmark

Obwohl umfassende Benchmarks für alle 7.000+ Sprachen nicht verfügbar sind, hat IMS Toucan in verschiedenen Evaluationen eine wettbewerbsfähige Leistung gezeigt. Hier ist eine vereinfachte Benchmark-Tabelle basierend auf verfügbaren Daten:

Hinweis: Diese Zahlen sind ungefähre Werte und können je nach spezifischem Anwendungsfall und Sprache variieren.

Wie man IMS Toucan TTS verwendet

Die Verwendung von IMS Toucan TTS umfasst mehrere Schritte, von der Installation bis zum Training und zur Inferenz des Modells. Hier ist eine Anleitung, um loszulegen:

Installation

1. Klone das Repository:

git clone https://github.com/DigitalPhonetics/IMS-Toucan.git
cd IMS-Toucan

1. Erstelle eine conda-Umgebung:

conda create --prefix ./toucan_conda_venv --no-default-packages python=3.8
conda activate ./toucan_conda_venv

1. Installiere Abhängigkeiten:

pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
pip install torch==1.9.0+cu111 torchvision==0.10.0+cu111 torchaudio==0.9.0 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

1. Installiere espeak-ng (falls nicht bereits installiert):

sudo apt-get install espeak-ng

Herunterladen von vortrainierten Modellen

IMS Toucan bietet vortrainierte Modelle an, die du als Ausgangspunkt verwenden kannst:

python run_model_downloader.py

Training eines Modells

Um ein Modell mit eigenen Daten zu trainieren:

Bereite dein Datenset vor, indem du eine Funktion erstellst, die Audiodateipfade auf Transkriptionen abbildet.

Erstelle ein benutzerdefinieres Training-Pipeline-Skript.

Führe das Training durch:

python run_training_pipeline.py --gpu_id 0 your_custom_config

Inferenz

Für die Inferenz kannst du die bereitgestellten interaktiven Demos verwenden oder ein Skript wie dieses erstellen:

from InferenceInterfaces.FastSpeech2 import FastSpeech2
import sounddevice

tts = FastSpeech2()
text = "Hallo, dies ist ein Test von IMS Toucan TTS."
audio = tts.read_to_file(text, "output.wav")
sounddevice.play(audio, samplerate=24000)

Erweiterte Funktionen

Stimmenkiona

IMS Toucan unterstützt die Klonierung von Stimmen, sodass du Sprache im Stil einer bestimmten Person synthetisieren kannst:

tts.set_utterance_embedding(utterance_embedding)
audio = tts.read_to_file("Dies ist geklonte Sprache.", "cloned_output.wav")

Mehrsprachige Synthese

Um Sprache in verschiedenen Sprachen zu synthetisieren:

tts.set_language("de")  # Setze Sprache auf Deutsch
audio_de = tts.read_to_file("Hallo, wie geht es dir?", "german_output.wav")

tts.set_language("fr")  # Setze Sprache auf Französisch
audio_fr = tts.read_to_file("Bonjour, comment allez-vous?", "french_output.wav")

Mensch-in-the-Loop-Bearbeitung

IMS Toucan ermöglicht eine feingranulare Kontrolle über die synthetisierte Sprache:

tts.set_pitch_shift(0.5)  # Erhöhe Tonhöhe
tts.set_speaking_rate(1.2)  # Erhöhe Geschwindigkeit
audio = tts.read_to_file("Dies ist veränderte Sprache.", "modified_output.wav")

Anwendungsbereiche

IMS Toucan TTS bietet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten:

• Mehrsprachige virtuelle Assistenten: Erstelle sprachbasierte Schnittstellen, die mehrere Sprachen fließend beherrschen.
• Barrierefreiheitstools: Entwickle Text-to-Speech-Lösungen für niedrigressourcierte Sprachen.
• Bildungssoftware: Generiere Aussprachehilfen für Sprachlernanwendungen.
• Inhaltsproduktion: Erzeuge Sprachaufnahmen für Videos oder Podcasts in verschiedenen Sprachen.
• Sprachforschung: Führe Studien zur sprachübergreifenden Sprachsynthese und Stimmkonvertierung durch.

Herausforderungen und Einschränkungen

Obwohl IMS Toucan TTS ein leistungsstarkes Werkzeug ist, ist es wichtig, sich seiner Einschränkungen bewusst zu sein:

1. Rechenanforderungen: Das Training und die Ausführung von Modellen für 7.000+ Sprachen kann rechenintensiv sein.
2. Datenknappheit: Für viele niedrigressourcierte Sprachen ist es nach wie vor eine Herausforderung, hochwertige Trainingsdaten zu finden.
3. Akzent- und Dialektvariationen: Die Erfassung der gesamten Palette von Akzenten und Dialekten innerhalb von Sprachen ist eine fortlaufende Herausforderung.
4. Echtzeitleistung: Obwohl schneller als viele Systeme, kann die Erzielung einer Echtzeitleistung für alle Sprachen auf einigen Hardware-Konfigurationen eine Herausforderung darstellen.

Zukünftige Richtungen

Die Entwicklung von IMS Toucan TTS eröffnet aufregende Möglichkeiten für zukünftige Forschung und Verbesserungen:

• Verbesserte Unterstützung für niedrigressourzierte Sprachen: Weiterentwicklung von Techniken zur Verbesserung der Synthesequalität für Sprachen mit begrenzten Daten.
• Emotionale und stilistische Übertragung: Integration fortschrittlicherer Prosodie- und Emotionsmodelle in verschiedene Sprachen.
• Integration mit ASR: Kombinieren mit automatischer Spracherkennung für vollständige Sprach-zu-Sprach-Übersetzung.
• Personalisierung: Entwicklung effizienterer Methoden zur schnellen Sprecheranpassung und Stimmklonierung.

Fazit

IMS Toucan TTS repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt in der mehrsprachigen Sprachsynthese-Technologie. Die Fähigkeit, Sprache in über 7.000 Sprachen zu generieren, kombiniert mit Funktionen wie der Stimmklonierung und der menschlichen Feinabstimmung, macht sie zu einem vielseitigen Werkzeug für Forscher, Entwickler und Linguisten gleichermaßen. Obwohl Herausforderungen bestehen, insbesondere in Bezug auf die Rechenanforderungen und Datenknappheit für einige Sprachen, ebnet IMS Toucan TTS den Weg für eine inklusivere und vielfältigere Anwendung von Sprachtechnologie.

Mit der Weiterentwicklung der Sprachsynthese werden Tools wie IMS Toucan TTS eine wichtige Rolle dabei spielen, Sprachbarrieren abzubauen und Sprachtechnologie einem globalen Publikum zugänglich zu machen. Egal, ob du ein Forscher bist, der die Grenzen der Sprachtechnologie erforscht, oder ein Entwickler, der mehrsprachige Anwendungen erstellt, IMS Toucan TTS bietet eine leistungsstarke und flexible Plattform, um deine Ideen zum Leben zu erwecken.