声学特征 ivector

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提取流程

1.UBM

universal background model[1]
使用GMM建模，UBM的训练通过EM算法完成，有两种方法：
- 所有的数据训练出来一个UBM，需要保证训练数据的均衡
- 训练多个UBM，然后合在一起，比如根据性别分成两个，这样的话可以更有效的利用非均衡数据以及控制最后的UBM。

2.supervector

使用MAP adaptation对UBM的高斯进行线性插值，获得speaker相关的GMM模型，该模型的均值作为supervector[2]。详细的训练过程参考[1].
假设UBM有C个分量，特征维度为F，那么最后得到的supervector的维度为C*F

3.ivector

identity vector

$$s=m+Tw$$
$s$: supervector
$m$: ubm’s mean supervector
$T$: total-vavriability matrix
$w$: i-vector
$s$和 $m$前两部分已经获得，为了获得最后的 $w$，只剩下获得 $T$。
使用EM算法可以获得最后的 $T$[3].

4.LDA PLDA

ivector同时包含speaker和channel的信息，使用LDA和WCCN来减弱channel影响。

kaldi实现

1.UBM

universal background model 使用gmm来刻画
UBM训练流程，最后得到final.dubm：

steps/online/nnet2/train_diag_ubm.sh
#gmm-global-init-from-feats 根据所有特征训练gmm
#gmm-gselect gmm-global-acc-stats 获取gmm训练的统计量
#gmm-global-est 根据统计量重新训练gmm
#gmm-global-copy 转化final.dubm为文本形式

假设特征40维，高斯个数为512

2.extractor

ivector模型用来提取100维ivector特征，和mfcc特征合在一起当做dnn的输入，最后生成的模型是final.ie，训练流程如下

steps/online/nnet2/train_ivector_extractor.sh
#ivector-extractor-init 使用final.dubm初始化最开始的ivector
#gmm-global-get-post 根据final.dubm获取cmvn后的特征的后验概率
#ivector-extractor-sum-accs 获取统计量
#ivector-extractor-est 根据统计量获得最后ivector模型final.ie

ivector-extractor-init --binary=false --ivector-dim=100 --use-weights=false "gmm-global-to-fgmm final.dubm -|" txt #查看文本形式的ie

由于$s$的维度是512*40，$m$的维度也是512*40，$w$的维度是100，所以最后得到的$T$的维度为512*100*40

3.提取ivector

ivector可以每一句一个，online的形式可以设成10帧一个，需要的文件包括：

--cmvn-config=run/run_chain_1000h_pitch/exp/ivectors/train_max2/conf/online_cmvn.conf
--ivector-period=10
--splice-config=run/run_chain_1000h_pitch/exp/ivectors/train_max2/conf/splice.conf
--lda-matrix=run/run_chain_1000h_pitch/exp/extractor/final.mat
--global-cmvn-stats=run/run_chain_1000h_pitch/exp/extractor/global_cmvn.stats
--diag-ubm=run/run_chain_1000h_pitch/exp/extractor/final.dubm
--ivector-extractor=run/run_chain_1000h_pitch/exp/extractor/final.ie
--num-gselect=5
--min-post=0.025
--posterior-scale=0.1
--max-remembered-frames=1000
--max-count=0

ivector提取流程如下：

steps/online/nnet2/extract_ivectors_online.sh
#1.特征处理：cmvn+splice+lda
#2.根据特征和m(final.dubm)获得每个speaker对应的s
#3.根据s、m(final.dubm)、T(final.ie)得到w

#查看ivector特征
copy-feats --binary=false --compress=false ark:ivector_online.1.ark ark,t:ivector_online.1.ark.txt

训练和解码的文件需要保持一致，不然结果会差距比较大。

参考文献

[1].Speaker Verification Using Adapted Gaussian Mixture Models
[2].Support Vector Machines using GMM Supervectors for Speaker Verification
[3].Implementation of the Standard I-vector System for the Kaldi Speech Recognition Toolkit