提起个性化定制声音，或许大家并不陌生，许多平台会选择一些大家耳熟能详的明星，进行声音定制，并普遍应用在语音导航，文字播报，小说阅读等场景中。
这项技术来自文本到语音的服务，一般来说，使用AI合成效果上乘的人声需要专业播音员在录音棚里录制，且录制的数据量以1000句话起步，这种标准定制的流程，无论是对播音员、录制条件、录制数量和成本都提出了较高的要求。
Personal TTS，即个性化语音合成，是通过身边的一些常见录音设备（手机、电脑、录音笔等），录取目标说话人的少量声音片段后，构建出录音者的语音合成系统。相比于标准定制，个性化定制的技术难点在于，数据量有限（20句话）、数据质量差和标注等流程全自动化。PTTS的意义在于进一步降低语音合成的定制门槛，能够将语音合成定制推广到大众C端用户。
近年来，学术界有很多关于声音克隆的工作，论文陈述效果很好。考虑到落地应用场景的效果，达摩院以自研语音合成系统 KAN-TTS 的迁移学习能力为基础，设计了一套较为完善的个性化语音合成方案——用户只需要录制20句话，经过3分钟的训练，就能够获得一款效果尚佳的个性化声音。
该系统的三大亮点：NO.1 数据自动化处理和标注在用户录制完音频之后，我们只有 <文本，音频>，而语音合成需要一些额外的标注信息：韵律标注、音素时长标注。为了获得较好的标注信息，我们采用了一种融合了多种原子能力的全自动化处理和标注流程，包括，韵律预测、ASR、VAD 和语音增强等。通过测试集测试，该自动化流程产生的标注信息，在准确度的基础上满足个性化的需求。
达摩院已在modelscope上发布PTTS_Autolabel工具，降低数据标注门槛，使开发者更便捷的定制个性化语音合成模型：
https://modelscope.cn/models/damo/speech_ptts_autolabel_16k
NO.2 韵律建模SAMBERT声学模型
在整个链路中，和效果最相关的模块就是声学模型。在语音合成领域，类似FastSpeech的Parallel模型是目前的主流，它针对基频（pitch）、能量（energy）和时长（duration）三种韵律表征分别建模。但是，该类模型普遍存在一些效果和性能上的问题，例如，独立建模时长、基频、能量，忽视了其内在联系；完全非自回归的网络结构，无法满足工业级实时合成需求；帧级别基频和能量预测不稳定等。
因此达摩院语音实验室设计了SAMBERT（一种基于Parallel结构的改良版TTS模型），它具有以下优点：
1. Backbone采用Self-Attention-Mechanism(SAM)，提升模型建模能力；
2. Encoder部分采用BERT进行初始化，引入更多文本信息，提升合成韵律；
3. Variance Adaptor对音素级别的韵律(基频、能量、时长)轮廓进行粗粒度的预测，再通过decoder进行帧级别细粒度的建模;并在时长预测时考虑到其与基频、能量的关联信息，结合自回归结构，进一步提升韵律自然度；
4. Decoder部分采用PNCA AR-Decoder[@li2020robutrans]，自然支持流式合成；
采用韵律建模 SAMBERT 之后，相比于 KAN-TTS 的39%，流式 Fastspeech 的0.8%，新版个性化语音合成的 badcase 降低到0.085%。
NO.3 基于说话人信息的个性化语音合成如果需要进行迁移学习，那么需要先构建多说话人的声学模型，不同说话人是通过可训练的说话人编码（speaker embedding）进行区分的。给定新的一个说话人，一般通过随机初始化一个 speaker embedding，然后再基于这个说话人的数据进行更新（见下图说话人空间1）。对于个性化语音合成来说，发音人的数据量比较少，学习难度很大，最终合成声音的相似度就无法保证。为了解决这个问题，我们采用说话人信息来表示每个说话人，以少量说话人数据初始化的 speaker embding 距离目标说话人更近（见下图说话人空间2），学习难度小，此时合成声音的相似度就比较高。采用基于说话人信息的个性化语音合成，使得在20句条件下，依旧能够有较好的相似度。
>> Demo1录音：一位女士的录音原声音频：00:0000:01
>> 合成效果：
属于这位女士的合成语音效果试听音频：00:0000:10
>> Demo2录音：一位男士的录音原声音频：00:0000:03
>> 合成效果：属于这位男士的合成语音效果试听音频：00:0000:05
▎Future work
结合了数据自动化处理和标注、韵律建模 SAMBERT 声学模型和基于说话人信息的 Personal TTS 已上线ModelScope创空间。
Personal TTS 作为一种 low resource TTS，在数据资源受限的情况下以期达到接近高质量录音的合成效果，后续达摩院将会结合大模型训练技术与真人化 TTS，打造更低资源占用，合成表现力更优的个性化语音合成系统。
References：
[1] Devlin J , Chang M W , Lee K , et al. BERT: Pre-training of Deep Bidirectional Transformers for Language Understanding[J]. 2018.
[2] Kong J , Kim J , Bae J . HiFi-GAN: Generative Adversarial Networks for Efficient and High Fidelity Speech Synthesis[J]. 2020.
[3] Li N , Liu Y , Wu Y , et al. RobuTrans: A Robust Transformer-Based Text-to-Speech Model[C]// National Conference on Artificial Intelligence. Association for the Advancement of Artificial Intelligence (AAAI), 2020.
