请帮我找找用于生成环境声音的WaveGAN-PyTorch的代码及代码解释

时间: 2023-12-10 16:37:42 浏览: 142
WaveGAN是一种基于GAN的生成模型,用于生成逼真的音频信号。在这里,我将为你提供WaveGAN-PyTorch的代码及代码解释。 首先,我们需要安装PyTorch和相应的依赖项。如果你已经安装了PyTorch,你可以跳过此步骤。 ```python !pip install torch !pip install librosa !pip install tqdm !pip install tensorboardX ``` 接下来,我们可以开始编写代码。在这里,我将提供一个简单的WaveGAN模型,用于生成环境声音。 首先,我们需要导入所需的包: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import numpy as np import librosa import librosa.display import matplotlib.pyplot as plt from tqdm import tqdm from tensorboardX import SummaryWriter ``` 然后,我们定义一些常量和超参数: ```python SAMPLE_RATE = 22050 N_FFT = 1024 HOP_LENGTH = 512 N_MELS = 128 N_CHANNELS = 16 LATENT_DIM = 100 BATCH_SIZE = 64 N_EPOCHS = 100 LEARNING_RATE = 0.0002 BETA1 = 0.5 BETA2 = 0.999 EPSILON = 1e-8 ``` 接下来,我们定义生成器和判别器: ```python class Generator(nn.Module): def __init__(self): super(Generator, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(LATENT_DIM, 4 * 4 * 512, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm1d(4 * 4 * 512) self.up1 = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='nearest') self.conv1 = nn.Conv1d(512, 256, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm1d(256) self.up2 = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='nearest') self.conv2 = nn.Conv1d(256, 128, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn3 = nn.BatchNorm1d(128) self.up3 = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='nearest') self.conv3 = nn.Conv1d(128, 64, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn4 = nn.BatchNorm1d(64) self.conv4 = nn.Conv1d(64, N_CHANNELS, kernel_size=9, stride=1, padding=4) def forward(self, x): x = self.fc1(x) x = F.leaky_relu(self.bn1(x), negative_slope=0.2) x = x.view(-1, 512, 4) x = self.up1(x) x = self.conv1(x) x = F.leaky_relu(self.bn2(x), negative_slope=0.2) x = self.up2(x) x = self.conv2(x) x = F.leaky_relu(self.bn3(x), negative_slope=0.2) x = self.up3(x) x = self.conv3(x) x = F.leaky_relu(self.bn4(x), negative_slope=0.2) x = self.conv4(x) return x class Discriminator(nn.Module): def __init__(self): super(Discriminator, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv1d(N_CHANNELS, 64, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm1d(64) self.conv2 = nn.Conv1d(64, 128, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm1d(128) self.conv3 = nn.Conv1d(128, 256, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn3 = nn.BatchNorm1d(256) self.conv4 = nn.Conv1d(256, 512, kernel_size=9, stride=1, padding=4, bias=False) self.bn4 = nn.BatchNorm1d(512) self.fc1 = nn.Linear(4 * 4 * 512, 1) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = F.leaky_relu(self.bn1(x), negative_slope=0.2) x = self.conv2(x) x = F.leaky_relu(self.bn2(x), negative_slope=0.2) x = self.conv3(x) x = F.leaky_relu(self.bn3(x), negative_slope=0.2) x = self.conv4(x) x = F.leaky_relu(self.bn4(x), negative_slope=0.2) x = x.view(-1, 4 * 4 * 512) x = self.fc1(x) x = torch.sigmoid(x) return x ``` 接下来,我们定义一些辅助函数: ```python def preprocess_audio(audio): spectrogram = librosa.feature.melspectrogram(audio, sr=SAMPLE_RATE, n_fft=N_FFT, hop_length=HOP_LENGTH, n_mels=N_MELS) spectrogram = librosa.power_to_db(spectrogram, ref=np.max) spectrogram = np.expand_dims(spectrogram, axis=0) return spectrogram def generate_latent_vectors(n_samples): return torch.randn(n_samples, LATENT_DIM) def generate_samples(generator, n_samples): latent_vectors = generate_latent_vectors(n_samples) with torch.no_grad(): samples = generator(latent_vectors) return samples def save_samples(samples, filename): samples = samples.detach().cpu().numpy() samples = samples.reshape(-1, N_CHANNELS, int(N_FFT / 2) + 1) samples = np.transpose(samples, (0, 2, 1)) samples = np.ascontiguousarray(samples) audio = librosa.feature.inverse.mel_to_audio(samples, sr=SAMPLE_RATE, n_fft=N_FFT, hop_length=HOP_LENGTH, n_mels=N_MELS) librosa.output.write_wav(filename, audio, sr=SAMPLE_RATE) def plot_samples(samples): samples = samples.detach().cpu().numpy() samples = samples.reshape(-1, N_CHANNELS, int(N_FFT / 2) + 1) for i in range(samples.shape[0]): plt.figure() librosa.display.specshow(samples[i].T, sr=SAMPLE_RATE, hop_length=HOP_LENGTH, x_axis='time', y_axis='mel') plt.colorbar(format='%+2.0f dB') plt.title('Sample %d' % i) plt.tight_layout() plt.show() ``` 然后,我们定义训练过程: ```python def train(generator, discriminator): generator_optimizer = torch.optim.Adam(generator.parameters(), lr=LEARNING_RATE, betas=(BETA1, BETA2), eps=EPSILON) discriminator_optimizer = torch.optim.Adam(discriminator.parameters(), lr=LEARNING_RATE, betas=(BETA1, BETA2), eps=EPSILON) criterion = nn.BCELoss() writer = SummaryWriter() fixed_latent_vectors = generate_latent_vectors(16) for epoch in range(N_EPOCHS): generator.train() discriminator.train() for i in tqdm(range(0, len(train_data), BATCH_SIZE)): discriminator_optimizer.zero_grad() real_samples = train_data[i:i + BATCH_SIZE] real_samples = torch.from_numpy(real_samples).float().to(device) real_labels = torch.ones(len(real_samples), 1).to(device) fake_samples = generate_samples(generator, len(real_samples)) fake_labels = torch.zeros(len(fake_samples), 1).to(device) discriminator_loss_real = criterion(discriminator(real_samples), real_labels) discriminator_loss_real.backward() discriminator_loss_fake = criterion(discriminator(fake_samples), fake_labels) discriminator_loss_fake.backward() discriminator_loss = discriminator_loss_real + discriminator_loss_fake discriminator_optimizer.step() generator_optimizer.zero_grad() latent_vectors = generate_latent_vectors(len(real_samples)) generated_samples = generator(latent_vectors) generator_loss = criterion(discriminator(generated_samples), real_labels) generator_loss.backward() generator_optimizer.step() generator.eval() discriminator.eval() samples = generate_samples(generator, 16) save_samples(samples, 'samples/sample_%03d.wav' % epoch) plot_samples(samples) writer.add_scalar('Generator Loss', generator_loss, epoch) writer.add_scalar('Discriminator Loss', discriminator_loss, epoch) writer.add_image('Generated Samples', samples, epoch) writer.add_image('Real Samples', real_samples[:16], epoch) writer.close() ``` 最后,我们可以加载数据并开始训练: ```python audio_files = ['file1.wav', 'file2.wav', 'file3.wav'] train_data = [] for filename in audio_files: audio, _ = librosa.load(filename, sr=SAMPLE_RATE) spectrogram = preprocess_audio(audio) train_data.append(spectrogram) train_data = np.concatenate(train_data, axis=0) device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') generator = Generator().to(device) discriminator = Discriminator().to(device) train(generator, discriminator) ``` 这就是WaveGAN-PyTorch的代码及代码解释。希望这可以帮助到你!
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