使用thchs30数据集训练CycleGAN模型实现语音转换并,将其封装起来的代码

时间: 2024-05-16 12:15:00 浏览: 17
以下是使用thchs30数据集训练CycleGAN模型实现语音转换的代码: 1. 安装必要的依赖项 ```python !pip install torch==1.7.0 torchvision==0.8.1 torchaudio==0.7.0 !pip install librosa==0.8.0 matplotlib==3.3.2 numpy==1.19.2 !pip install tensorboard==2.4.0 !pip install tqdm==4.54.0 ``` 2. 导入必要的库 ```python import os import random import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import torch.optim as optim import torch.utils.data as data import torchaudio import numpy as np import librosa import matplotlib.pyplot as plt from tqdm import tqdm from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter ``` 3. 定义超参数 ```python # 超参数 num_epochs = 200 batch_size = 1 lr = 0.0002 sample_rate = 16000 num_mels = 80 n_fft = 1024 hop_length = 256 num_iters = 200000 num_frames = 128 lambda_cycle = 10 lambda_identity = 5 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') ``` 4. 定义数据集 ```python class Thchs30Dataset(data.Dataset): def __init__(self, root_dir): self.root_dir = root_dir self.speaker_dirs = os.listdir(root_dir) def __len__(self): return len(self.speaker_dirs) def __getitem__(self, idx): speaker_dir = self.speaker_dirs[idx] audio_files = os.listdir(os.path.join(self.root_dir, speaker_dir)) random.shuffle(audio_files) audio_file = audio_files[0] audio_path = os.path.join(self.root_dir, speaker_dir, audio_file) waveform, _ = torchaudio.load(audio_path) waveform = waveform.squeeze() if waveform.shape[0] > num_iters: waveform = waveform[:num_iters] else: waveform = F.pad(waveform, (0, num_iters - waveform.shape[0]), 'constant', 0) return waveform ``` 5. 定义生成器 ```python class Generator(nn.Module): def __init__(self): super(Generator, self).__init__() self.encoder = nn.Sequential( nn.Conv1d(num_mels, 512, kernel_size=7, padding=3), nn.InstanceNorm1d(512), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv1d(512, 256, kernel_size=3, stride=2, padding=1), nn.InstanceNorm1d(256), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv1d(256, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1), nn.InstanceNorm1d(128), nn.ReLU(inplace=True) ) self.transform = nn.Sequential( nn.Conv1d(128, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1), nn.InstanceNorm1d(128), nn.ReLU(inplace=True) ) self.decoder = nn.Sequential( nn.ConvTranspose1d(128, 256, kernel_size=3, stride=2, padding=1, output_padding=1), nn.InstanceNorm1d(256), nn.ReLU(inplace=True), nn.ConvTranspose1d(256, 512, kernel_size=3, stride=2, padding=1, output_padding=1), nn.InstanceNorm1d(512), nn.ReLU(inplace=True), nn.ConvTranspose1d(512, num_mels, kernel_size=7, padding=3), nn.InstanceNorm1d(num_mels), nn.Tanh() ) def forward(self, x): encoded = self.encoder(x) transformed = self.transform(encoded) decoded = self.decoder(transformed) return decoded ``` 6. 定义判别器 ```python class Discriminator(nn.Module): def __init__(self): super(Discriminator, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv1d(num_mels, 64, kernel_size=15, padding=7) self.conv2 = nn.Conv1d(64, 128, kernel_size=41, stride=4, padding=20) self.bn1 = nn.BatchNorm1d(64) self.bn2 = nn.BatchNorm1d(128) self.fc1 = nn.Linear(128 * 4, 1) def forward(self, x): x = F.leaky_relu(self.bn1(self.conv1(x)), 0.2) x = F.leaky_relu(self.bn2(self.conv2(x)), 0.2) x = x.view(x.shape[0], -1) x = self.fc1(x) return x ``` 7. 定义损失函数和优化器 ```python generator1 = Generator().to(device) generator2 = Generator().to(device) discriminator1 = Discriminator().to(device) discriminator2 = Discriminator().to(device) criterion_GAN = nn.MSELoss() criterion_cycle = nn.L1Loss() criterion_identity = nn.L1Loss() optimizer_G = optim.Adam( itertools.chain(generator1.parameters(), generator2.parameters()), lr=lr, betas=(0.5, 0.999) ) optimizer_D1 = optim.Adam(discriminator1.parameters(), lr=lr, betas=(0.5, 0.999)) optimizer_D2 = optim.Adam(discriminator2.parameters(), lr=lr, betas=(0.5, 0.999)) ``` 8. 训练模型 ```python def train(): writer = SummaryWriter() train_dataset = Thchs30Dataset('thchs30/data') train_loader = data.DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True, num_workers=2) for epoch in range(num_epochs): for i, x in enumerate(tqdm(train_loader)): x = x.to(device) # 训练生成器 optimizer_G.zero_grad() y = generator1(x) x_reconstructed = generator2(y) y_reconstructed = generator1(x_reconstructed) # GAN损失 gan_loss1 = criterion_GAN(discriminator1(y), torch.ones_like(discriminator1(y))) gan_loss2 = criterion_GAN(discriminator2(x_reconstructed), torch.ones_like(discriminator2(x_reconstructed))) gan_loss = (gan_loss1 + gan_loss2) / 2 # 循环一致性损失 cycle_loss1 = criterion_cycle(x_reconstructed, x) cycle_loss2 = criterion_cycle(y_reconstructed, y) cycle_loss = (cycle_loss1 + cycle_loss2) / 2 # 身份映射损失 identity_loss1 = criterion_identity(generator1(x), x) identity_loss2 = criterion_identity(generator2(y), y) identity_loss = (identity_loss1 + identity_loss2) / 2 # 总损失 total_loss = gan_loss + lambda_cycle * cycle_loss + lambda_identity * identity_loss total_loss.backward() optimizer_G.step() # 训练判别器1 optimizer_D1.zero_grad() real_loss = criterion_GAN(discriminator1(x), torch.ones_like(discriminator1(x))) fake_loss = criterion_GAN(discriminator1(y_reconstructed.detach()), torch.zeros_like(discriminator1(y_reconstructed))) loss_D1 = (real_loss + fake_loss) / 2 loss_D1.backward() optimizer_D1.step() # 训练判别器2 optimizer_D2.zero_grad() real_loss = criterion_GAN(discriminator2(x_reconstructed), torch.ones_like(discriminator2(x_reconstructed))) fake_loss = criterion_GAN(discriminator2(x.detach()), torch.zeros_like(discriminator2(x))) loss_D2 = (real_loss + fake_loss) / 2 loss_D2.backward() optimizer_D2.step() # 打印损失 if i % 100 == 0: print('[Epoch %d/%d] [Batch %d/%d] [G loss: %f] [D1 loss: %f] [D2 loss: %f]' % (epoch + 1, num_epochs, i, len(train_loader), total_loss.item(), loss_D1.item(), loss_D2.item())) # 记录损失 writer.add_scalar('G loss', total_loss.item(), epoch * len(train_loader) + i) writer.add_scalar('D1 loss', loss_D1.item(), epoch * len(train_loader) + i) writer.add_scalar('D2 loss', loss_D2.item(), epoch * len(train_loader) + i) # 保存模型 if i % 1000 == 0: torch.save(generator1.state_dict(), 'generator1.pth') torch.save(generator2.state_dict(), 'generator2.pth') ``` 9. 运行训练函数 ```python train() ``` 10. 使用模型进行语音转换 ```python def convert_audio(input_audio_path, output_audio_path): generator1 = Generator().to(device) generator1.load_state_dict(torch.load('generator1.pth', map_location=device)) generator1.eval() waveform, _ = torchaudio.load(input_audio_path) waveform = waveform.squeeze() if waveform.shape[0] > num_iters: waveform = waveform[:num_iters] else: waveform = F.pad(waveform, (0, num_iters - waveform.shape[0]), 'constant', 0) mel_spec = librosa.feature.melspectrogram( waveform.numpy(), sr=sample_rate, n_fft=n_fft, hop_length=hop_length, n_mels=num_mels) mel_spec = torch.FloatTensor(mel_spec).unsqueeze(0).to(device) with torch.no_grad(): output_mel_spec = generator1(mel_spec) output_mel_spec = output_mel_spec.squeeze().cpu().numpy() output_waveform = librosa.feature.inverse.mel_to_audio( output_mel_spec, sr=sample_rate, n_fft=n_fft, hop_length=hop_length) output_waveform = torch.FloatTensor(output_waveform).unsqueeze(0) torchaudio.save(output_audio_path, output_waveform, sample_rate) ``` 11. 运行语音转换函数 ```python convert_audio('input.wav', 'output.wav') ```

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