深度循环神经网络在语音识别中的突破

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"这篇学术论文探讨了使用深度循环神经网络(Deep Recurrent Neural Networks, DRNNs)在语音识别中的应用。尽管循环神经网络(RNNs)在处理序列数据时表现出强大的能力,特别是在无输入输出对齐信息的连接主义时间分类(Connectionist Temporal Classification, CTC)任务中,但在语音识别领域,它们的表现一直不如深度前馈网络。作者Alex Graves、Abdel-rahman Mohamed和Geoffrey Hinton通过研究发现,将多层表示与长短期记忆(LSTM)RNN架构相结合的深RNN可以显著提高性能。经过端到端训练并配合适当的正则化,他们展示了深度LSTM RNN在TIMIT音素识别基准测试中达到了17.7%的错误率,这是已知的最佳记录成绩。" 在语音识别中,循环神经网络(RNNs)的使用通常受到其处理长期依赖问题的限制。标准RNN在处理长序列时可能会遇到“梯度消失”或“梯度爆炸”的问题,这使得它们难以捕获远距离的上下文信息。然而,长短期记忆(LSTM)网络通过引入门控机制,有效解决了这个问题,使得它们能够在更长时间尺度上保持和利用信息。 本文的重点是深入研究深度循环神经网络,即将多层结构应用于RNNs,这种结构已经在深度学习中证明了其在特征提取方面的有效性。深度网络允许模型学习不同层次的抽象特征,每一层专注于捕捉不同复杂性的模式。通过结合这些层次的表示与LSTM的能力,DRNNs能够更好地理解语音信号中的时间依赖性,并且在序列标注任务中展现出色的性能。 实验部分,研究者使用端到端训练方法,这是一种无需预先定义输入和输出对齐的训练策略,特别适用于像语音识别这样的时间序列问题。端到端训练使模型能够直接从原始音频信号中学习到音素的表示,而无需依赖于手工设计的声学特征。此外,正则化技术被用于防止过拟合,确保模型在未见过的数据上也能有良好的泛化能力。 在TIMIT音素识别基准测试中,深度LSTM RNN取得了17.7%的测试集错误率,这一成绩表明DRNNs在语音识别领域具有巨大的潜力,超越了之前使用传统RNN和深度前馈网络所取得的结果。这一突破性进展对于语音识别技术的发展具有重要意义,可能推动未来语音识别系统在准确性和效率上的提升。