Automatic Speech Recognition pdf epub mobi txt 电子书下载在线阅读 2026

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出版者:Springer 作者:俞栋出品人: 页数:321 译者: 出版时间:2014-11-11 价格:USD 99.00 装帧:Hardcover isbn号码:9781447157786 丛书系列:

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具体描述

This book provides a comprehensive overview of the recent advancement in the field of automatic speech recognition with a focus on deep learning models including deep neural networks and many of their variants. This is the first automatic speech recognition book dedicated to the deep learning approach. In addition to the rigorous mathematical treatment of the subject, the book also presents insights and theoretical foundation of a series of highly successful deep learning models.

《数字信号处理基础与应用》书籍简介本书旨在为读者提供一套全面、深入的数字信号处理（DSP）理论与实践的知识体系。本书内容涵盖了从离散时间信号与系统的基本概念，到先进的数字滤波器设计、快速傅里叶变换（FFT）算法的实现，以及在实际工程领域中的应用案例。全书结构严谨，理论推导详实，同时注重与工程实践的紧密结合，旨在培养读者扎实的理论功底和解决实际问题的能力。第一部分：离散时间信号与系统基础本部分是理解整个数字信号处理领域的基石。首先，我们从连续时间信号到离散时间信号的采样过程入手，详细阐述了采样定理（Nyquist-Shannon 采样定理）的原理及其在信号采集中的重要性。随后，引入了离散时间信号的表示方法，包括序列表示和单位冲激序列的性质。核心内容聚焦于离散时间系统的分析。系统被定义为其对输入信号的响应，我们详细分析了线性、时不变（LTI）系统的基本性质，例如因果性、稳定性。LTI 系统的核心分析工具——卷积和被完整地推导和阐述，这是连接输入、系统和输出的数学桥梁。我们通过丰富的例子，展示了如何利用卷积和快速判断系统的输出特性。此外，为了实现对系统的时域分析到频域分析的跨越，本书引入了Z变换。Z变换作为拉普拉斯变换在离散系统中的对应，提供了分析系统稳定性和因果性的强大代数工具。本书详细讲解了单边和双边Z变换的定义、基本性质，特别是时移、卷积和乘积的Z变换性质。收敛域（ROC）的概念被重点强调，它是确定系统稳定性和因果性的关键。通过Z变换，我们能够将复杂的微分/差分方程转化为易于处理的代数方程，从而为后续的滤波器设计打下坚实基础。第二部分：傅里叶分析与频域表示频域分析是DSP的灵魂。本部分致力于系统地介绍如何将信号从时域转换到频域，以及如何利用频域特性进行信号处理。首先，我们深入探讨了离散时间傅里叶变换（DTFT）。DTFT 描述了离散时间信号的频谱特性，强调了周期性和频谱泄漏等实际问题。在此基础上，我们引出了离散傅里叶变换（DFT）。DFT 是对 DTFT 序列化处理后的结果，是数字计算的基础。本书详细分析了 DFT 的性质，包括周期性、共轭对称性以及与卷积运算的密切关系。 DFT 的计算复杂度是实际应用中的瓶颈。因此，快速傅里叶变换（FFT）算法的引入至关重要。本书详细分解了最常用的蝶形运算和基2 FFT 算法的原理，包括时间抽取（Decimation-in-Time, DIT）和频率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）算法的结构和实现步骤。我们提供了清晰的流程图和计算示例，帮助读者理解如何将 $N$ 点 DFT 的复杂度从 $O(N^2)$ 降低到 $O(N log N)$。频域分析的实践应用包括谱分析。我们讨论了如何使用 DFT 来估计信号的功率谱密度（PSD），并深入探讨了周期图法及其局限性，例如方差大和分辨率不足等问题。这自然引出了更先进的谱估计方法，如 Welch 方法，通过分段平均来提高估计的平滑性和可靠性。第三部分：数字滤波器设计滤波器是信号处理中最常用的一类工具，用于去除噪声、分离频率成分。本部分系统地介绍了数字滤波器设计的两大主要流派：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 FIR 滤波器设计：FIR 滤波器因其线性相位特性（即恒定群延迟）而在许多对相位敏感的应用中受到青睐。本书主要采用窗函数法进行设计。我们详细分析了理想滤波器的脉冲响应，并解释了截断引入的 Gibbs 现象。随后，我们系统比较了不同窗函数（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、Blackman 窗等）的性能，侧重于它们在过渡带宽和旁瓣衰减之间的权衡关系。对于需要更高性能设计的读者，本书也简要介绍了频率采样法。 IIR 滤波器设计：IIR 滤波器通常具有更低的阶数和更陡峭的过渡带，适用于对计算资源敏感的场景。设计 IIR 滤波器的关键在于从模拟原型（如巴特沃沃斯和切比雪夫滤波器）出发，通过双线性变换法（Bilinear Transformation）或脉冲响应不变法将其映射到数字域。本书着重讲解了双线性变换，因为它能保证数字滤波器的稳定性，并详细阐述了预畸变（Pre-warping）的必要性，以保证数字滤波器在关键频率点上与模拟原型保持一致。我们还对比了巴特沃沃斯滤波器（通带平坦）和切比雪夫滤波器（通带允许纹波但过渡陡峭）的设计特点。第四部分：自适应滤波与高级主题本部分将理论知识扩展到更复杂的、依赖于信号统计特性的处理领域，特别是自适应滤波。自适应滤波器能够根据输入信号的统计特性自动调整其系数，无需预先知道滤波器的精确模型。随机过程基础：为了理解自适应滤波器，我们首先回顾了随机信号处理的基础，包括广义平稳随机过程（WSS）、功率谱密度和维纳-霍夫方程。 LMS 算法：最小均方（LMS）算法是应用最广泛的自适应算法。本书详细推导了 LMS 算法的迭代公式，分析了其收敛性、稳态误差和步长参数的选择对性能的影响。我们通过实际应用案例，如噪声消除和回声消除，展示了 LMS 算法的强大能力。高级应用案例：最后，本书简要介绍了数字信号处理在现代工程中的几个关键交叉领域，包括多相滤波组在抽取/插值中的应用，以及数字调制解调器中的关键 DSP 技术，如载波同步和定时恢复。这些案例旨在激发读者将所学知识应用到更广阔的信号处理工程实践中。目标读者本书适合电子工程、通信工程、计算机科学以及相关专业的本科高年级学生和研究生作为教材使用。同时，对于希望系统回顾或深入学习数字信号处理理论的工程技术人员，本书也提供了详实的参考价值。要求读者具备基础的微积分、线性代数和复变函数知识。

作者简介

俞栋，1998年加入微软公司，现任微软研究院首席研究员、浙江大学兼职教授和中科大客座教授。他是语音识别和深度学习方向的资深专家，出版了两本专著，发表了150多篇论文，是近60项专利的发明人及有广泛影响力的深度学习开源软件CNTK的发起人和主要作者之一。他在基于深度学习的语音识别技术上的工作带来了语音识别研究方向的转变，极大地推动了语音识别领域的发展，并获得2013年IEEE信号处理协会最佳论文奖。俞栋博士现担任IEEE语音语言处理专业委员会委员，曾担任IEEE/ACM音频、语音及语言处理汇刊、IEEE信号处理杂志等期刊的编委。

邓力，世界著名人工智能、机器学习和语音语言信号处理专家，现任微软首席人工智能科学家和深度学习技术中心研究经理。他在美国威斯康星大学先后获硕士和博士学位，然后在加拿大滑铁卢大学任教获得终身正教授。其间，他还任麻省理工学院研究职位。1999年加入微软研究院历任数职，并在2014年初创办深度学习技术中心，主持微软公司和研究院的人工智能和深度学习领域的技术创新。邓立博士的研究方向包括自动语音与说话者识别、口语识别与理解、语音-语音翻译、机器翻译、语言模式、统计方法与机器学习、听觉和其他生物信息处理、深层结构学习、类脑机器智能、图像语言多模态深度学习，商业大数据深度分析等。他在上述领域做出了重大贡献，是ASA（美国声学学会）会士、IEEE（美国电气和电子工程师协会）会士和理事、ISCA（国际语音通信协会）会士，并凭借在深度学习与自动语音识别方向做出的杰出贡献荣获2015年度IEEE 信号处理技术成就奖。同时，他也曾在顶级杂志和会议上发表过与上述领域相关的300余篇学术论文，出版过5部著作，发明及合作发明了超过70多项专利。邓立博士还担任过IEEE信号处理杂志和《音频、语音与语言处理学报》（IEEE/ACMTransactions on Audio, Speech & anguage Processing）的主编。

目录信息

1 Introduction
1.1 Automatic Speech Recognition: A Bridge for Better Communication
1.1.1 Human-Human Communication
1.1.2 Human-Machine Communication
1.2 Basic Architecture of ASR Systems
1.3 Book Organization
1.3.1 Part I: Conventional Acoustic Models
1.3.2 Part II: Deep Neural Networks
1.3.3 Part III: DNN-HMM Hybrid Systems for ASR
1.3.4 Part IV: Representation Learning in Deep Neural Networks
1.3.5 Part V: Advanced Deep Models
References
Part I Conventional Acoustic Models
2 Gaussian Mixture Models
2.1 Random Variables
2.2 Gaussian and Gaussian-Mixture Random Variables
2.3 Parameter Estimation
2.4 Mixture of Gaussians as a Model for the Distribution of Speech Features
References
3 Hidden Markov Models and the Variants
3.1 Introduction
3.2 Markov Chains
3.3 Hidden Markov Sequences and Models
3.3.1 Characterization of a Hidden Markov Model
3.3.2 Simulation of a Hidden Markov Model
3.3.3 Likelihood Evaluation of a Hidden Markov Model
3.3.4 An Algorithm for Efficient Likelihood Evaluation
3.3.5 Proofs of the Forward and Backward Recursions
3.4 EM Algorithm and Its Application to Learning HMM Parameters
3.4.1 Introduction to EM Algorithm
3.4.2 Applying EM to Learning the HMM—Baum-Welch Algorithm
3.5 Viterbi Algorithm for Decoding HMM State Sequences
3.5.1 Dynamic Programming and Viterbi Algorithm
3.5.2 Dynamic Programming for Decoding HMM States
3.6 The HMM and Variants for Generative Speech Modeling and Recognition
3.6.1 GMM-HMMs for Speech Modeling and Recognition
3.6.2 Trajectory and Hidden Dynamic Models for Speech Modeling and Recognition
3.6.3 The Speech Recognition Problem Using Generative Models of HMM and Its Variants
References
Part II Deep Neural Networks
4 Deep Neural Networks
4.1 The Deep Neural Network Architecture
4.2 Parameter Estimation with Error Backpropagation
4.2.1 Training Criteria
4.2.2 Training Algorithms
4.3 Practical Considerations
4.3.1 Data Preprocessing
4.3.2 Model Initialization
4.3.3 Weight Decay
4.3.4 Dropout
4.3.5 Batch Size Selection
4.3.6 Sample Randomization
4.3.7 Momentum
4.3.8 Learning Rate and Stopping Criterion
4.3.9 Network Architecture
4.3.10 Reproducibility and Restartability
References
5 Advanced Model Initialization Techniques
5.1 Restricted Boltzmann Machines
5.1.1 Properties of RBMs
5.1.2 RBM Parameter Learning
5.2 Deep Belief Network Pretraining
5.3 Pretraining with Denoising Autoencoder
5.4 Discriminative Pretraining
5.5 Hybrid Pretraining
5.6 Dropout Pretraining
References
Part III Deep Neural Network-Hidden MarkovModel Hybrid Systems for AutomaticSpeech Recognition
6 Deep Neural Network-Hidden Markov Model Hybrid Systems
6.1 DNN-HMM Hybrid Systems
6.1.1 Architecture
6.1.2 Decoding with CD-DNN-HMM
6.1.3 Training Procedure for CD-DNN-HMMs
6.1.4 Effects of Contextual Window
6.2 Key Components in the CD-DNN-HMM and Their Analysis
6.2.1 Datasets and Baselines for Comparisons and Analysis
6.2.2 Modeling Monophone States or Senones
6.2.3 Deeper Is Better
6.2.4 Exploit Neighboring Frames
6.2.5 Pretraining
6.2.6 Better Alignment Helps
6.2.7 Tuning Transition Probability
6.3 Kullback-Leibler Divergence-Based HMM
References
7 Training and Decoding Speedup
7.1 Training Speedup
7.1.1 Pipelined Backpropagation Using Multiple GPUs
7.1.2 Asynchronous SGD
7.1.3 Augmented Lagrangian Methods and Alternating Directions Method of Multipliers
7.1.4 Reduce Model Size
7.1.5 Other Approaches
7.2 Decoding Speedup
7.2.1 Parallel Computation
7.2.2 Sparse Network
7.2.3 Low-Rank Approximation
7.2.4 Teach Small DNN with Large DNN
7.2.5 Multiframe DNN
References
8 Deep Neural Network Sequence-Discriminative Training
8.1 Sequence-Discriminative Training Criteria
8.1.1 Maximum Mutual Information
8.1.2 Boosted MMI
8.1.3 MPE/sMBR
8.1.4 A Uniformed Formulation
8.2 Practical Considerations
8.2.1 Lattice Generation
8.2.2 Lattice Compensation
8.2.3 Frame Smoothing
8.2.4 Learning Rate Adjustment
8.2.5 Training Criterion Selection
8.2.6 Other Considerations
8.3 Noise Contrastive Estimation
8.3.1 Casting Probability Density Estimation Problem as a Classifier Design Problem
8.3.2 Extension to Unnormalized Models
8.3.3 Apply NCE in DNN Training
References
Part IV Representation Learningin Deep Neural Networks
9 Feature Representation Learning in Deep Neural Networks
9.1 Joint Learning of Feature Representation and Classifier
9.2 Feature Hierarchy
9.3 Flexibility in Using Arbitrary Input Features
9.4 Robustness of Features
9.4.1 Robust to Speaker Variations
9.4.2 Robust to Environment Variations
9.5 Robustness Across All Conditions
9.5.1 Robustness Across Noise Levels
9.5.2 Robustness Across Speaking Rates
9.6 Lack of Generalization Over Large Distortions
References
10 Fuse Deep Neural Network and Gaussian Mixture Model Systems
10.1 Use DNN-Derived Features in GMM-HMM Systems
10.1.1 GMM-HMM with Tandem and Bottleneck Features
10.1.2 DNN-HMM Hybrid System Versus GMM-HMM System with DNN-Derived Features
10.2 Fuse Recognition Results
10.2.1 ROVER
10.2.2 SCARF
10.2.3 MBR Lattice Combination
10.3 Fuse Frame-Level Acoustic Scores
10.4 Multistream Speech Recognition
References
11 Adaptation of Deep Neural Networks
11.1 The Adaptation Problem for Deep Neural Networks
11.2 Linear Transformations
11.2.1 Linear Input Networks
11.2.2 Linear Output Networks
11.3 Linear Hidden Networks
11.4 Conservative Training
11.4.1 L2 Regularization
11.4.2 KL-Divergence Regularization
11.4.3 Reducing Per-Speaker Footprint
11.5 Subspace Methods
11.5.1 Subspace Construction Through Principal Component Analysis
11.5.2 Noise-Aware, Speaker-Aware, and Device-Aware Training
11.5.3 Tensor
11.6 Effectiveness of DNN Speaker Adaptation
11.6.1 KL-Divergence Regularization Approach
11.6.2 Speaker-Aware Training
References
Part V Advanced Deep Models
12 Representation Sharing and Transfer in Deep Neural Networks
12.1 Multitask and Transfer Learning
12.1.1 Multitask Learning
12.1.2 Transfer Learning
12.2 Multilingual and Crosslingual Speech Recognition
12.2.1 Tandem/Bottleneck-Based Crosslingual Speech Recognition
12.2.2 Shared-Hidden-Layer Multilingual DNN
12.2.3 Crosslingual Model Transfer
12.3 Multiobjective Training of Deep Neural Networks for Speech Recognition
12.3.1 Robust Speech Recognition with Multitask Learning
12.3.2 Improved Phone Recognition with Multitask Learning
12.3.3 Recognizing both Phonemes and Graphemes
12.4 Robust Speech Recognition Exploiting Audio-Visual Information
References
13 Recurrent Neural Networks and Related Models
13.1 Introduction
13.2 State-Space Formulation of the Basic Recurrent Neural Network
13.3 The Backpropagation-Through-Time Learning Algorithm
13.3.1 Objective Function for Minimization
13.3.2 Recursive Computation of Error Terms
13.3.3 Update of RNN Weights
13.4 A Primal-Dual Technique for Learning Recurrent Neural Networks
13.4.1 Difficulties in Learning RNNs
13.4.2 Echo-State Property and Its Sufficient Condition
13.4.3 Learning RNNs as a Constrained Optimization Problem
13.4.4 A Primal-Dual Method for Learning RNNs
13.5 Recurrent Neural Networks Incorporating LSTM Cells
13.5.1 Motivations and Applications
13.5.2 The Architecture of LSTM Cells
13.5.3 Training the LSTM-RNN
13.6 Analyzing Recurrent Neural Networks—A Contrastive Approach
13.6.1 Direction of Information Flow: Top-Down versus Bottom-Up
13.6.2 The Nature of Representations: Localist or Distributed
13.6.3 Interpretability: Inferring Latent Layers versus End-to-End Learning
13.6.4 Parameterization: Parsimonious Conditionals versus Massive Weight Matrices
13.6.5 Methods of Model Learning: Variational Inference versus Gradient Descent
13.6.6 Recognition Accuracy Comparisons
13.7 Discussions
References
14 Computational Network
14.1 Computational Network
14.2 Forward Computation
14.3 Model Training
14.4 Typical Computation Nodes
14.4.1 Computation Node Types with No Operand
14.4.2 Computation Node Types with One Operand
14.4.3 Computation Node Types with Two Operands
14.4.4 Computation Node Types for Computing Statistics
14.5 Convolutional Neural Network
14.6 Recurrent Connections
14.6.1 Sample by Sample Processing Only Within Loops
14.6.2 Processing Multiple Utterances Simultaneously
14.6.3 Building Arbitrary Recurrent Neural Networks
References
15 Summary and Future Directions
15.1 Road Map
15.1.1 Debut of DNNs for ASR
15.1.2 Speedup of DNN Training and Decoding
15.1.3 Sequence Discriminative Training
15.1.4 Feature Processing
15.1.5 Adaptation
15.1.6 Multitask and Transfer Learning
15.1.7 Convolution Neural Networks
15.1.8 Recurrent Neural Networks and LSTM
15.1.9 Other Deep Models
15.2 State of the Art and Future Directions
15.2.1 State of the Art—A Brief Analysis
15.2.2 Future Directions
References
Index
· · · · · · (收起)

读后感

☆☆☆☆☆

本人也是入门级选手，最近写论文，所以买了这本书，看了一下，卡在了传统模型上面，怀疑自己是不是太笨了？（只有deep learning背景）答案：并不是的。这本书就不适合入门。那怎么入门呢？ 1.不要在一本书上吊死。网上还有很多很亲切的材料等待您去挖掘，比如我搜到这篇：[GM...

☆☆☆☆☆

用户评价

☆☆☆☆☆

拿到这本《Automatic Speech Recognition》的时候，我的第一印象是它的装帧非常朴实，内容更是直击核心，没有任何花哨的包装，全是硬碰硬的技术干货。我最欣赏它在系统工程实践方面的论述，很多教科书往往只停留在理论层面，但这本书却花了大量篇幅讨论实际部署中遇到的挑战，比如实时性约束下的解码优化、资源受限设备上的模型剪枝，以及如何处理不同口音和环境噪声的鲁棒性问题。作者似乎是将自己多年在一线项目中积累的“踩坑”经验毫无保留地倾囊相授，这对于我们这些试图将实验室成果转化为商业产品的开发者来说，简直是雪中送炭。书中对语言模型（LM）与声学模型（AM）的集成策略讨论得非常透彻，特别是关于浅层LM到复杂Transformer-LM的演进路径，提供了许多实用的见解。虽然它没有提供大量的代码示例，但其详尽的算法描述足以让我们在任何主流编程框架下进行复现和二次开发。这本书更像是一位经验丰富的老前辈在耳边细细讲解项目中的关键技术点。

☆☆☆☆☆

老实说，我对这本书的阅读体验是充满矛盾的。一方面，它对语音识别历史脉络的梳理非常到位，从早期的模板匹配到HMM的黄金时代，再到当前RNN/CNN/Attention的百花齐放，形成了一幅清晰的技术发展图景。这种宏观视角对于理解整个领域的发展趋势至关重要。但另一方面，它在介绍最新进展时的速度似乎稍显滞后。当我翻到关于最新的大型预训练语音模型的部分时，感觉文字描述略显陈旧，缺乏对近两年内SOTA（State-of-the-Art）模型架构的深入剖析，比如那些在LibriSpeech等公开数据集上刷新记录的模型细节，书里似乎只是点到为止，没有提供足够的数据驱动的视角来支撑其观点。这使得这本书更适合作为建立稳固基础知识的教材，而不是紧跟业界前沿动态的速查手册。如果你想了解“ASR是怎么一步步发展到今天的”，这本书是极好的；但如果你想知道“今天最顶尖的ASR是怎么工作的”，你可能需要结合最新的论文集来阅读。

☆☆☆☆☆

对于习惯了图文并茂、配有大量可视化图表的现代技术书籍的读者来说，这本《Automatic Speech Recognition》的阅读体验或许会显得有些“枯燥”。全书的重点几乎完全放在了严密的数学推导和逻辑论证上，图表的使用频率相对较低，且多为结构框图而非数据可视化。这无疑要求读者必须具备强大的抽象思维能力和耐心。书中对概率图模型在语音识别中的应用阐述得非常深入，特别是在解码阶段的搜索算法（如束搜索）的优化细节上，作者给出了非常详尽的数学证明。这种对“为什么”的极致追求，虽然使得阅读过程略显费力，但一旦理解透彻，你对整个解码过程的控制力将大大增强。它不是那种可以轻松翻阅的“消遣读物”，而更像是一份需要反复咀嚼、需要计算器辅助才能完全消化的专业文献集。如果你想在学术界或研究机构深入发展，这本书的深度和严谨性是无可替代的财富。

☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是其在数据处理和评估指标方面展现出的专业度。语音识别的成功与否，很大程度上取决于数据的质量和标注的规范性。作者花费了大量的笔墨来讨论如何构建高质量的训练语料库，包括数据清洗、语音活动检测（VAD）的策略，以及如何量化和解决标注噪声对模型性能的影响。评估部分也做得很到位，不仅仅是停留在简单的词错误率（WER）上，还深入探讨了置信度评估、鲁棒性测试等更贴近实际应用的指标体系构建。这种对“非核心算法”却至关重要的环节的重视，体现了作者对整个工程实践的深刻理解。它让我意识到，一个优秀的ASR系统，其性能的提升往往是在数据流和评估体系上找到突破口，而不是盲目追求更复杂的网络结构。这本书成功地将“算法”与“工程实践”这两个看似分离的领域紧密地编织在一起，提供了一个更为全面的视角。

☆☆☆☆☆

这本关于自动语音识别的书籍，从头到尾都散发着一种严谨的学术气息。作者显然在语音信号处理和机器学习领域有着深厚的积累，书中对底层算法的阐述极其详尽，无论是经典的隐马尔夫模型（HMM）还是近年来大放异彩的深度神经网络（DNN）架构，都被剖析得入木三分。我尤其欣赏作者在介绍特征提取部分时，那种庖丁解牛般的清晰逻辑，MFCC、LPC等传统方法与现代端到端模型所需的声学特征构建过程对比鲜明，为读者搭建了一个坚实的理论基石。对于希望深入理解ASR系统内部工作原理的工程师或研究生来说，这本书无疑是一本宝贵的参考手册。然而，它的深度也意味着一定的阅读门槛，那些期望快速上手、直接调用API的初学者可能会在矩阵运算和概率论的海洋里感到一丝迷茫。书中对数学公式的推导过程毫不含糊，确保了读者能够真正掌握“为什么”这样做，而非仅仅停留在“怎么做”的层面。总而言之，这是一部需要静下心来仔细研读的经典之作，其价值在于构建知识体系的深度和广度，而不是作为一本速成指南出现。

☆☆☆☆☆

国庆长假读完了这本书，它属于语音识别方向综述性的文章，集中在声学模型训练部分，对于解码器和语言模型方面没有介绍。阅读需要一定的asr基础知识，不是入门级别的。对于很多知识点一带而过，需要深究还需要查看相关文献。整体来讲框架还是非常清晰，是一本很好的综述类书籍，由于是2014年出版，2015年和2016年比较新的技术（比如CTC）没有涉及。

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