pytorch如何實(shí)現(xiàn)加載語音類的數(shù)據(jù)集

發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 15:01:50 來源：億速云閱讀：413 作者：Leah 欄目：開發(fā)技術(shù)

pytorch如何實(shí)現(xiàn)加載語音類的數(shù)據(jù)集？很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

　　pytorch對一下常用的公開數(shù)據(jù)集有很方便的API接口，但是當(dāng)我們需要使用自己的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就需要自定義數(shù)據(jù)集，在pytorch中，提供了一些類，方便我們定義自己的數(shù)據(jù)集合

torch.utils.data.Dataset：所有繼承他的子類都應(yīng)該重寫 __len()__ ， __getitem()__ 這兩個(gè)方法
- __len()__ ：返回?cái)?shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的數(shù)量
- __getitem()__ ：返回支持下標(biāo)索引方式獲取的一個(gè)數(shù)據(jù)
torch.utils.data.DataLoader：對數(shù)據(jù)集進(jìn)行包裝，可以設(shè)置batch_size、是否shuffle....

第一步

　　自定義的 Dataset 都需要繼承 torch.utils.data.Dataset 類，并且重寫它的兩個(gè)成員方法：

__len()__：讀取數(shù)據(jù)，返回?cái)?shù)據(jù)和標(biāo)簽
__getitem()__：返回?cái)?shù)據(jù)集的長度

from torch.utils.data import Dataset


class AudioDataset(Dataset):
 def __init__(self, ...):
 """類的初始化"""
 pass

 def __getitem__(self, item):
 """每次怎么讀數(shù)據(jù)，返回?cái)?shù)據(jù)和標(biāo)簽"""
 return data, label

 def __len__(self):
 """返回整個(gè)數(shù)據(jù)集的長度"""
 return total

注意事項(xiàng)：Dataset只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的抽象，一次調(diào)用getiitem只返回一個(gè)樣本

案例：

　　文件目錄結(jié)構(gòu)

p225
- ***.wav
- ***.wav
- ***.wav
- ...
dataset.py

目的：讀取p225文件夾中的音頻數(shù)據(jù)

class AudioDataset(Dataset):
 def __init__(self, data_folder, sr=16000, dimension=8192):
 self.data_folder = data_folder
 self.sr = sr
 self.dim = dimension

 # 獲取音頻名列表
 self.wav_list = []
 for root, dirnames, filenames in os.walk(data_folder):
 for filename in fnmatch.filter(filenames, "*.wav"): # 實(shí)現(xiàn)列表特殊字符的過濾或篩選,返回符合匹配“.wav”字符列表
 self.wav_list.append(os.path.join(root, filename))

 def __getitem__(self, item):
 # 讀取一個(gè)音頻文件，返回每個(gè)音頻數(shù)據(jù)
 filename = self.wav_list[item]
 wb_wav, _ = librosa.load(filename, sr=self.sr)

 # 取 幀
 if len(wb_wav) >= self.dim:
 max_audio_start = len(wb_wav) - self.dim
 audio_start = np.random.randint(0, max_audio_start)
 wb_wav = wb_wav[audio_start: audio_start + self.dim]
 else:
 wb_wav = np.pad(wb_wav, (0, self.dim - len(wb_wav)), "constant")

 return wb_wav, filename

 def __len__(self):
 # 音頻文件的總數(shù)
 return len(self.wav_list)

注意事項(xiàng)：19-24行：每個(gè)音頻的長度不一樣，如果直接讀取數(shù)據(jù)返回出來的話，會造成維度不匹配而報(bào)錯(cuò)，因此只能每次取一個(gè)音頻文件讀取一幀，這樣顯然并沒有用到所有的語音數(shù)據(jù)，

第二步

　　實(shí)例化 Dataset 對象

Dataset= AudioDataset("./p225", sr=16000)

如果要通過batch讀取數(shù)據(jù)的可直接跳到第三步，如果你想一個(gè)一個(gè)讀取數(shù)據(jù)的可以看我接下來的操作

# 實(shí)例化AudioDataset對象
train_set = AudioDataset("./p225", sr=16000)

for i, data in enumerate(train_set):
 wb_wav, filname = data
 print(i, wb_wav.shape, filname)

 if i == 3:
 break
 # 0 (8192,) ./p225\p225_001.wav
 # 1 (8192,) ./p225\p225_002.wav
 # 2 (8192,) ./p225\p225_003.wav
 # 3 (8192,) ./p225\p225_004.wav

第三步

　　如果想要通過batch讀取數(shù)據(jù)，需要使用DataLoader進(jìn)行包裝

為何要使用DataLoader？

深度學(xué)習(xí)的輸入是mini_batch形式
樣本加載時(shí)候可能需要隨機(jī)打亂順序，shuffle操作
樣本加載需要采用多線程

　　pytorch提供的 DataLoader 封裝了上述的功能，這樣使用起來更方便。

DataLoader(dataset, batch_size=1, shuffle=False, sampler=None, num_workers=0, collate_fn=default_collate, pin_memory=False, drop_last=False)

參數(shù)：

dataset：加載的數(shù)據(jù)集（Dataset對象）
batch_size：每個(gè)批次要加載多少個(gè)樣本（默認(rèn)值：1）
shuffle：每個(gè)epoch是否將數(shù)據(jù)打亂
sampler：定義從數(shù)據(jù)集中抽取樣本的策略。如果指定，則不能指定洗牌。
batch_sampler：類似于sampler，但每次返回一批索引。與batch_size、shuffle、sampler和drop_last相互排斥。
num_workers：使用多進(jìn)程加載的進(jìn)程數(shù)，0代表不使用多線程
collate_fn：如何將多個(gè)樣本數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)batch，一般使用默認(rèn)拼接方式
pin_memory：是否將數(shù)據(jù)保存在pin memory區(qū)，pin memory中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到GPU會快一些
drop_last：dataset中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)可能不是batch_size的整數(shù)倍，drop_last為True會將多出來不足一個(gè)batch的數(shù)據(jù)丟棄

返回：數(shù)據(jù)加載器

案例：

# 實(shí)例化AudioDataset對象
train_set = AudioDataset("./p225", sr=16000)
train_loader = DataLoader(train_set, batch_size=8, shuffle=True)

for (i, data) in enumerate(train_loader):
 wav_data, wav_name = data
 print(wav_data.shape) # torch.Size([8, 8192])
 print(i, wav_name)
 # ('./p225\\p225_293.wav', './p225\\p225_156.wav', './p225\\p225_277.wav', './p225\\p225_210.wav',
 # './p225\\p225_126.wav', './p225\\p225_021.wav', './p225\\p225_257.wav', './p225\\p225_192.wav')

我們來吃幾個(gè)栗子消化一下：

栗子1

　　這個(gè)例子就是本文一直舉例的，栗子1只是合并了一下而已

　　文件目錄結(jié)構(gòu)

p225
- ***.wav
- ***.wav
- ***.wav
- ...
dataset.py

目的：讀取p225文件夾中的音頻數(shù)據(jù)

import fnmatch
import os
import librosa
import numpy as np
from torch.utils.data import Dataset
from torch.utils.data import DataLoader


class Aduio_DataLoader(Dataset):
 def __init__(self, data_folder, sr=16000, dimension=8192):
 self.data_folder = data_folder
 self.sr = sr
 self.dim = dimension

 # 獲取音頻名列表
 self.wav_list = []
 for root, dirnames, filenames in os.walk(data_folder):
  for filename in fnmatch.filter(filenames, "*.wav"): # 實(shí)現(xiàn)列表特殊字符的過濾或篩選,返回符合匹配“.wav”字符列表
  self.wav_list.append(os.path.join(root, filename))

 def __getitem__(self, item):
 # 讀取一個(gè)音頻文件，返回每個(gè)音頻數(shù)據(jù)
 filename = self.wav_list[item]
 print(filename)
 wb_wav, _ = librosa.load(filename, sr=self.sr)

 # 取 幀
 if len(wb_wav) >= self.dim:
  max_audio_start = len(wb_wav) - self.dim
  audio_start = np.random.randint(0, max_audio_start)
  wb_wav = wb_wav[audio_start: audio_start + self.dim]
 else:
  wb_wav = np.pad(wb_wav, (0, self.dim - len(wb_wav)), "constant")

 return wb_wav, filename

 def __len__(self):
 # 音頻文件的總數(shù)
 return len(self.wav_list)


train_set = Aduio_DataLoader("./p225", sr=16000)
train_loader = DataLoader(train_set, batch_size=8, shuffle=True)


for (i, data) in enumerate(train_loader):
 wav_data, wav_name = data
 print(wav_data.shape) # torch.Size([8, 8192])
 print(i, wav_name)
 # ('./p225\\p225_293.wav', './p225\\p225_156.wav', './p225\\p225_277.wav', './p225\\p225_210.wav',
 # './p225\\p225_126.wav', './p225\\p225_021.wav', './p225\\p225_257.wav', './p225\\p225_192.wav')

注意事項(xiàng)：

27-33行：每個(gè)音頻的長度不一樣，如果直接讀取數(shù)據(jù)返回出來的話，會造成維度不匹配而報(bào)錯(cuò)，因此只能每次取一個(gè)音頻文件讀取一幀，這樣顯然并沒有用到所有的語音數(shù)據(jù)，
48行：我們在__getitem__中并沒有將numpy數(shù)組轉(zhuǎn)換為tensor格式，可是第48行顯示數(shù)據(jù)是tensor格式的。這里需要引起注意

栗子2

　　相比于案例1，案例二才是重點(diǎn)，因?yàn)槲覀儾豢赡苊看沃粡囊灰纛l文件中讀取一幀，然后讀取另一個(gè)音頻文件，通常情況下，一段音頻有很多幀，我們需要的是按順序的讀取一個(gè)batch_size的音頻幀，先讀取第一個(gè)音頻文件，如果滿足一個(gè)batch，則不用讀取第二個(gè)batch，如果不足一個(gè)batch則讀取第二個(gè)音頻文件，來補(bǔ)充。

　　我給出一個(gè)建議，先按順序讀取每個(gè)音頻文件，以窗長8192、幀移4096對語音進(jìn)行分幀，然后拼接。得到（幀數(shù)，幀長，1）（frame_num, frame_len, 1）的數(shù)組保存到h6中。然后用上面講到的 torch.utils.data.Dataset 和 torch.utils.data.DataLoader 讀取數(shù)據(jù)。

具體實(shí)現(xiàn)代碼：

　　第一步：創(chuàng)建一個(gè)H5_generation腳本用來將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為h6格式文件：

　　第二步：通過Dataset從h6格式文件中讀取數(shù)據(jù)

import numpy as np
from torch.utils.data import Dataset
from torch.utils.data import DataLoader
import h6py

def load_h6(h6_path):
 # load training data
 with h6py.File(h6_path, 'r') as hf:
 print('List of arrays in input file:', hf.keys())
 X = np.array(hf.get('data'), dtype=np.float32)
 Y = np.array(hf.get('label'), dtype=np.float32)
 return X, Y


class AudioDataset(Dataset):
 """數(shù)據(jù)加載器"""
 def __init__(self, data_folder):
 self.data_folder = data_folder
 self.X, self.Y = load_h6(data_folder) # (3392, 8192, 1)

 def __getitem__(self, item):
 # 返回一個(gè)音頻數(shù)據(jù)
 X = self.X[item]
 Y = self.Y[item]

 return X, Y

 def __len__(self):
 return len(self.X)


train_set = AudioDataset("./speaker225_resample_train.h6")
train_loader = DataLoader(train_set, batch_size=64, shuffle=True, drop_last=True)


for (i, wav_data) in enumerate(train_loader):
 X, Y = wav_data
 print(i, X.shape)
 # 0 torch.Size([64, 8192, 1])
 # 1 torch.Size([64, 8192, 1])
 # ...

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