英國(guó)查爾斯王子迎娶卡米拉時(shí)，讀唇者成功破解了伊麗莎白二世與兒子的低語(yǔ)，讓女王糟糕的婆媳關(guān)系浮現(xiàn)在大眾眼前 —— 這可能是“唇語(yǔ)識(shí)別”第一次大面積走進(jìn)大眾的視野。

什么是唇語(yǔ)識(shí)別

所謂的“唇語(yǔ)識(shí)別”，其實(shí)并不神秘。

早在古代，就有專(zhuān)門(mén)的唇語(yǔ)師存在。通過(guò)長(zhǎng)期的訓(xùn)練，他們具備了“觀(guān)察別人的嘴型，解讀其表達(dá)語(yǔ)句”的能力。在現(xiàn)代社會(huì)里，一些聽(tīng)力障礙者們也會(huì)使用這種技巧與他人進(jìn)行交談，補(bǔ)充聽(tīng)力器官的不足。

但隨著科技的發(fā)展，人工智能在各領(lǐng)域漸次開(kāi)放，在唇語(yǔ)識(shí)別上，機(jī)器已經(jīng)做的比人類(lèi)好了。

從技術(shù)路徑上，唇語(yǔ)識(shí)別是一項(xiàng)集機(jī)器視覺(jué)與自然語(yǔ)言處理于一體的復(fù)合型技術(shù)。

要理解這個(gè)“唇語(yǔ)識(shí)別”，需要注意這幾個(gè)關(guān)鍵詞：

運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)從圖像中識(shí)別出說(shuō)話(huà)人的人臉，提取此人連續(xù)說(shuō)話(huà)時(shí)口型變化的特征。

將連續(xù)變化的特征輸入到唇語(yǔ)識(shí)別模型中，識(shí)別說(shuō)話(huà)人口型對(duì)應(yīng)的發(fā)音，運(yùn)用大數(shù)據(jù)計(jì)算出可能性最大的自然語(yǔ)言語(yǔ)句。

圖中字幕是由谷歌AI通過(guò)唇讀實(shí)時(shí)同步輸出，語(yǔ)速之快，難度之大。

在唇語(yǔ)識(shí)別過(guò)程中，口型與發(fā)音，發(fā)音與文字之間，并不是唯一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，常常有多個(gè)可能的備選結(jié)果，需要實(shí)時(shí)計(jì)算出可能性最大的結(jié)果。

唇語(yǔ)識(shí)別的研究現(xiàn)狀

早在 2003 年，Intel 就開(kāi)發(fā)了唇語(yǔ)識(shí)別軟件 Audio Visual Speech Recognition（AVSR），開(kāi)發(fā)者得以能夠研發(fā)可以進(jìn)行唇語(yǔ)識(shí)別的計(jì)算機(jī)。

2016 年 Google DeepMind 的唇語(yǔ)識(shí)別技術(shù)就已經(jīng)可以支持 17500 個(gè)詞，新聞測(cè)試集識(shí)別準(zhǔn)確率首次達(dá)到了 50％ 以上。

海云數(shù)據(jù)，截至2018年他們訓(xùn)練新聞?lì)惞?jié)目時(shí)長(zhǎng)是1萬(wàn)小時(shí)。為什么是新聞?lì)惞?jié)目？當(dāng)然是因?yàn)椴ヒ魡T的唇語(yǔ)最標(biāo)準(zhǔn)。目前，海云數(shù)據(jù)在英文方面可以達(dá)到80％的準(zhǔn)確度，中文方面是71％

                                 海云數(shù)據(jù)的AI唇語(yǔ)識(shí)別測(cè)試

搜狗的通用識(shí)別準(zhǔn)確率在60％以上，而在車(chē)載、智慧家居等垂直場(chǎng)景下，準(zhǔn)確率高達(dá)90％。

                                  搜狗的AI唇語(yǔ)識(shí)別測(cè)試

從視頻中可以看出將面部放入橢圓形區(qū)域內(nèi)，不發(fā)聲的說(shuō)出一段話(huà)，幾乎說(shuō)完的瞬間，識(shí)別的文字就出現(xiàn)在屏幕上，無(wú)論是口語(yǔ)、詩(shī)詞、歌詞還是繞口令，都能很好的識(shí)別。

唇語(yǔ)識(shí)別的技術(shù)原理

AI唇語(yǔ)識(shí)別技術(shù)原理：

唇語(yǔ)識(shí)別技術(shù)從鏡頭輸入到理解輸出，中間最重要的關(guān)鍵是：視覺(jué)前段、視覺(jué)特征提取、唇動(dòng)識(shí)別。

 視覺(jué)前段——包括人臉檢測(cè)與唇的檢測(cè)和定位，先用人臉檢測(cè)演算法得到人臉然后有針對(duì)性的定位唇動(dòng)；

或者利用最佳閩值二值化演算法，以唇的邊緣是平滑的，和左右形狀對(duì)稱(chēng)為條件，作為二值化閩值選定的約束條件，得到平滑而對(duì)稱(chēng)的唇圖像。

視覺(jué)特征提取——是對(duì)獲取的唇圖像進(jìn)行處理得到對(duì)應(yīng)特征，特征提取方法主要分為基于圖元的方法和基于模型的方法兩大類(lèi)；

搜狗所用的基于模型的方法就是，對(duì)唇的輪廓建立一個(gè)模型，將特征資訊包含在這個(gè)模型之中，并對(duì)模型中特征資訊的變化用一個(gè)小的參數(shù)來(lái)描述。

這類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)是重要特征被表示成二維參數(shù)，不會(huì)因光照、縮放、旋轉(zhuǎn)、平移而改變，缺點(diǎn)是忽略了細(xì)微的三維資訊，可能會(huì)對(duì)后面的識(shí)別過(guò)程造成影響。

 唇動(dòng)識(shí)別——目前采用的技術(shù)大多是隱瑪爾可夫模型（ Hidden Markov Model，簡(jiǎn)稱(chēng) HMM ），該模型認(rèn)為唇動(dòng)信號(hào)在極短時(shí)間內(nèi)是線(xiàn)性的，可以用線(xiàn)性參數(shù)模型來(lái)表示，然后將許多線(xiàn)性模型在時(shí)間上串接起來(lái)，組成一條瑪爾可夫鏈。

瑪爾可夫鏈可以用來(lái)描述統(tǒng)計(jì)特征資訊的變化，并且這種變化過(guò)程與人的唇動(dòng)過(guò)程是相吻合的，所以 HMM 能夠識(shí)別唇動(dòng)并與相應(yīng)語(yǔ)句匹配轉(zhuǎn)化成文字。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)方法在語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域里取得的巨大成功，尤其是 HMM 的應(yīng)用，根據(jù)唇語(yǔ)識(shí)別研究和語(yǔ)音識(shí)別的相似性，出現(xiàn)了大量的 HMM 應(yīng)用在唇語(yǔ)識(shí)別領(lǐng)域的研究成果。

在非特定開(kāi)放口語(yǔ)測(cè)試中，目前的通用識(shí)別準(zhǔn)確率已經(jīng)在 70％ 以上，而在金融風(fēng)控、車(chē)載、智能家居等垂直場(chǎng)景下，已達(dá)到超過(guò) 90％ 的準(zhǔn)確率。

唇語(yǔ)識(shí)別的研究意義

人類(lèi)費(fèi)盡心力開(kāi)發(fā)研究人工智能、提高唇語(yǔ)識(shí)別的準(zhǔn)確率，除了偷窺伊麗莎白二世和兒子的秘密外，還有很多更為廣泛的用途：

比如應(yīng)用于金融在線(xiàn)業(yè)務(wù)的生物識(shí)別、噪聲環(huán)境下輔助語(yǔ)音識(shí)別、輔助聽(tīng)障人士交流、體育賽事暴力語(yǔ)言識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域，這些都是有著實(shí)際意義且頗為重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

自出現(xiàn)唇語(yǔ)識(shí)別技術(shù)出現(xiàn)起，就有聲音說(shuō)唇語(yǔ)識(shí)別是語(yǔ)言交互的高階戰(zhàn)，甚至可能帶來(lái)一場(chǎng)革命。

但在人工智能大范圍落地的今天，國(guó)內(nèi)從業(yè)者扎堆涌入的，大多為語(yǔ)音識(shí)別，圖像識(shí)別，人臉識(shí)別，機(jī)器翻譯，無(wú)人駕駛，虛擬助手和個(gè)性化內(nèi)容推薦等領(lǐng)域，相較這些聚光燈之下的落地場(chǎng)景，唇語(yǔ)識(shí)別相對(duì)冷僻。

但業(yè)界的常識(shí)是：人工智能未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)數(shù)萬(wàn)億美元的巨大市場(chǎng)，在面對(duì)具體乃至細(xì)碎的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，人工智能的細(xì)分程度，勢(shì)必如百年前的電力那般觸角龐雜。

而廣袤的嫁接空間也意味著，從真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，人工智能領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)不少藍(lán)海市場(chǎng)，被國(guó)內(nèi)巨頭忽視的唇語(yǔ)識(shí)別就是其中之一。