中科大科大讯飞开源OpenMusic：音乐生成更高质量，更有乐感

news2024/12/24 13:32:27

文章链接：https://arxiv.org/pdf/2405.15863

代码链接：https://github.com/ivcylc/qa-mdt

Huggingface链接：https://huggingface.co/spaces/jadechoghari/OpenMusic

Demo链接：https://qa-mdt.github.io/ （chatgpt * 30， musiccaps * 30）

亮点直击

提出了一种质量感知训练范式，使模型在训练过程中能够感知数据集的质量，从而在音乐性（美学角度）和音频质量方面实现卓越的音乐生成效果。
创新性地将masked扩散Transformer引入到音乐信号中，展示了其在建模音乐潜在空间上的独特效果，以及其在质量控制感知方面的卓越能力，从而进一步提升了生成音乐的质量和音乐性。
解决了大型音乐数据集中文本与音频低相关性的问题，有效提高了文本对齐度和生成的多样性。

背景

近年来，基于扩散的文本到音乐（TTM）生成方法逐渐受到重视，提供了一种创新的方法，将文本描述合成音乐内容。要在这一生成过程中实现高准确性和多样性，必须依赖大量高质量的数据，包括高保真音频波形和详细的文本描述，但这些通常仅占现有数据集中的一小部分。在开源数据集中，低质量音乐波形、标签错误、弱标签和无标签数据等问题显著阻碍了音乐生成模型的发展。为了解决这些挑战，今天和大家分享一种全新的高质量音乐生成范式，该范式结合了质量感知训练策略，使生成模型能够在训练过程中辨别输入音乐波形的质量。利用音乐信号的独特特性，首先针对TTM任务调整并实现了一个掩码扩散Transformer（MDT）模型，展现出其在质量控制和音乐性增强方面的独特能力。此外，还通过字幕优化数据处理方法解决了TTM中低质量字幕的问题。实验结果表明，在MusicCaps和Song-Describer数据集上取得了当前最先进的（SOTA）性能。

当前音乐生成（音效生成）领域的问题为质量低，具体来说分为三个方面：

大部分的开源数据集音质低（FMA，AudioSet，MSD），旋律杂乱
音乐性（美学角度）差
文本对齐度低，大多数的音频处于少标签，弱标签，错标签。其中，第1点可以由下图蓝色分布CLAP分数表征，2，3点可以由数据集的平均MOS分布表征（颜色由分割）

创新方法及思路

质量信息注入

解决： 引入质量感知训练策略。采用主观数据集中的MOS分训练出的质量评分模型，在训练过程中注入（伪MOS分）音频质量信息。

两种注入方法：

利用 text encoder 对分级后的 low quality, medium quality, high quality 质量文本进行cross attn嵌入【粗粒度，适配unet架构和transformer类架构】
参考U-ViT内时间信息和label信息的融入方式，以量化（阈值由决定）后转换为quality embedding，以token 形式进行控制注入,【细粒度，并且只适配transformer类架构】

结论：质量感知策略允许了在推理阶段以高质量文本和质量token进行引导，从而生成显著高于训练集平均质量的音频。

以类似解耦的方式在训练中感知音频的质量（类似TTS中分离出音色训练），从而更好地促进了模型的训练（大幅降低FAD，KL，并提升IS，REL，CLAP等指标）。

我们还发现，粗粒度文本控制和细粒度token控制相结合，更有助于模型训练中解耦，感知，并控制更高质量音频的生成，从而解决训练数据集影响的问题

质量感知型 masked扩散Transformer

解决：从音乐性建模角度，我们发现 U-ViT/DiT 类架构对频谱隐空间建模也具有图像上表达的scale ability，并能更好建模谐波，音色等方面（反应在主观评分）

优化：

对频谱切片而言，此类结构的收敛速度慢。消融数据集中，20w步时依然不能很好控制收敛，推测来源于时域/频域相关性弱。故在预训练阶段加入掩码，加速训练速度和频谱关联性。微调阶段以高质量数据进一步强化模型（5W步就有收敛迹象）。
相比于U-Net，transformer based架构对text encoder的质量信息感知能力增强，并且U-ViT 式 token 质量融入策略显著有效进一步提升质量并降低客观指标
图像中切块未考虑 overlap，探究了overlap策略在合成中的作用（大幅降低FAD，但在主观听感上有trade off）