生动化你的表达——DuerOS中的SSML应用

在对话式AI系统中，语音交互是主要的输入输出方式。对语音输出而言，有两种主要的方法，一种是事先制作好音频，然后根据用户的请求，播放音频；另一种是通过语音合成中的TTS技术，将文本转化为语音。在很多情况下，制作的音频往往要比语音合成的用户体验要好，因为人的声音中有更多的“色彩”，语音语调中可以有更多的情绪。

但是，预先制作的工作量往往较大，而且由于预制的确定性，导致输出内容的动态性较弱。按需定制，动态输出正是TTS的强大之处。那么，如何让TTS的表达更加生动呢？在对话式AI系统DuerOS中， 内容的生动化表达是通过SSML 实现的。

什么是SSML

SSML是一种标准的，基于XML的标记语言，使用这些标识来命令语音合成器/服务把文本（输入）转化成可读的输出结果。简单来说，就是把带有一定文字标识格式的文本语言转化语音输出结果。

SSML设计的最初目的就是为了帮助开发人员提高合成结果的内容，通过格式化和标准化的标记方式来控制语音输出的各种属性，例如发音，音量等参数设置。因此，SSML设计的几个关键要素如下：

• 一致性：提供可预测的语音输出控制，支持不同的语音合成服务部署
• 兼容性：支持W3C的标准，包括但不仅限于VoiceXML，ACSS和 SMIL
• 通用性：支持各种语音内容
• 国际化：支持各种语言的语音输出
• 自动化和可读性：支持自动化生成和手写文本格式，支持良好的可读性
• 可部署性：能够支持目前现有的技术，尽量减少可选功能数量。

SSML 的工作原理

支持SSML的TTS系统（语音合成处理器）将负责将文档呈现为语音输出，并使用标记中包含的信息按照预期以音频形式呈现文档，主要原理如下：

1）XML解析：XML解析器用于从传入的文本文档中提取文档树和内容。此步骤中获得的结构、标记和属性会影响以下每个步骤。

2）结构分析：文档的结构会影响文档的阅读方式。例如，有一些常见的与段落和句子相关的口语模式。

3）文本规范化：所有书面语言都有特殊的结构，需要将书面形式转换为口语形式。文本规范化是执行此转换的合成处理器的自动过程。例如，当文档中出现“$200”时，可以将其称为“200美元”。到这一步结束时，要说的文本已经完全转换为token，token的具体构成细节是特定于语言的。标记通常用空格分隔，通常是单词。 一般地，SSML中的标记不能跨越其他的标记。

4）文本到音位的转换： 一旦语音合成处理器确定了要说的token集合，就必须为每个token派生发音。发音可以很方便地描述为音素序列，它是语言中用来区分一个词和另一个词的声音单位。每种语言都有一个特定的音位集。

5）韵律分析：韵律是语音输出的一组特征，包括音调（也称为语调或旋律）、时间（或节奏）、停顿、说话速度、对单词的强调和许多其他特征。韵律分析，对于使语言听起来自然，正确传达语音中的意义是非常重要的。

6）波形生成： 语音合成处理器利用音位和韵律信息生成音频波形。此处理步骤有许多方法，因此可能存在相当大的特定于处理器的变化。

SSML中的元素和属性示例

SSML是一种标记语言，所以必须具备一定的文件结构。所有的SSML文件都需要的Speak元素标签入口，更多关于SSML的语法格式，可以参考W3C官方文档，以下是关于SSML主要标签的说明。

SSML具有非常强大的功能支持，比较典型的功能就是录音文件播放功能。其具体的实现方式是通过一个<audio>元素标签提供的URL路径对语音文件进行播放。

下面是W3C规范中给出的一个示例：

<?xml version="1.0"?>
<speak version="1.1" xmlns="http://www.w3.org/2001/10/synthesis"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.w3.org/2001/10/synthesis
                 http://www.w3.org/TR/speech-synthesis11/synthesis.xsd"
       xml:lang="en-US">
                 
  <!-- Empty element -->
  Please say your name after the tone.  <audio src="beep.wav"/>

  <!-- Container element with alternative text -->
  <audio src="prompt.au">What city do you want to fly from?</audio>
  <audio src="welcome.wav">
    <emphasis>Welcome</emphasis> to the Voice Portal.
  </audio>

</speak>

DuerOS中的SSML

在DuerOS的技能开发中，DuerOS会将技能返回的response消息里面的文本信息按照一定的规则转化成语音信息进行播放（可以参考面向接口/协议？看DuerOS的技能开发，用JavaScript打造AI应用-从Nodejs SDK 看DuerOS的技能开发以及从Java SDK看DuerOS的技能开发）。转化后的语音有着与预期相同的特征，如语调、语速、停顿等都相同。

DuerOS支持基础标签和扩展标签两种。基础标签里的所有标签都是SSML标准标签，相当于SSML标签的子集。扩展标签指DuerOS使用标准SSML语言定制的标签。

基础标签

基础标签目前包括6种：

• speak：根标签
• audio：根据url合成已有音频
• say-as：设置数字、符号等的读法
• sub：替换目标单词
• silence：设置静音，在文本播报的开头或者结尾增加静音片段，最大10s
• phoneme：多音字注音

对于audio标签而言，音频以服务器可以访问的的地址给出，目前支持16K采样和24K采样,16bit,单声道，44字节头的wave格式文件。出于性能的约束，要求必须将相应的音频文件上传到百度云bos平台，使用bos提供的地址。单个请求最大限制3个并列的audio资源，单个audio资源大小限制为3M。

使用前需要前把音频转换为支持的格式，推荐使用ffmpeg。命令参考如下：

ffmpeg -i <input-file> -acodec pcm_s16le -b:a 16k -ar 16000 -ac 1 -flags bitexact <output-file.wav>

audio标签支持单标签和双标签,如果是双标签的话，当音频无法访问时，将合成嵌套文本。

扩展标签

扩展标签目前包括4种：

• background：设置背景声
• say-as： 在属性interpret-as加入两个新值，仅对英文有效
• poem：设置诗词，属性值 “wuyan”代表五言诗；“qiyan”代表七言诗；“songci”代表宋词
• space： 在所包含文本的空格处生成停顿

其中background标签与audio 标签具有类似的性质，要求必须将相应的音频文件上传到百度云bos平台，使用bos提供的资源url地址。

使用约束

DuerOS 中的SSML实现是W3C规范的一个子集，是应用过程中有着如下的约束：

• audio标签不支持嵌套audio/background（内层标签不生效）；
• background/标签不支持嵌套自身，内层标签不生效；
• sub/say-as标签不支持嵌套其他任何标签，会引发解析错误，导致标签按字母朗读；
• 非汉字文本内部出现标签影响语义转换，建议使用汉字形式请求；
• &和<符号在XML中为非法字符，使用前需进行转义操作，分别为&和<，另外，>(>)、”(")、’(')也建议使用前进行转义
• 请求文本总长度（不包含SSML标签）应少于1024字节

需要注意的是，文本的长度是按照GBK编码计算的，文本的内容是UTF8编码，在不使用SSML 的时候，文本长度可达4k。

小结

了解SSML的基本原理和元素属性，可以让我们在对话式AI系统中充分地利用TTS技术来提高用户体验。

需要指出的是，这里给出的只是当前DuerOS 平台对SSML的支持状态。随着产品的演进和技术的发展，DuerOS 对SSML的支持将会越来约完善，越来越丰富，语音交互必将越来越生动。

参考资料：

• https://dueros.baidu.com/dbp
• https://www.w3.org/TR/speech-synthesis/
• https://www.wisegeek.com/what-is-ssml.htm
• www.ssml.org