CC BY
0УДК 004 Трушин И. С., Алексеев А.А.
Трушин И.С.
студент
Московский институт радиотехники, электроники и автоматики Российский технологический университет (г. Москва, Россия)
Алексеев А.А.
Преподаватель военного учебного центра Московский институт радиотехники, электроники и автоматики Российский технологический университет (г. Москва, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В РЕЧЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ДЛЯ ЗАДАЧИ РАЗВЕДКИ
Аннотация: эта статья фокусируется на исследовании применения передовой архитектуры нейронных сетей в области речевых технологий для задач разведки. Также рассматривается методика интеграции продукта в практические сценарии использования.
Ключевые слова: разведка, нейронные сети, трансформеры, искусственный интеллект, обработка голоса.
Введение.
Появление семейства архитектур «трансформер» в машинном обучении привело к революции в обработке текста, голоса и изображений, открывая новую эпоху нейронных сетей. Эти архитектуры позволили существенно улучшить качество преобразования текста в голос, обеспечивая высокую точность воспроизведения речи любого человека.
Одновременно с этим, прогресс в вычислительной технике привел к созданию высокопроизводительных ноутбуков с длительной автономной работой, что ранее было невозможно. Эти устройства способны функционировать под нагрузкой более суток, что значительно расширяет их применение в различных сферах.
Эти технологические достижения существенно повлияют на военную и политическую разведку. Теперь, при наличии фрагмента голоса противника, станет возможным вести диалог от его лица в каналах связи. Это открывает новые возможности для обмана и манипуляции, подчеркивая необходимость разработки методов защиты от таких угроз.
Трансформеры и их особенности.
В последние десятилетия нейронные сети претерпели впечатляющее развитие, начиная с простых нейронных моделей и переходя к более сложным архитектурам. Одним из значительных шагов в этом развитии стала появление трансформеров — модели, представленной компанией Google в 2017 году.
Трансформеры были разработаны для обработки последовательностей данных, таких как тексты, и достигли впечатляющих результатов в задачах обработки естественного языка (Natural Language Processing — NLP). Они основаны на механизмах внимания (attention mechanism), позволяющих модели обращать внимание на разные части входных данных с разной степенью важности.
Военные разведывательные службы уже заинтересовались применением трансформеров в своей работе из-за их способности эффективно анализировать и обрабатывать большие объемы текстовой информации. Например, с помощью трансформеров можно анализировать сотни тысяч сообщений из социальных сетей, перехваченных электронной почты, новостных статей и других открытых источников, чтобы выявить важные тренды, угрозы или ключевых деятелей.
Благодаря своей мощности и гибкости, трансформеры могут стать важным инструментом в области разведки военных сил. Они позволяют оперативно анализировать информацию, выявлять образцы и тенденции, а также
помогают в принятии стратегических решений на основе данных разведывательных операций. Таким образом, использование трансформеров в разведке военных сил представляет собой важное направление в современном военном искусстве, обеспечивая более эффективное и точное принятие решений.
Для эффективного решения задач машинного перевода, долгое время использовались рекуррентные нейронные сети (RNN), способные обрабатывать последовательные данные. Однако, у RNN были свои ограничения. Они плохо справлялись с длинными зависимостями в тексте, что мешало получению полноценного и связного перевода, учитывая общий контекст. Для решения этой проблемы был разработан "механизм внимания" (attention mechanism), позволяющий сети сосредотачиваться на важных частях текста. Этот механизм позволял оценивать, какие части входной последовательности важны для конкретной позиции в выходной последовательности. Кроме того, RNN требовали последовательных вычислений, что снижало эффективность использования современных графических процессоров для обучения моделей.
В результате ученые из Google представили более передовую архитектуру машинного обучения — трансформеры (transformers). Они объединили в себе параллельную обработку данных, возможность дообучения моделей и широкое применение механизма внимания. Нейросеть-трансформер состоит из двух наборов слоев: энкодеров и декодеров, каждый из которых содержит несколько слоев. Энкодер извлекает информацию из входной последовательности, например, текста. Декодер использует эту информацию для генерации элементов выходной последовательности, например, перевода текста на другой язык.
В начале энкодер получает на вход набор токенов, которые могут быть отдельными словами, знаками пунктуации или частотными последовательностями символов. Затем токены преобразуются в последовательность эмбеддингов — числовые представления, дополнительно содержащие информацию о положении токена. Эмбеддинги обрабатываются по отдельности. Механизм внимания позволяет модели получать скрытые представления для всех контекстов одновременно, что позволяет ей
обрабатывать данные параллельно. На выходе из энкодера модель получает набор векторов — скрытых представлений входа. Затем этот набор передается декодеру, который, используя тот же механизм внимания, распаковывает его в целевую последовательность. Например, в то же предложение, что было на входе, но на другом языке.
Основные особенности трансформеров:
• Механизм внимания (Attention Mechanism) — этот механизм позволяет модели сосредоточиться на различных частях входных данных с разной степенью важности. Он помогает модели эффективно обрабатывать длинные последовательности данных, что делает трансформеры очень подходящими для работы с текстом.
• Многоуровневая архитектура — трансформеры состоят из нескольких слоев, каждый из которых обрабатывает входные данные последовательно. Каждый слой включает в себя множество подслоев, таких как слои механизма внимания, слои нормализации и полносвязанные слои. Эта многоуровневая архитектура позволяет модели обучаться на различных уровнях абстракции и строить более сложные зависимости в данных.
• Позиционная кодировка — поскольку трансформеры не имеют встроенного понимания о порядке входных данных (например, слов в предложении), им требуется механизм для представления позиций входных элементов. Для этого в трансформерах применяется позиционная кодировка, которая предоставляет модели информацию о позиции каждого элемента в последовательности.
• Обучение на больших объемах данных — трансформеры обладают большой гибкостью и способностью к обучению на больших объемах данных. Это позволяет им создавать более точные и мощные модели, которые могут применяться в широком спектре задач, включая разведку военных сил.
Теперь рассмотрим возможное применение данной нейросетевой архитектуры в задачах обработки естественного языка и копирования речи:
Автоматическое распознавание речи — трансформеры могут быть применены для автоматического распознавания речи. Обученные на больших объемах аудиоданных, они способны переводить аудиозаписи в текст. Это имеет широкий спектр применений, от создания транскрипций звуковых файлов до создания систем диктовки и управления голосовыми интерфейсами.
Генерация речи — трансформеры также могут использоваться для генерации речи. Обученные на парах аудио-текст, они могут создавать аудиофайлы с синтезированной речью, что может быть полезно, например, для создания голосовых помощников или аудиокниг.
Копирование речи — этот аспект представляет собой симбиоз автоматического распознавания речи и генерации речи. Трансформеры могут быть обучены на парах аудио-текст, а затем использоваться для воспроизведения речи на основе входного текста. Это может быть полезным в системах синтеза речи, где требуется сохранить интонацию и стиль оригинального говорящего.
Улучшение качества звука — трансформеры могут использоваться для улучшения качества аудиозаписей, в том числе шумоподавления, уменьшения искажений и улучшения четкости речи.
Адаптация к диалектам и акцентам — поскольку трансформеры способны адаптироваться к различным стилям и вариантам языка, они могут быть использованы для обработки речи с различными диалектами и акцентами.
Применение трансформеров в задачах обработки и копирования языка открывает новые возможности для создания более точных и естественных систем взаимодействия с голосовыми интерфейсами, автоматизации транскрибирования аудиоматериалов и, что важно, улучшения качества синтезированной речи. Так как данная архитектура помогает в следующих важных вопросах:
1. Преодоление разрыва между семантическим и акустическим представлением — трансформеры способны эффективно связывать семантическое содержание текста с акустическими характеристиками речи,
позволяя модели генерировать более естественные и выразительные аудиофрагменты.
2. Использование иерархического вариационного вывода — в контексте синтеза речи трансформеры могут использовать иерархический вариационный вывод для эффективного обучения модели, учитывая как глубокие, так и поверхностные признаки акустического сигнала, что способствует более точному и качественному синтезу.
Технический аспект.
Появление энергоэффективных и производительных процессоров играет ключевую роль в расширении возможностей использования нейронных сетей в боевых задачах. Рассмотрим несколько важных аспектов.
• Мобильные вычисления — энергоэффективные процессоры позволяют развертывать нейронные сети на мобильных устройствах, таких как смартфоны, планшеты и ноутбуки. Это значительно повышает мобильность и оперативность военных операций.
• Работа в условиях ограниченных ресурсов — военные операции часто происходят в условиях, где доступ к электроэнергии ограничен. Энергоэффективные процессоры позволяют нейросетям функционировать при минимальном энергопотреблении, что критически важно в таких ситуациях.
• Высокая производительность — производительные процессоры обеспечивают быструю обработку данных, что имеет решающее значение в боевых сценариях. Оперативная обработка информации может определить успех операции.
Таким образом, появление энергоэффективных и производительных процессоров открывает новые возможности для использования нейронных сетей в боевых задачах, повышая эффективность и оперативность военных операций.
Применение технологии обработки речи в разведке.
Зная особенности современных технологий генерации речи, основанных на нейронных сетях архитектуры трансформер, а также возможность их использования с актуальными вычислительными устройствами, мы можем
рассмотреть их совместное использование в таких задачах, как перехват и подделка голосовых фрагментов. Представим подробнее сценарии их применения:
Подделка голосового фрагмента во время боевых действий:
• Путем перехвата голосового фрагмента противника во время боевых действий и последующего использования технологий генерации речи на основе нейронных сетей можно воссоздать этот фрагмент с произвольным текстом.
• Этот сценарий может быть использован для различных целей, включая введение в заблуждение противника, предоставление ложной информации или дезорганизацию его действий.
Подделка речи в политической разведке:
• В политической разведке подобный сценарий может быть использован для создания и распространения фальшивых аудиозаписей, которые затем могут быть использованы для манипулирования общественным мнением или дезинформации.
• Более мощные вычислительные устройства, которые гораздо легче использовать в повседневности, предоставят возможность конвертации речи в прямом эфире.
Заключение.
Внедрение технологий генерации речи на основе нейронных сетей, таких как трансформеры, открывает новые перспективы и вызовы в области военной и политической разведки. Возможность подделки голосовых фрагментов в реальном времени представляет собой серьезную угрозу для безопасности и конфиденциальности, поскольку она может использоваться для введения в заблуждение, манипулирования общественным мнением и дезорганизации противника.
Однако, вместе с этим, необходимо учитывать потенциальные риски и негативные последствия использования таких технологий. Возможность подделки голоса может быть злоупотреблена для распространения ложной информации, провокации конфликтов и нарушения прав и свобод граждан.
Поэтому важно развивать соответствующие механизмы защиты и обнаружения подделки голоса, а также проводить этические обсуждения о правилах и ограничениях использования подобных технологий. Только с соблюдением принципов этики и безопасности мы сможем максимально эффективно использовать потенциал технологического прогресса в области разведки и обеспечения безопасности использования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Словарь Ожегова [Электронный ресурс]. URL: https://slovarozhegova.ru/view_search.php (дата обращения: 27.02.2024);
2. Ashish Vaswani, Noam Shazeer, Niki Parmar, Jakob Uszkoreit, Llion Jones, Aidan N. Gomez, Lukasz Kaiser, & Illia Polosukhin. (2023). Attention Is All You Need (дата обращения: 31.05.2024);
3. Sang-Hoon Lee, Ha-Yeong Choi, Seung-Bin Kim, & Seong-Whan Lee. (2023). HierSpeech++: Bridging the Gap between Semantic and Acoustic Representation of Speech by Hierarchical Variational Inference for Zero-shot Speech Synthesis (дата обращения: 01.06.2024);
4. Хабр. Нейронная сеть для ведения боевых действий. Какая война может быть с технологически развитой страной? [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/articles/671948/ (дата обращения: 01.06.2024);
5. Военное обозрение. Искусственный интеллект: применение в военно-технической сфере [Электронный ресурс]. URL: https://topwar.ru/181682-iskusstvennyj-intellekt-primenenie-v-voenno-tehnicheskoj-sfere.html (дата обращения: 01.06.2024);
6. Хабр. ARM против x86. В чем разница между двумя архитектурами процессоров? [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/companies/droider/articles/519732/ (дата обращения: 01.06.2024)
Trushin I.S., Alekseev A.A.
Trushin I.S.
Russian Technological University (Moscow, Russia)
Alekseev A.A.
Russian Technological University (Moscow, Russia)
APPLICATION OF MODERN NEURAL NETWORKS IN SPEECH TECHNOLOGIES FOR EXPLORATION TASKS
Abstract: this paper focuses on exploring the application of advanced neural network architectures in the field of speech technology for intelligence tasks. The methodology for integrating the product into practical use cases is also discussed.
Keywords: intelligence, neural networks, transformers, artificial intelligence, voice processing.
