The gap between speech and text modalities is a major challenge in speech-to-text translation (ST). Different methods have been proposed to reduce this gap, but most of them require architectural changes in ST training. In this work, we propose to mitigate this issue at the pre-training stage, requiring no change in the ST model. First, we show that the connectionist temporal classification (CTC) loss can reduce the modality gap by design. We provide a quantitative comparison with the more common cross-entropy loss, showing that pre-training with CTC consistently achieves better final ST accuracy. Nevertheless, CTC is only a partial solution and thus, in our second contribution, we propose a novel pre-training method combining CTC and optimal transport to further reduce this gap. Our method pre-trains a Siamese-like model composed of two encoders, one for acoustic inputs and the other for textual inputs, such that they produce representations that are close to each other in the Wasserstein space. Extensive experiments on the standard CoVoST-2 and MuST-C datasets show that our pre-training method applied to the vanilla encoder-decoder Transformer achieves state-of-the-art performance under the no-external-data setting, and performs on par with recent strong multi-task learning systems trained with external data. Finally, our method can also be applied on top of these multi-task systems, leading to further improvements for these models.


翻译:语音与文本模态之间的差距是语音到文本翻译(ST)中的主要挑战。已有多种方法被提出以缩小这一差距,但大多数需要在ST训练中修改模型架构。在本工作中,我们提出在预训练阶段缓解该问题,且无需对ST模型进行任何修改。首先,我们证明连接主义时序分类(CTC)损失能够从设计上减少模态差距,并通过与更常用的交叉熵损失进行定量比较,表明采用CTC预训练能持续获得更优的最终ST准确率。然而,CTC仅是部分解决方案,因此,在第二项贡献中,我们提出一种结合CTC与最优传输的新型预训练方法以进一步缩小差距。该方法预训练一个孪生模型,包含两个编码器——分别处理声学输入和文本输入,使它们在Wasserstein空间中生成彼此接近的表征。在标准CoVoST-2和MuST-C数据集上的大量实验表明,将我们的预训练方法应用于标准编码器-解码器Transformer架构,在无外部数据设置下实现了最先进的性能,并与近期使用外部数据训练的强多任务学习系统表现相当。此外,该方法还能应用于这些多任务系统之上,进一步提升了这些模型的表现。

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