Recently reported state-of-the-art results in visual speech recognition (VSR) often rely on increasingly large amounts of video data, while the publicly available transcribed video datasets are limited in size. In this paper, for the first time, we study the potential of leveraging synthetic visual data for VSR. Our method, termed SynthVSR, substantially improves the performance of VSR systems with synthetic lip movements. The key idea behind SynthVSR is to leverage a speech-driven lip animation model that generates lip movements conditioned on the input speech. The speech-driven lip animation model is trained on an unlabeled audio-visual dataset and could be further optimized towards a pre-trained VSR model when labeled videos are available. As plenty of transcribed acoustic data and face images are available, we are able to generate large-scale synthetic data using the proposed lip animation model for semi-supervised VSR training. We evaluate the performance of our approach on the largest public VSR benchmark - Lip Reading Sentences 3 (LRS3). SynthVSR achieves a WER of 43.3% with only 30 hours of real labeled data, outperforming off-the-shelf approaches using thousands of hours of video. The WER is further reduced to 27.9% when using all 438 hours of labeled data from LRS3, which is on par with the state-of-the-art self-supervised AV-HuBERT method. Furthermore, when combined with large-scale pseudo-labeled audio-visual data SynthVSR yields a new state-of-the-art VSR WER of 16.9% using publicly available data only, surpassing the recent state-of-the-art approaches trained with 29 times more non-public machine-transcribed video data (90,000 hours). Finally, we perform extensive ablation studies to understand the effect of each component in our proposed method.


翻译:近期在视觉语音识别(VSR)领域取得的先进成果通常依赖于日益庞大的视频数据量,而公开可用的标注视频数据集规模有限。本文首次研究了利用合成视觉数据提升VSR系统性能的潜力。我们提出的方法SynthVSR通过合成唇部运动显著提升了VSR系统的性能。其核心思想是利用语音驱动的唇部动画模型,该模型根据输入语音生成对应的唇部运动。该模型基于未标注的视听数据集训练,并可在有标签视频可用时针对预训练的VSR模型进一步优化。由于大量标注音频数据与人脸图像可获取,我们能够利用所提出的唇部动画模型生成大规模合成数据,用于半监督VSR训练。我们在最大规模的公开VSR基准数据集——唇读句子3(LRS3)上评估了方法性能。SynthVSR仅使用30小时真实标注数据即可达到43.3%的词错误率(WER),优于使用数千小时视频的现有方法。当使用LRS3全部438小时标注数据时,WER进一步降至27.9%,与当前先进的自我监督方法AV-HuBERT性能相当。此外,结合大规模伪标注视听数据后,SynthVSR仅凭公开数据即实现了16.9%的最新VSR词错误率,超越了近期使用29倍非公开机器转录视频数据(9万小时)训练的先进方法。最后,我们通过大量消融实验揭示了所提方法中各组件的影响。

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