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Supertonic入门必看：Supertonic目录结构与脚本说明

1. 引言

1.1 学习目标

本文旨在帮助开发者和AI工程师快速掌握 Supertonic 的项目结构与核心脚本功能。通过阅读本文，您将能够：

• 理解 Supertonic 的整体目录布局及其设计逻辑
• 掌握关键脚本的作用与调用方式
• 成功运行本地演示并进行基础定制开发

本教程适用于希望在边缘设备或本地服务器上部署高性能文本转语音（TTS）系统的用户。

1.2 前置知识

为确保顺利理解后续内容，建议具备以下基础知识：

• Python 编程基础
• Linux 命令行操作能力
• 对 ONNX Runtime 和深度学习推理流程的基本了解
• 熟悉 Conda 虚拟环境管理

无需深入掌握模型训练细节，因 Supertonic 专注于设备端推理优化。

1.3 教程价值

Supertonic 作为一款极致轻量、高效率的设备端 TTS 系统，其工程组织结构体现了“简洁即高效”的设计理念。本文将从实际使用角度出发，解析其文件系统架构与自动化脚本机制，帮助您避免常见配置错误，提升部署效率。

2. Supertonic 核心特性回顾

2.1 极速推理性能

Supertonic 利用 ONNX Runtime 实现高度优化的推理流程，在 M4 Pro 等消费级硬件上可实现最高达实时速度167 倍的生成速率。这意味着一段 60 秒的语音可在不到 0.4 秒内完成合成，远超传统 TTS 框架。

2.2 超轻量级模型设计

整个模型仅包含66M 参数，经过剪枝与量化处理后仍保持自然语调输出，适合嵌入式设备、移动端及低功耗边缘计算场景。

2.3 完全设备端运行

所有语音合成都发生在本地设备，不依赖任何云端服务或 API 调用，保障数据隐私安全，同时消除网络延迟问题。

2.4 自然语言预处理能力

内置智能文本解析模块，可自动识别并正确朗读：

• 数字（如 “10086” → “一万零八十六”）
• 日期时间（“2025-04-05” → “二零二五年四月五日”）
• 货币金额（“¥1,299.99” → “人民币一千二百九十九元九角九分”）
• 缩写与专有名词（如 “AI”、“NASA”）

无需额外清洗输入文本，极大简化使用流程。

2.5 高度可配置性与灵活部署

支持调整以下参数以适应不同场景需求：

• 推理步数（inference steps）
• 批量大小（batch size）
• 输出采样率
• 语音语速、音调调节（部分版本）

同时兼容多种运行时后端，可在服务器、浏览器（WebAssembly）、树莓派等设备无缝切换部署。

3. 目录结构详解

进入/root/supertonic/py后，您会看到如下主要目录结构：

supertonic/ ├── config/ # 配置文件目录 │ ├── model_config.json │ └── synthesis_params.yaml ├── models/ # 预训练模型文件 │ └── supertonic.onnx ├── scripts/ # 辅助工具脚本 │ ├── preprocess.py │ └── postprocess.py ├── utils/ # 工具函数库 │ ├── text_processor.py │ └── audio_generator.py ├── demo.py # 主演示程序 ├── start_demo.sh # 快速启动脚本 └── requirements.txt # 依赖包列表

3.1 config/ —— 配置中心

该目录存放模型和合成行为的核心配置。

• model_config.json：定义模型结构参数，如层数、隐藏维度、注意力头数等。
• synthesis_params.yaml：控制语音生成的行为参数，例如：

  sample_rate: 24000 speed: 1.0 pitch: 1.1 batch_size: 4

提示：修改此文件可快速调整语音风格，无需重新训练模型。

3.2 models/ —— 模型存储

包含已导出为 ONNX 格式的预训练模型：

• supertonic.onnx：主 TTS 模型，由 PyTorch 训练后转换而来，专为 ONNX Runtime 优化。

ONNX 格式的优势在于跨平台兼容性强，且可通过 ONNX Runtime 实现 CPU/GPU 加速推理。

3.3 scripts/ —— 处理脚本

提供两个关键辅助脚本：

• preprocess.py：负责文本标准化处理，包括标点统一、数字转汉字、缩写展开等。
• postprocess.py：对模型输出的梅尔频谱进行声码器重建，生成最终 WAV 音频。

这两个脚本通常被demo.py自动调用，也可独立运行用于调试。

3.4 utils/ —— 公共工具库

封装了常用功能模块：

• text_processor.py：实现自然语言理解逻辑，支持多语言规则匹配。
• audio_generator.py：集成 ONNX Runtime 推理会话，执行前向传播并返回音频波形。

这些模块采用面向对象设计，便于扩展自定义功能。

3.5 根目录关键文件

• demo.py：主入口程序，接收文本输入，调用各组件完成语音合成，并保存.wav文件。
• start_demo.sh：一键启动脚本，封装环境激活与程序执行命令。
• requirements.txt：列出所需 Python 包，如onnxruntime,numpy,pydub等。

4. 核心脚本解析

4.1 start_demo.sh —— 快速启动脚本

#!/bin/bash conda activate supertonic cd /root/supertonic/py python demo.py --text "欢迎使用 Supertonic，这是一款极速设备端语音合成系统。"

功能说明：

• 第一行指定解释器为 Bash
• 第二行激活名为supertonic的 Conda 环境
• 第三行切换至项目主目录
• 第四行运行demo.py并传入默认测试文本

使用建议：

您可以编辑该脚本以传入不同的参数，例如：

python demo.py --text "今天气温是25摄氏度" --speed 1.2 --output output/temp.wav

也可以添加日志记录功能：

python demo.py --text "测试文本" >> logs/demo.log 2>&1

4.2 demo.py —— 主程序逻辑

以下是demo.py的简化版代码结构（含注释）：

import json import yaml import numpy as np import onnxruntime as ort from utils.text_processor import TextProcessor from utils.audio_generator import AudioGenerator # 加载配置 with open("config/model_config.json", "r") as f: model_config = json.load(f) with open("config/synthesis_params.yaml", "r") as f: params = yaml.safe_load(f) def main(text: str, output: str = "output.wav"): # 初始化组件 processor = TextProcessor() generator = AudioGenerator( model_path="models/supertonic.onnx", session_opts=ort.SessionOptions() ) # 文本预处理 tokens = processor.process(text) # 转换为模型可接受的 token 序列 # 执行推理 mel_spectrogram = generator.inference(tokens, **params) # 声码器还原音频 audio = generator.vocoder(mel_spectrogram) # 保存结果 from scipy.io.wavfile import write write(output, params["sample_rate"], (audio * 32767).astype(np.int16)) print(f"音频已保存至 {output}") if __name__ == "__main__": import argparse parser = argparse.ArgumentParser() parser.add_argument("--text", type=str, required=True) parser.add_argument("--output", type=str, default="output.wav") args = parser.parse_args() main(args.text, args.output)

关键点解析：

• ONNX Runtime 初始化：ort.InferenceSession负责加载.onnx模型并准备 GPU/CPU 推理。
• 文本处理链路：TextProcessor内部集成了正则规则与词典映射，确保复杂表达式被准确朗读。
• 批处理支持：通过设置batch_size > 1，可一次性合成多段文本，提高吞吐量。
• 音频编码：使用scipy.io.wavfile.write生成标准 WAV 文件，兼容大多数播放器。

5. 快速开始实践指南

5.1 环境准备

请按照以下步骤完成初始部署：

1. 部署镜像（推荐使用 4090D 单卡环境）

   在 CSDN 星图平台选择预置的 Supertonic 镜像，一键拉起容器实例。

2. 进入 Jupyter Notebook 环境

   通过 Web UI 访问 Jupyter，打开终端（Terminal）执行后续命令。

3. 激活 Conda 环境

   conda activate supertonic

   此环境已预装 ONNX Runtime-GPU、PyYAML、NumPy 等必要依赖。

4. 切换至项目目录

   cd /root/supertonic/py

5. 安装缺失依赖（如有）

   pip install -r requirements.txt

5.2 运行演示脚本

执行内置启动脚本：

./start_demo.sh

预期输出：

音频已保存至 output.wav

随后可在当前目录找到output.wav文件并下载试听。

5.3 自定义语音合成

尝试运行自定义文本：

python demo.py \ --text "北京地铁十号线将于早上六点开始运营，全程约需四十五分钟。" \ --speed 1.1 \ --output output/beijing_subway.wav

观察生成速度与语音自然度。

6. 常见问题解答（FAQ）

6.1 如何更换语音音色？

目前开源版本仅提供单一预训练模型。若需多音色支持，可通过微调原始模型并在导出时生成多个.onnx文件实现。

6.2 出现“CUDA out of memory”怎么办？

尽管 Supertonic 占用内存极小，但在大批次推理时仍可能超限。建议：

• 将batch_size设置为 1 或 2
• 在synthesis_params.yaml中降低中间特征维度（需重新导出模型）

6.3 是否支持中文以外的语言？

当前版本主要针对中文语音合成优化。英文支持有限，未来版本计划加入多语言混合模型。

6.4 如何集成到自己的应用中？

推荐方式：

• 将demo.py封装为 REST API（可用 Flask/FastAPI）
• 或编译为 WebAssembly 版本在浏览器中运行（需适配前端绑定）

7. 总结

7.1 学习路径建议

完成本文学习后，建议按以下路径深入：

1. 阅读utils/text_processor.py源码，理解中文数字转换逻辑
2. 修改synthesis_params.yaml测试不同语速与音调效果
3. 尝试构建简单的 Web 接口暴露 TTS 服务
4. 探索如何将自定义模型导出为 ONNX 格式并替换现有模型

7.2 资源推荐

• ONNX Runtime 官方文档
• CSDN Supertonic 示例仓库
• 《ONNX 模型优化实战》电子书（可在星图镜像广场获取）

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