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AI作曲DiffRhythm原理及本地部署

news 来源：原创 2025/8/15 6:43:37

1.原理简介

最近AI在音乐生成方面的进展引起了极大的关注，但现有的方法面临着严重的限制。一些当前的生成模型只能合成人声或伴奏轨道。虽然一些模型可以生成组合的人声和伴奏，但它们通常依赖于精心设计的多阶段级联架构和复杂的数据管道，阻碍了可扩展性。此外，大多数系统仅限于生成短音乐片段而不是全长歌曲。此外，广泛使用的基于语言模型的方法受到推理速度慢的困扰。DiffRhythm是第一个基于潜在扩散模型的歌曲生成模型，能够在短短 10 秒内合成具有人声和伴奏的完整歌曲，持续时间长达 4m45s，保持高音乐性和可理解性。

尽管 DiffRhythm 具有卓越的功能，但它的设计简单而优雅：它无需复杂的数据准备，采用简单的模型结构，并且在推理过程中只需要歌词和样式提示。此外，其非自回归结构确保了快速的推理速度。这种简单性保证了 DiffRhythm 的可扩展性。

模型结构如下：

有兴趣的同学可以阅读这篇论文：DiffRhythm: Blazingly Fast and Embarrassingly Simple
End-to-End Full-Length Song Generation with Latent Diffusion。

简单总结一下原理：

DiffRhythm 是一种基于潜在扩散的端到端歌曲生成模型，它能够以 44.1 kHz 的采样率生成长达 4 分 45 秒的完整立体声音乐作品，并通过歌词和风格提示进行引导。该模型的主要特点如下：

端到端生成：与许多现有模型不同，DiffRhythm 能够同时生成人声和伴奏，无需复杂的级联架构或数据管道。
简单高效：模型结构简洁，数据预处理简单，推理速度快，使其易于扩展和应用。
高质量输出：即使生成完整的歌曲，DiffRhythm 也能保持高水平的音乐性和可理解性。

DiffRhythm 的关键组件：

变分自动编码器 (VAE)：用于学习音频的紧凑潜在表示，同时保留感知音频细节，从而降低扩散模型训练的计算需求。
扩散 Transformer (DiT)：在 VAE 学习到的潜在空间中生成歌曲，通过迭代去噪的方式完成。具体过程如下：初始化: DiT 接收来自 VAE 编码器的潜在表示作为输入，并添加随机噪声。条件输入: DiT 的输入除了潜在表示外，还包括风格提示、时间步长和歌词信息。风格提示用于控制歌曲的风格，时间步长指示当前的去噪步骤，歌词用于控制人声内容。Transformer 解码器: DiT 由多个 LLaMA 解码器层堆叠而成，每个层包含注意力机制和前馈网络。去噪: 在每个时间步长，DiT 预测潜在表示中噪声的分布，并使用该分布更新潜在表示，逐步去除噪声。重复步骤: DiT 重复进行注意力机制和前馈网络计算，以及去噪步骤，直到潜在表示中的噪声被完全去除，最终生成完整的歌曲。
歌词到潜在对齐机制：用于解决全歌曲生成中的歌词和人声对齐问题，通过句级对齐方式实现高可理解性。具体步骤为：歌词预处理: 将歌词转换为音素序列，并与时间戳信息关联起来。音素到潜在对齐:初始化一个与潜在表示等长的潜在对齐序列，将其转换为音素序列。将音素序列覆盖到对应的时间位置。

2.安装部署

安装需要的库：

sudo apt-get install espeak-ng

克隆项目：

git clone https://github.com/ASLP-lab/DiffRhythm.git
cd DiffRhythm

创建虚环境：

conda create -n diffrhythm python=3.10
conda activate diffrhythm

安装依赖：

pip install -r requirements.txt

简单运行源码示例：

bash scripts/infer_wav_ref.sh

或者输入提示进行音乐创作：

bash scripts/infer_prompt_ref.sh

用文字prompts示例：

azzy Nightclub Vibe, Pop Emotional Piano or Indie folk ballad, coming-of-age themes, acoustic guitar picking with harmonica interludes

无需音频参考！

生成纯音乐：

"Arctic research station, theremin auroras dancing with geomagnetic storms"

3.编写图形界面

源码没有带着图形界面，使用不方便，这里我用gradio写了一个简单的界面：

import gradio as gr
import subprocess
import os
import shutil
from datetime import datetime
import sys sys.path.append(os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), "..")))
# 配置参数
OUTPUT_DIR = "gradio_outputs"
os.makedirs(OUTPUT_DIR, exist_ok=True)def generate_music(lrc_text,ref_audio,ref_prompt,use_chunked
):"""核心音乐生成函数"""# ====== 输入验证 ======# 处理歌词输入if not lrc_text.strip():raise gr.Error("❗ 请输入歌词内容")lrc_content = lrc_text# 验证风格输入if not (ref_audio or ref_prompt):raise gr.Error("❗ 需要音频参考或文字描述")if ref_audio is not None and ref_prompt.strip() != "":raise gr.Error("❗ 请选择音频参考或文字描述中的一种方式")# ====== 创建临时目录 ======timestamp = datetime.now().strftime("%Y%m%d%H%M%S")temp_dir = os.path.join(OUTPUT_DIR, timestamp)os.makedirs(temp_dir, exist_ok=True)try:# ====== 保存歌词文件 ======lrc_path = os.path.join(temp_dir, "input.lrc")with open(lrc_path, "w", encoding="utf-8") as f:f.write(lrc_content)# ====== 处理参考音频 ======ref_audio_path = Noneif ref_audio:if isinstance(ref_audio, dict):  # 适配新版Gradioref_audio_path = ref_audio["name"]else:ref_audio_path = ref_audioref_prompt = ""  # 强制清空文字描述# 验证逻辑if not ref_audio_path and not ref_prompt.strip():raise gr.Error("❗ 必须提供参考音频或风格描述！")if ref_audio_path and ref_prompt.strip():raise gr.Error("❗ 请选择一种风格参考方式！")# ====== 构建执行命令 ======cmd = ["python3", "infer/infer.py","--lrc-path", lrc_path,"--audio-length", "95","--repo_id", "ASLP-lab/DiffRhythm-base","--output-dir", temp_dir]if use_chunked:cmd.append("--chunked")if ref_audio_path:cmd += ["--ref-audio-path", ref_audio_path]else:cmd += ["--ref-prompt", ref_prompt]# ====== 执行生成命令 ======result = subprocess.run(cmd,capture_output=True,text=True,check=True)# ====== 获取输出结果 ======output_path = os.path.join(temp_dir, "output.wav")if not os.path.exists(output_path):raise FileNotFoundError("生成结果文件不存在")# 返回两个相同的路径给音频组件和文件下载组件return output_path, output_pathexcept subprocess.CalledProcessError as e:error_detail = f"""🚨 生成失败！命令: {' '.join(e.cmd)}错误信息: {e.stderr}"""raise gr.Error(error_detail)except Exception as e:raise gr.Error(f"🚨 发生未知错误: {str(e)}")# ====== 界面布局 ======
with gr.Blocks(title="AI音乐工作室", theme=gr.themes.Soft(), css=".dark {background: #f0f2f6}") as demo:gr.Markdown("""<div style="text-align: center; padding: 20px;"><h1 style="color: #2563eb;">🎵 AI音乐工作室</h1><p style="color: #4b5563;">通过人工智能生成个性化音乐作品</p></div>""")with gr.Row(variant="panel"):# 输入区with gr.Column(scale=1):# 歌词输入lrc_text = gr.Textbox(label="直接输入歌词（LRC格式）",placeholder="""示例格式：
[00:00.00] 开始你的音乐之旅
[00:05.00] 用代码创造旋律
[00:10.00] 人工智能生成音乐""",lines=8,max_lines=20,visible=True)# 风格控制区with gr.Tabs():with gr.Tab("🎧 音频参考"):ref_audio = gr.Audio(label="上传参考音频（支持WAV/MP3）",type="filepath",sources=["upload"],waveform_options={"show_controls": True})with gr.Tab("📝 文字描述"):ref_prompt = gr.Textbox(label="音乐风格描述（英文）",placeholder="例如：epic orchestral, dramatic strings, choir vocals",lines=3)# 高级选项with gr.Accordion("⚙️ 高级设置", open=False):use_chunked = gr.Checkbox(label="启用分块解码（推荐生成长音频）",value=True)generate_btn = gr.Button("🚀 开始生成", variant="primary")# 输出区with gr.Column(scale=1):gr.Markdown("### 🎧 生成结果")audio_output = gr.Audio(label="试听音频",interactive=False,waveform_options={"show_controls": True})output_file = gr.File(label="下载文件",file_types=[".wav"],visible=True)# ====== 交互逻辑 ======generate_btn.click(fn=generate_music,inputs=[lrc_text, ref_audio, ref_prompt, use_chunked],outputs=[audio_output, output_file])# ====== 启动应用 ======
if __name__ == "__main__":demo.launch(server_name="0.0.0.0",server_port=7860,show_error=True,share=False)

4.测试

用DeepSeek按照DiffRhythm要求的风格生成歌词，prompts：

请你帮我生成一首能用于作曲的歌词，表现出大学生积极向上，热爱学习，报效祖国的斗志。为了使生成的歌词能用于后面作曲，请你参考如下格式作词，格式参考如下：“00:16.53]我一大早 起不来
[00:19.82]我的眼睛 都没睁开
[00:22.69]蝴蝶 都飞起来
[00:26.61]畅快
[00:28.18]忽然听见
[00:29.20]好听的音乐
[00:32.35]就继续用力
[00:33.29]闭上 我的眼睛 baby
[00:39.37]这音乐 太动听 我怎么办
[00:43.05]我太开心 所有烦恼 被洗干净
[00:51.61]我一大早 就起来
[00:54.85]我的声音 都没放开
[00:57.79]歌声 却飞起来
[01:26.28]一道光 两支花 三个人 四分五裂
[01:29.58]六六大顺 七上八下”

生成的歌词：

# 青春的旋律
[00:00.00]清晨的阳光 洒在脸上
[00:03.25]唤醒沉睡的 梦想
[00:06.45]校园里回荡 知识的声浪
[00:09.70]我们心向远方
[00:12.90]教室里的灯光 闪烁希望
[00:16.15]书本散发墨香
[00:19.35]智慧的种子 在心中生长
[00:22.60]未来由我们开创
[00:25.80]实验室里 探索真相
[00:29.05]代码在指尖流淌
[00:32.25]创新的火花 点亮夜的迷茫
[00:35.50]真理等待丈量
[00:38.70]运动场 上挥洒汗水
[00:41.95]青春的力量无法掩盖
[00:45.15]团结拼搏 是我们的风采
[00:48.40]梦想展翅豪迈
[00:51.60]啊 祖国母亲 我们时刻准备着
[00:54.85]用知识为您添砖加瓦
[00:58.05]在时代的舞台上大放光芒
[01:01.30]让世界见证我们的力量

风格设置为：

Inspirational Rock

上传参考音频重新作曲，这里我用的是“那条街”做参考音频：

1.原理简介

2.安装部署

3.编写图形界面

4.测试

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