zhifu gao
2024-05-08 b1c186fd00fef54bcad3aa1d073a1a313642d641
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
import copy
from typing import Optional, Tuple, Union
 
import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from funasr.models.transformer.utils.nets_utils import make_pad_mask
from funasr.register import tables
import base64
import gzip
from dataclasses import dataclass
from typing import Dict, Iterable, Optional
 
import numpy as np
import torch
import torch.nn.functional as F
from torch import Tensor, nn
from funasr.models.transformer.utils.mask import subsequent_mask
 
 
class LayerNorm(nn.LayerNorm):
    def forward(self, x: Tensor) -> Tensor:
        return super().forward(x.float()).type(x.dtype)
 
 
class Linear(nn.Linear):
    def forward(self, x: Tensor) -> Tensor:
        return F.linear(
            x,
            self.weight.to(x.dtype),
            None if self.bias is None else self.bias.to(x.dtype),
        )
 
 
def sense_voice_decode_forward(
    self,
    x: torch.Tensor,
    xa: torch.Tensor,
    kv_cache: Optional[dict] = None,
    **kwargs,
):
    """Forward decoder.
 
    Args:
            hs_pad: encoded memory, float32  (batch, maxlen_in, feat)
            hlens: (batch)
            ys_in_pad:
                    input token ids, int64 (batch, maxlen_out)
                    if input_layer == "embed"
                    input tensor (batch, maxlen_out, #mels) in the other cases
            ys_in_lens: (batch)
    Returns:
            (tuple): tuple containing:
 
            x: decoded token score before softmax (batch, maxlen_out, token)
                    if use_output_layer is True,
            olens: (batch, )
    """
    # import pdb;pdb.set_trace()
    use_padmask = self.use_padmask
    hlens = kwargs.get("hlens", None)
 
    ys_in_lens = kwargs.get("ys_in_lens", None)
 
    offset = next(iter(kv_cache.values())).shape[1] if kv_cache else 0
    tgt, memory = x, xa
    tgt[tgt == -1] = 0
    tgt = self.token_embedding(tgt) + self.positional_embedding[offset : offset + tgt.size(1)]
    # tgt = self.dropout(tgt)
 
    x = tgt.to(memory.dtype)
 
    if use_padmask and hlens is not None:
        memory_mask = (~make_pad_mask(hlens)[:, None, :]).to(memory.device)
    else:
        memory_mask = None
 
    for layer, block in enumerate(self.blocks):
        x = block(
            x,
            memory,
            mask=self.mask,
            memory_mask=memory_mask,
            is_pad_mask=False,
            is_pad_memory_mask=True,
        )
 
    x = self.ln(x)
    x = (x @ torch.transpose(self.token_embedding.weight.to(x.dtype), 0, 1)).float()
 
    return x
 
 
class MultiHeadAttention(nn.Module):
    def __init__(self, n_state: int, n_head: int):
        super().__init__()
        self.n_head = n_head
        self.query = Linear(n_state, n_state)
        self.key = Linear(n_state, n_state, bias=False)
        self.value = Linear(n_state, n_state)
        self.out = Linear(n_state, n_state)
 
    def forward(
        self,
        x: Tensor,
        xa: Optional[Tensor] = None,
        mask: Optional[Tensor] = None,
        kv_cache: Optional[dict] = None,
        **kwargs,
    ):
        is_pad_mask = kwargs.get("is_pad_mask", False)
 
        q = self.query(x)
 
        if kv_cache is None or xa is None or self.key not in kv_cache:
            # hooks, if installed (i.e. kv_cache is not None), will prepend the cached kv tensors;
            # otherwise, perform key/value projections for self- or cross-attention as usual.
            k = self.key(x if xa is None else xa)
            v = self.value(x if xa is None else xa)
        else:
            # for cross-attention, calculate keys and values once and reuse in subsequent calls.
            k = kv_cache[self.key]
            v = kv_cache[self.value]
 
        wv, qk = self.qkv_attention(q, k, v, mask, is_pad_mask=is_pad_mask)
        return self.out(wv), qk
 
    def qkv_attention(
        self,
        q: Tensor,
        k: Tensor,
        v: Tensor,
        mask: Optional[Tensor] = None,
        **kwargs,
    ):
        is_pad_mask = kwargs.get("is_pad_mask", False)
        n_batch, n_ctx, n_state = q.shape
        scale = (n_state // self.n_head) ** -0.25
        q = q.view(*q.shape[:2], self.n_head, -1).permute(0, 2, 1, 3) * scale
        k = k.view(*k.shape[:2], self.n_head, -1).permute(0, 2, 3, 1) * scale
        v = v.view(*v.shape[:2], self.n_head, -1).permute(0, 2, 1, 3)
 
        qk = q @ k
        if mask is not None:
            if not is_pad_mask:
                qk = qk + mask[:n_ctx, :n_ctx]
            else:
                mask = mask.unsqueeze(1).eq(0)  # (batch, 1, *, time2)
                min_value = float(np.finfo(torch.tensor(0, dtype=qk.dtype).numpy().dtype).min)
                qk = qk.masked_fill(mask, min_value)
 
        qk = qk.float()
 
        w = F.softmax(qk, dim=-1).to(q.dtype)
        if mask is not None and is_pad_mask:
            w = w.masked_fill(mask, 0.0)
        return (w @ v).permute(0, 2, 1, 3).flatten(start_dim=2), qk.detach()
 
 
from omegaconf import OmegaConf
 
 
class ResidualAttentionBlockRWKV(nn.Module):
    def __init__(
        self, n_state: int, n_head: int, cross_attention: bool = False, layer_id=0, **kwargs
    ):
        super().__init__()
 
        rwkv_cfg = kwargs.get("rwkv_cfg", {})
        args = OmegaConf.create(rwkv_cfg)
        if args.get("version", "v4") == "v4":
            from funasr.models.sense_voice.rwkv_v4 import RWKVLayer
            from funasr.models.sense_voice.rwkv_v4 import RWKV_TimeMix as RWKV_Tmix
        elif args.get("version", "v5") == "v5":
            from funasr.models.sense_voice.rwkv_v5 import RWKVLayer
            from funasr.models.sense_voice.rwkv_v5 import RWKV_Tmix_x052 as RWKV_Tmix
        else:
            from funasr.models.sense_voice.rwkv_v6 import RWKVLayer
            from funasr.models.sense_voice.rwkv_v6 import RWKV_Tmix_x060 as RWKV_Tmix
        # self.att = RWKVLayer(args=args, layer_id=layer_id)
        self.att = RWKV_Tmix(args, layer_id=layer_id)
 
        if args.get("init_rwkv", True):
            print("init_rwkv")
            nn.init.orthogonal_(self.att.receptance.weight, gain=1)
            nn.init.orthogonal_(self.att.key.weight, gain=0.1)
            nn.init.orthogonal_(self.att.value.weight, gain=1)
            nn.init.orthogonal_(self.att.gate.weight, gain=0.1)
            nn.init.zeros_(self.att.output.weight)
 
        self.ln0 = None
        if layer_id == 0 and not args.get("ln0", True):
            self.ln0 = LayerNorm(args.n_embd)
            if args.get("init_rwkv", True):
                print("init_rwkv")
                layer_id = 0
                scale = ((1 + layer_id) / args.get("n_layer")) ** 0.7
                nn.init.constant_(self.ln0.weight, scale)
 
        self.layer_id = layer_id
        self.args = args
 
        self.ln1 = None
        if not args.get("ln1", True):
            self.ln1 = LayerNorm(args.n_embd)
            # init
            if args.get("init_rwkv", True):
                print("init_rwkv")
                scale = ((1 + layer_id) / args.get("n_layer")) ** 0.7
                nn.init.constant_(self.ln1.weight, scale)
 
        if args.get("datatype", "bf16") == "bf16":
            self.att.to(torch.bfloat16)
            # if self.ln1 is not None:
            #     self.ln1.to(torch.bfloat16)
 
        self.cross_attn = MultiHeadAttention(n_state, n_head) if cross_attention else None
        self.cross_attn_ln = LayerNorm(n_state) if cross_attention else None
 
        n_mlp = n_state * 4
        self.mlp = nn.Sequential(Linear(n_state, n_mlp), nn.GELU(), Linear(n_mlp, n_state))
        self.mlp_ln = LayerNorm(n_state)
 
    def forward(
        self,
        x: Tensor,
        xa: Optional[Tensor] = None,
        mask: Optional[Tensor] = None,
        kv_cache: Optional[dict] = None,
        **kwargs,
    ):
        is_pad_mask = kwargs.get("is_pad_mask", False)
        is_pad_memory_mask = kwargs.get("is_pad_memory_mask", False)
 
        if self.layer_id == 0 and self.ln0 is not None:
            x = self.ln0(x)
 
        if self.args.get("datatype", "bf16") == "bf16":
            x = x.bfloat16()
        if self.ln1 is None:
            x = x + self.att(x, mask=mask, kv_cache=kv_cache, is_pad_mask=is_pad_mask)[0]
        else:
            x = x + self.att(self.ln1(x), mask=mask, kv_cache=kv_cache, is_pad_mask=is_pad_mask)[0]
        if self.args.get("datatype", "bf16") == "bf16":
            x = x.to(torch.float32)
 
        if self.cross_attn:
            x = (
                x
                + self.cross_attn(
                    self.cross_attn_ln(x), xa, kv_cache=kv_cache, is_pad_mask=is_pad_memory_mask
                )[0]
            )
        x = x + self.mlp(self.mlp_ln(x))
 
        return x
 
 
@tables.register("decoder_classes", "SenseVoiceDecoder")
class SenseVoiceDecoder(nn.Module):
    def __init__(self, n_vocab: int, n_ctx: int, n_state: int, n_head: int, n_layer: int, **kwargs):
        super().__init__()
 
        self.token_embedding = nn.Embedding(n_vocab, n_state)
        self.positional_embedding = nn.Parameter(torch.empty(n_ctx, n_state))
 
        self.blocks = nn.ModuleList(
            [
                ResidualAttentionBlockRWKV(
                    n_state, n_head, cross_attention=True, layer_id=i, **kwargs
                )
                for i in range(n_layer)
            ]
        )
        self.ln = LayerNorm(n_state)
 
        mask = torch.empty(n_ctx, n_ctx).fill_(-np.inf).triu_(1)
        self.register_buffer("mask", mask, persistent=False)
 
        self.use_padmask = kwargs.get("use_padmask", True)
 
    def forward(
        self,
        x: torch.Tensor,
        xa: torch.Tensor,
        kv_cache: Optional[dict] = None,
        **kwargs,
    ):
        """Forward decoder.
 
        Args:
                hs_pad: encoded memory, float32  (batch, maxlen_in, feat)
                hlens: (batch)
                ys_in_pad:
                        input token ids, int64 (batch, maxlen_out)
                        if input_layer == "embed"
                        input tensor (batch, maxlen_out, #mels) in the other cases
                ys_in_lens: (batch)
        Returns:
                (tuple): tuple containing:
 
                x: decoded token score before softmax (batch, maxlen_out, token)
                        if use_output_layer is True,
                olens: (batch, )
        """
        # import pdb;pdb.set_trace()
        use_padmask = self.use_padmask
        hlens = kwargs.get("hlens", None)
 
        ys_in_lens = kwargs.get("ys_in_lens", None)
 
        offset = next(iter(kv_cache.values())).shape[1] if kv_cache else 0
        tgt, memory = x, xa
        tgt[tgt == -1] = 0
        tgt = self.token_embedding(tgt) + self.positional_embedding[offset : offset + tgt.size(1)]
        # tgt = self.dropout(tgt)
 
        x = tgt.to(memory.dtype)
 
        if use_padmask and hlens is not None:
            memory_mask = (~make_pad_mask(hlens)[:, None, :]).to(memory.device)
        else:
            memory_mask = None
 
        for layer, block in enumerate(self.blocks):
            x = block(
                x,
                memory,
                mask=self.mask,
                memory_mask=memory_mask,
                is_pad_mask=False,
                is_pad_memory_mask=True,
            )
 
        x = self.ln(x)
        x = (x @ torch.transpose(self.token_embedding.weight.to(x.dtype), 0, 1)).float()
 
        return x
 
    def init_state(self, x):
        state = {}
 
        return state
 
    def final_score(self, state) -> float:
        """Score eos (optional).
 
        Args:
            state: Scorer state for prefix tokens
 
        Returns:
            float: final score
 
        """
        return 0.0
 
    def score(self, ys, state, x):
        """Score."""
        ys_mask = subsequent_mask(len(ys), device=x.device).unsqueeze(0)
        logp = self.forward(ys.unsqueeze(0), x.unsqueeze(0), cache=state)
        return logp.squeeze(0)[-1, :], state
 
 
class MultiHeadedAttentionSANMDecoder(nn.Module):
    """Multi-Head Attention layer.
 
    Args:
        n_head (int): The number of heads.
        n_feat (int): The number of features.
        dropout_rate (float): Dropout rate.
 
    """
 
    def __init__(self, n_feat, dropout_rate, kernel_size, sanm_shfit=0):
        """Construct an MultiHeadedAttention object."""
        super().__init__()
 
        self.dropout = nn.Dropout(p=dropout_rate)
 
        self.fsmn_block = nn.Conv1d(
            n_feat, n_feat, kernel_size, stride=1, padding=0, groups=n_feat, bias=False
        )
        # padding
        # padding
        left_padding = (kernel_size - 1) // 2
        if sanm_shfit > 0:
            left_padding = left_padding + sanm_shfit
        right_padding = kernel_size - 1 - left_padding
        self.pad_fn = nn.ConstantPad1d((left_padding, right_padding), 0.0)
        self.kernel_size = kernel_size
 
    def forward(self, inputs, mask, cache=None, mask_shfit_chunk=None, **kwargs):
        """
        :param x: (#batch, time1, size).
        :param mask: Mask tensor (#batch, 1, time)
        :return:
        """
        # print("in fsmn, inputs", inputs.size())
        b, t, d = inputs.size()
        # logging.info(
        #     "mask: {}".format(mask.size()))
        if mask is not None:
            mask = torch.reshape(mask, (b, -1, 1))
            # logging.info("in fsmn, mask: {}, {}".format(mask.size(), mask[0:100:50, :, :]))
            if mask_shfit_chunk is not None:
                # logging.info("in fsmn, mask_fsmn: {}, {}".format(mask_shfit_chunk.size(), mask_shfit_chunk[0:100:50, :, :]))
                mask = mask * mask_shfit_chunk
            # logging.info("in fsmn, mask_after_fsmn: {}, {}".format(mask.size(), mask[0:100:50, :, :]))
            # print("in fsmn, mask", mask.size())
            # print("in fsmn, inputs", inputs.size())
            inputs = inputs * mask
 
        x = inputs.transpose(1, 2)
        b, d, t = x.size()
        if cache is None:
            # print("in fsmn, cache is None, x", x.size())
 
            x = self.pad_fn(x)
            if not self.training:
                cache = x
        else:
            # print("in fsmn, cache is not None, x", x.size())
            # x = torch.cat((x, cache), dim=2)[:, :, :-1]
            # if t < self.kernel_size:
            #     x = self.pad_fn(x)
            x = torch.cat((cache[:, :, 1:], x), dim=2)
            x = x[:, :, -(self.kernel_size + t - 1) :]
            # print("in fsmn, cache is not None, x_cat", x.size())
            cache = x
        x = self.fsmn_block(x)
        x = x.transpose(1, 2)
        # print("in fsmn, fsmn_out", x.size())
        if x.size(1) != inputs.size(1):
            inputs = inputs[:, -1, :]
 
        x = x + inputs
        x = self.dropout(x)
        if mask is not None:
            x = x * mask
        return x, cache
 
 
class ResidualAttentionBlockFSMN(nn.Module):
    def __init__(self, n_state: int, n_head: int, cross_attention: bool = False, **kwargs):
        super().__init__()
 
        self.attn = MultiHeadedAttentionSANMDecoder(
            n_state,
            kwargs.get("self_attention_dropout_rate"),
            kwargs.get("kernel_size", 20),
            kwargs.get("sanm_shfit", 10),
        )
        self.attn_ln = LayerNorm(n_state)
 
        self.cross_attn = MultiHeadAttention(n_state, n_head) if cross_attention else None
        self.cross_attn_ln = LayerNorm(n_state) if cross_attention else None
 
        n_mlp = n_state * 4
        self.mlp = nn.Sequential(Linear(n_state, n_mlp), nn.GELU(), Linear(n_mlp, n_state))
        self.mlp_ln = LayerNorm(n_state)
 
    def forward(
        self,
        x: Tensor,
        xa: Optional[Tensor] = None,
        mask: Optional[Tensor] = None,
        kv_cache: Optional[dict] = None,
        **kwargs,
    ):
        cache = kwargs.get("cache", {})
        layer = kwargs.get("layer", 0)
        is_pad_mask = kwargs.get("is_pad_mask", False)
        is_pad_memory_mask = kwargs.get("is_pad_memory_mask", False)
 
        fsmn_cache = cache[layer]["fsmn_cache"] if cache is not None and len(cache) > 0 else None
        # if fsmn_cache is not None:
        #     x = x[:, -1:]
        att_res, fsmn_cache = self.attn(self.attn_ln(x), mask=None, cache=fsmn_cache)
        # if len(cache)>1:
        #     cache[layer]["fsmn_cache"] = fsmn_cache
        #     x = x[:, -1:]
        x = x + att_res
        if self.cross_attn:
            x = (
                x
                + self.cross_attn(
                    self.cross_attn_ln(x), xa, kv_cache=kv_cache, is_pad_mask=is_pad_memory_mask
                )[0]
            )
        x = x + self.mlp(self.mlp_ln(x))
        return x
 
 
@tables.register("decoder_classes", "SenseVoiceDecoderFSMN")
class SenseVoiceDecoderFSMN(nn.Module):
    def __init__(self, n_vocab: int, n_ctx: int, n_state: int, n_head: int, n_layer: int, **kwargs):
        super().__init__()
 
        self.token_embedding = nn.Embedding(n_vocab, n_state)
        self.positional_embedding = nn.Parameter(torch.empty(n_ctx, n_state))
 
        self.blocks = nn.ModuleList(
            [
                ResidualAttentionBlockFSMN(
                    n_state, n_head, cross_attention=True, layer_id=i, **kwargs
                )
                for i in range(n_layer)
            ]
        )
        self.ln = LayerNorm(n_state)
 
        mask = torch.empty(n_ctx, n_ctx).fill_(-np.inf).triu_(1)
        self.register_buffer("mask", mask, persistent=False)
 
        self.use_padmask = kwargs.get("use_padmask", True)
 
    def forward(
        self,
        x: torch.Tensor,
        xa: torch.Tensor,
        kv_cache: Optional[dict] = None,
        **kwargs,
    ):
        """Forward decoder.
 
        Args:
                hs_pad: encoded memory, float32  (batch, maxlen_in, feat)
                hlens: (batch)
                ys_in_pad:
                        input token ids, int64 (batch, maxlen_out)
                        if input_layer == "embed"
                        input tensor (batch, maxlen_out, #mels) in the other cases
                ys_in_lens: (batch)
        Returns:
                (tuple): tuple containing:
 
                x: decoded token score before softmax (batch, maxlen_out, token)
                        if use_output_layer is True,
                olens: (batch, )
        """
        # import pdb;pdb.set_trace()
        use_padmask = self.use_padmask
        hlens = kwargs.get("hlens", None)
 
        ys_in_lens = kwargs.get("ys_in_lens", None)
 
        tgt, memory = x, xa
        tgt[tgt == -1] = 0
        tgt = self.token_embedding(tgt) + self.positional_embedding[: tgt.size(1)]
        # tgt = self.dropout(tgt)
 
        x = tgt.to(memory.dtype)
 
        if use_padmask and hlens is not None:
            memory_mask = (~make_pad_mask(hlens)[:, None, :]).to(memory.device)
        else:
            memory_mask = None
 
        for layer, block in enumerate(self.blocks):
            x = block(
                x,
                memory,
                mask=self.mask,
                memory_mask=memory_mask,
                is_pad_mask=False,
                is_pad_memory_mask=True,
                cache=kwargs.get("cache", None),
                layer=layer,
            )
 
        x = self.ln(x)
        x = (x @ torch.transpose(self.token_embedding.weight.to(x.dtype), 0, 1)).float()
 
        return x
 
    def init_state(self, x):
        state = {}
        for layer, block in enumerate(self.blocks):
            state[layer] = {
                "fsmn_cache": None,
                "memory_key": None,
                "memory_value": None,
            }
 
        return state
 
    def final_score(self, state) -> float:
        """Score eos (optional).
 
        Args:
            state: Scorer state for prefix tokens
 
        Returns:
            float: final score
 
        """
        return 0.0
 
    def score(self, ys, state, x):
        """Score."""
        ys_mask = subsequent_mask(len(ys), device=x.device).unsqueeze(0)
        logp = self.forward(ys.unsqueeze(0), x.unsqueeze(0), cache=None)
        logp = torch.log_softmax(logp, dim=-1)
        return logp.squeeze(0)[-1, :], state