英文题目:DisCo_Speech: Controllable Zero-Shot Speech Generation with A Disentangled Speech Codec

会议身份:conference:acl:2026:conference-paper-id:2026.acl-long.863

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标签:#向量量化 #零样本 #文本到语音 #语音克隆

评分:7.0/10 | 创新 1.4/2 | 技术严谨 1.2/1.5 | 实验充分 1.0/1.5 | 清晰度 0.9/1 | 影响力 1.0/1.5 | 开源 0.2/1.5 | 可复现 0.3/0.5 | 工程/实践 1.0/1.5

排名:前50% | 文档类型:方法研究

👥 作者与机构

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  • Zhichao Wang:机构信息未能从会议 PDF 纯文本可靠映射
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📌 核心摘要

可控零样本语音生成需以目标文本为输入,同时接受韵律提示与音色提示,输出目标音色承载目标韵律的波形,难点在于常规编解码器将音色与韵律纠缠使续写式语言模型连带复制提示音色。DisCo-Speech先以三路并行编码器将语音解耦为内容、韵律与全局音色,并以混合监督约束保证解耦纯度。接着冻结编码器,将内容与韵律量化嵌入求和后再重整量化为统一内容韵律令牌,并联合优化基于Transformer加BigVGANv2的解码器以缓解解耦重建权衡。然后单Transformer语言模型根据文本与韵律提示自回归续写内容韵律令牌,解码器再以目标音色为条件重建波形,从而把韵律建模与音色注入分置两侧。相对已有声学或语义声学编解码器,该机制在编解码器层解决纠缠,使单流令牌即无音色,实际意义是实现跨说话人风格迁移的独立可控。在SEED-TTS-Eval评测下,DisCo-Speech的WER为3.01,低于Llasa-1B的3.22。该结论适用边界受限于常规朗读与中等风格化,对高度夸张情绪与跨性别强迁移尚未验证,需谨慎外推。训练成本对应编解码器在硬件8卡NVIDIA A800上训练500k步与语言模型训练8轮,推理开销为自回归令牌生成加声码器合成。

🔗 开源与复现资源

🧭 深度解读

输入是什么,要输出什么,为什么必须保留可核对信息?

本文解读的对象是零样本可控语音生成框架 DisCo-Speech,目标是让刚进入语音合成的研究生能复述其方法与实验条件。输入是一段目标文本加两类提示语音:提供节奏、重音与情感走向的韵律提示,提供身份的音色提示。输出是保留目标音色、模仿提示韵律的波形。 解读必须保留可核对信息,因为语音解耦的结论高度依赖数据规模、采样率、码本大小与评测配对方式,任何省略都会让复现者无法判断收益来自结构还是数据。

本文只依据论文原文证据写作,教学用的举例会明确标注为例子,不虚构数值。 演示页在原文中给出且本次资源状态显示当前可用,可用于听感对照;第三方基座权重链接本次未能确认可达;代码与权重在原文中表述为接受后发布,不写作已公开。全文按学习依赖展开:先讲任务与相关路线,再讲全景与组件,然后讲训练、数据评测、结果消融,最后讲局限复现。

一个样本的完整路径是:韵律提示波形经内容韵律分词器得到单流令牌,目标文本经字节对编码得到文本序列,二者拼接输入语言模型生成目标内容韵律令牌,解码器以目标音色为条件合成波形。

已有编码器与可控合成路线在同输入同目标下差在哪里?

同输入同目标的对照应放在零样本语音合成上。声学编码器路线用残差向量量化或有限标量量化追求重建质量,代表有 Encodec、DAC、BigCodec 与 WavTokenizer。输入是波形,目标是高保真重建,运行阶段在合成前端提供声学令牌。优点是细节保留好,缺点是音色与韵律耦合,延续式语言模型会把提示的音色和韵律一起复制。 语义感知声学编码器加入语义蒸馏以缩小文本与语音的模态差距,代表有 SpeechTokenizer、Mimi、X-codec 系列与 StableCodec。

输入仍是波形加语义教师信号,目标是稳定文本到语音映射,但在细粒度控制上仍未显式分离属性。解耦编码器路线试图给出内容、韵律、音色各自的令牌,代表有 FA-Codec、MSR-Codec、FreeCodec 与本文的 DisCodec。 下游可控生成也有两类:一类靠多风格说话人数据集加细粒度韵律标注学习分离提示,资源消耗大且难扩展到零样本;另一类如 Vevo 与 Index-TTS 2 在编解码或流程上做情感解耦与时长控制。

本文的差异是把解耦放在编码器层面并把内容与韵律融合为单流,语言模型只做韵律延续,解码器做音色注入,结构更简洁。 比如例子:同样用甲的音色说乙的讲故事节奏,前两类编码器没有独立旋钮,只能整体模仿乙,而解耦路线要求语言模型只学乙的节奏、解码器只用甲的音色,这正是后文 2 阶段设计的动机。

为什么延续式生成必然纠缠音色与韵律?

问题来自基于编码器的语言模型的工作方式。标准做法是把提示语音编码为声学或混合令牌,语言模型以文本加提示令牌为前缀自回归延续出目标令牌。这种延续擅长高相似度克隆,因为它同时复制了提示的音色与韵律。 但当用户要求用说话人甲的音色说出样本乙的讲故事节奏时,模型没有独立的旋钮可以只换节奏不换人。论文把困难归纳为三点。

第一是语音解耦困境:音色是全局静态的,内容与韵律是时变的;韵律既有独立于内容的高层风格,又附着在内容上影响声调与强度。 第二是解耦与重建的权衡:过度解耦剥离声学细节,优先重建则留下纠缠。第三是下游友好性:3 流表示需要预测多路令牌,不方便标准语言模型使用。举例来说,如果把慢速停顿强行从音节内容上剥离,语言模型可能失去对齐线索。

如果不剥离,换风格时又会带入原说话人的音色。 这就是后文软约束与融合设计的动机:既要分开,又要保留必要的依赖,还要让语言模型用得方便。

DisCo-Speech 如何把一次生成拆成韵律延续加音色注入?

DisCo-Speech 由解耦语音编码器 DisCodec 与单个 Transformer 语言模型组成。训练时语言模型的输入结构为起始符、文本字节对编码序列、转折符、内容韵律统一令牌序列与结束符,用下一令牌预测训练,包含预训练与监督微调。推理时输入为起始符、提示文本、目标文本、转折符与提示的内容韵律令牌。 语言模型捕捉提示的韵律模式生成目标内容韵律令牌,解码器再以目标说话人的音色为条件合成波形。分工是语言模型管内容与韵律,解码器管音色。

这种拆分把可控生成变成两步:先延续韵律,再注入音色。 下面导读图 1 的总体流程,重点看数据如何从语音提示变为波形输出,再看语言模型上下两端的令牌形态与解码器条件输入的位置,确认自回归依赖与边界符号的作用。

看图路径: 1. 先沿底部 Speech 经内容韵律分词器进入黄色语言模型条带的向上箭头看主路径;2. 再看语言模型向上输出的红色圆点序列进入顶部解码器的多路箭头;3. 对比左侧绿色虚框音色输入与中间红色序列汇入解码器的位置差异;4. 确认特殊符号 T 与 E 在序列中的分界作用

原论文 Figure 1:The overview of DisCo-Speech.

论文图 1。原论文 Figure 1:“The overview of DisCo-Speech.”。

该局部像素显示底部语音经内容韵律分词器向上进入黄色语言模型条带,语言模型向上输出一串红色圆点序列进入顶部蓝色解码器,解码器左侧另有绿色虚框的音色输入,右侧输出语音。图中可见转折符 T 与结束符 E 标记序列边界,虚线表示逐位依赖。这种布局对应文字描述的两步分解。

韵律延续 × 音色注入: 韵律延续指语言模型根据韵律提示的内容韵律令牌和目标文本自回归生成目标内容韵律序列,音色注入指解码器以目标说话人全局音色表示为条件把该序列合成为波形,二者分工是一管节奏风格一管身份,搭配理由是编码器已保证内容韵律令牌与音色无关,组合意义是换韵律提示不换音色、换音色不破坏韵律,实现零样本独立控制。

该拆分成立的前提是内容韵律令牌已与音色无关,否则语言模型生成的韵律仍会携带源音色,解码器也无法彻底覆盖,这正是第二阶段融合与重建需要联合优化的原因。

三路并行编码器各自算什么,如何被约束分开?

DisCodec 第一阶段用 3 个并行编码器分解语音。内容编码器输出内容表示,韵律编码器输出韵律表示,音色编码器沿用 ECAPA-TDNN 得到帧级表示,再经可学习查询的交叉注意力聚合成固定长度序列,经有限标量量化得到全局音色表示。内容、韵律、音色分别经各自的量化器得到量化嵌入,解码器把 3 流表示重组回波形。 第一阶段解码器仅用于该阶段,多尺度梅尔谱损失与波形重建损失引导重建。下面导读图 2 左半部分的 3 路结构,重点看 3 条支路的量化节点与红色虚线监督的落点,再看它们在解码器前的汇合方式。

看图路径: 1. 先看左侧三路并行编码器分别输出 qc、qp、qt 的水平分支;2. 再看红色虚线椭圆标注的各损失监督落点与分支间约束;3. 确认 qp 支路中圆圈加号表示的残差相加与量化级联关系

原论文 Figure 2:The structure and two-stage training of DisCodec.

论文图 2。原论文 Figure 2:“The structure and two-stage training of DisCodec.”。

该局部像素显示内容支路经量化输出 qc 并受音素损失监督,韵律支路经双层量化输出 qp 并受基频损失、梯度反转说话人损失与相关损失监督,音色支路经交叉注意力与量化输出 qt 并受说话人分类损失监督,qc 与 qp 先相加再与 qt 相关约束交互后进入解码器输出重建波形。红色虚线椭圆标出各损失的作用边,圆圈加号表示相加节点。 符号与计算目标先说清楚:设输入波形为 x,内容、韵律、音色编码器输出为 hc、ht、hp,交叉注意力聚合为 gt,量化后为 qc、qp、qt,重建为预测波形。独占公式段如下:

\[hc = Ec(x), ht = Et(x), hp = Ep(x), gt = CrossAttention(ht, f), qc = Qc(hc), qp = RQp(hp), qt = Qt(gt), ˆx = D(qc, qp, qt),\]

该式目标是把 1 次前向定义为编码、聚合、量化与解码的串联,优化步骤在训练节讲。韵律分支采用双层残差有限标量量化,第一层显式建模基频,第二残差层捕捉基频之外的韵律,相关损失促进两层适度相关。第一层还用梯度反转层去除音色。 为处理属性间天然关系,论文引入软正交约束,分别约束韵律内容与韵律音色,内容韵律系数取较大值以允许时变耦合,音色韵律系数取很小值以近乎正交防止换风格时音色变化。

三因子解耦 × 内容韵律统一令牌: 三因子解耦负责用内容、韵律、音色 3 路并行编码器把波形拆到不同子空间并施加混合约束保证纯度,内容韵律统一令牌负责把已解耦的内容嵌入与韵律嵌入相加再重量化为单流序列以方便语言模型预测,二者搭配的理由是 3 流表示纯但需要预测多路令牌,统一令牌把下游预测简化为一步韵律延续加一步音色注入,组合意义是语言模型只管文本到内容韵律,解码器再注入音色。

软正交约束 × 硬正交约束: 软正交约束允许韵律与内容、韵律与音色之间保留可调的目标余弦相似度,硬正交约束要求相似度为零的严格独立,软约束分工是承认内容与韵律同为时变且天然耦合而对音色韵律近乎正交,搭配理由是严格解耦会切断固有依赖造成信息丢失而无约束会泄漏,组合意义是在消融中软约束同时保住自然度与音色一致性。

有限标量量化 × 残差分层韵律建模: 有限标量量化负责把连续编码映射为离散码本索引并形成信息瓶颈,残差分层韵律建模负责用第一层显式拟合基频、第二残差层捕捉基频之外的韵律并用相关损失引导互补,二者分工是一管离散化一管分层表达,搭配理由是单层只跟踪音高会丢失节奏与强度等更广韵律,组合意义是双层残差既保留可解释的音高层又学到更完整的自然韵律。

第二阶段冻结编码器,只训练专用解码器。做法是把内容与韵律的量化嵌入相加,再重量化为统一的内容韵律序列,解码器以全局音色为条件重建波形。解码器堆叠 Transformer 块加 BigVGANv2 生成器,用梅尔重建、特征匹配与对抗损失联合优化。

两阶段各更新谁冻结谁,监督信号从哪里来?

第一阶段目标是三因子解耦同时保证各属性完整,总损失是重建、音素、说话人、基频、梯度反转说话人、相关与软约束的加权和。重建项含时域损失与多尺度梅尔损失。音素项是内容表示预测的音素概率与基于 Wav2Vec 识别器提取标签的交叉熵。说话人项是全局音色表示的说话人分类交叉熵。 基频项是第一韵律层预测基频与真实基频的回归。

梯度反转项是在韵律分支上接说话人分类器并反转梯度以防音色泄漏。相关与软正交项控制层间与分支间依赖。独占公式段如下:

\[LStage1 =λrecLrec + λphoLpho + λspkLspk\]

该式是原始目标的加权和,不是近似,各项权重见附录,优化用 Adam 并在前段线性预热。论文未报告量化直通估计处梯度截断的具体实现,复现时应以公开代码为准,此处不猜测梯度路径。 第二阶段冻结第一阶段编码器,只更新融合与重建解码器,总损失为梅尔重建、特征匹配与对抗损失的加权和。独占公式段如下:

\[Lstage2 = λmelLmel +λfmLfm +λadvLadv, (6)\]

该式中梅尔损失管频谱重建,特征匹配取判别器中间层,对抗损失取多尺度判别器,计算前对量化嵌入做层归一化以稳定余弦相似度。语言模型从基座初始化,训练多轮,用 AdamW 优化。

梯度反转层 × 说话人分类损失: 梯度反转层在韵律分支上接说话人分类器并反转梯度以消除音色,说话人分类损失在音色分支上直接优化全局音色表示的说话人判别性,二者分工是一推一拉分别保证韵律中无音色、音色中有身份,搭配理由是仅靠正交约束不足以去除粗粒度音色泄漏,组合意义是从对抗与判别两端收紧音色与韵律的边界。

该节明确了更新与冻结的分界:第一阶段学解耦空间,第二阶段只优化重建与融合,若第二阶段误更新编码器会破坏已学到的解耦,因此冻结必须严格执行。

数据、划分、基线与指标如何组织,条件是否一致?

编码器训练用大规模混合语料,采样率覆盖中低与高采样,含内部高质录音室与采集数据;语言模型预训练用更大规模语料,含 Emilia 与上述内部语料;监督微调选高采样子集;编码器与语言模型还在高质高采样数据上微调。特征上韵律与音色分支用多维梅尔谱,帧长与帧移固定。

硬件为多卡 A800,编码器训练步数与批量较大。 评测上编码器重建用 LibriSpeech 测试集干净子集,解耦能力用 1000 级转换对,含富有表现力源语音与多个目标说话人;可控生成用 SEED-TTS-Eval 中英文集测克隆,自建韵律集测韵律控制。客观指标含感知质量、可懂度、说话人相似度与基频相关,主观用偏好测试比较与参考在音色或韵律上的接近程度。 基线覆盖声学编码器、语义编码器与解耦编码器,以及多种零样本系统。

原文未报告多次随机种子的方差与显著性检验,比较时应视为单次报告值。复现时需注意 2 阶段采样率不一致,特征提取参数只适用于韵律与音色分支,不能直接套用到内容分支。 主观样本只占生成总量的一部分,跨性别迁移的稳定性在正文中仅以示例说明,未给出分组数字,推广时需谨慎。

主结果测什么,与谁比,关键数字支持什么判断?

主结果分三块:编码器重建、零样本声音转换解耦、零样本克隆与韵律控制。重建在干净集上比较,DisCodec 在中等帧率与大码本下取得有竞争力的感知质量与可懂度,重点是其重建未因解耦而崩塌。声音转换客观评测比较自然度、音色一致性与基频一致性。语音克隆在中英文集上测可懂度与相似度。 下面导读图 3 的解耦可视化,重点对比仅内容与仅韵律重建的语谱差异,再看完整重建是否同时恢复两者,确认内容与韵律是否被分到不同子空间。

看图路径: 1. 先对照左上仅内容与右上仅韵律两幅语谱图的纵向条纹与低频能量差异;2. 再观察下方重建结果中黑色静音竖带的对齐情况;3. 注意仅韵律图中低频基频轮廓更连续而高频细节更模糊的现象

原论文 Figure 3:Disentanglement visualization.

论文图 3。原论文 Figure 3:“Disentanglement visualization.”。

该局部像素显示仅内容重建保留清晰的纵向音节条纹但低频基频轮廓较弱,仅韵律重建保留连续的低频能量起伏但高频音素细节模糊,下方完整重建同时恢复条纹与轮廓。这支持内容与韵律已被分到不同子空间的判断,但像素不能读出精确数值,定量结论仍需以下消融表。 下表为核心消融结果,包含实际可运行的去残差、去相关、无约束、硬约束与完整方案,指标方向均为越高越好。表前比较问题是:拿掉分层韵律与软约束后,自然度、基频保持与音色一致性如何变化,公平条件是同一零样本声音转换任务与同一组客观指标。

Model VariantUTMOSF0 CorrSSIM
w/o Residual3.900.620.59
w/o3.810.480.53
No Constraint (λsoft = 0)3.910.640.48
Hard Constraint (βc, βt = 0)3.830.520.69
Proposed3.980.590.61

该表显示完整方案自然度最高,基频相关居中,相似度居中偏上。未胜出项值得注意:去残差在基频相关略高但自然度下降,说明只跟踪音高不够;无约束在基频相关最高但相似度最低,说明韵律中泄漏了音色;硬约束相似度最高但自然度与基频相关下降,说明过度解耦丢失细节。这些反例共同支持软约束与分层韵律的必要性。 韵律控制用偏好测试,在风格场景下本文方法在音色与韵律均占优,在情感场景下基线在韵律偏好略高但音色一致性落后,论文解释为强烈情感本身带来音色变化,过度追求表现力会导致源音色泄漏,而本文更严格的解耦保住了目标音色。

拿掉残差、相关损失与软约束后哪里变差?

消融在零样本声音转换上验证两处设计。分层韵律方面,去残差只用第一层表示韵律,基频相关略升但自然度下降,说明单一音高表示忽略更广韵律;去相关保留双层但去掉相关约束,自然度最低,说明残差层未被引导时会学到有害噪声。解耦约束方面,无约束相似度最低,表明音色严重泄漏到韵律;硬约束相似度最高但自然度受损。

完整软约束在三者间取得平衡。论文还给出超参数直觉:内容韵律取较大系数以允许词汇重音与声调对齐的耦合,音色韵律取很小系数以近乎正交保证换风格不换人。未评测边界是极端夸张韵律的稳定性,原文在局限中承认训练语料的表现力与质量仍受限。 下表整理编码器训练的关键超参数,表中码本大小、批量与步数均来自原文连续句,用于核对复现所需量级。

表前问题是:2 阶段各用什么采样率、特征参数与码本容量,公平条件是同一编码器结构下的不同分支配置。

配置项取值适用阶段数据条件出处说明
训练步数与批量500k 步,批量 176编码器训练8 卡 A800原文训练配置句
离散码本大小65536,46656内容,韵律音色有限标量量化层原文码本配置句
全局音色长度48音色分支固定长度序列原文音色序列句
梅尔特征参数80 维,50 ms,20 ms韵律音色分支2 阶段特征提取原文特征配置句

该表说明编码器用较大批量与较长步数学习解耦,内容码本大于韵律与音色码本,全局音色序列固定为较短长度以形成瓶颈。

代价是 2 阶段流程比单阶段声学编码器更复杂,冻结与更新的切换必须严格执行。 复现时应先固定消融表再调系数,不宜同时改动残差结构与约束强度,否则无法归因。

哪些代价与边界在采用前必须知道?

论文明确报告三项局限。第一,说话人相似度低于多阶段系统,可能源于自回归生成的可变性与紧凑编码表示,克隆评测中相似度与单阶段相当但弱于流匹配系统,追求独立控制时需接受相似度的小幅损失。第二,训练数据虽大但质量与表现多样性仍受限,高度夸张韵律可能不稳定。 第三,解耦纯度与重建保真度的平衡仍是持续挑战,增强解耦有时以细粒度声学细节为代价,消融中硬约束的高相似低自然就是例证。

此外,未测量推理延迟、实时率与计算成本,不能承诺这些量得到改善;主观评测样本有限,推广到全量时需谨慎;跨性别韵律迁移仅以示例展示,未分组量化。 下表整理数据规模与评测配对规模,用于判断结论的聚合对象与数据量级。表前问题是:编码器与语言模型各用多少数据训练,解耦与可控结论各聚合了多少样本,指标方向与听音人数是否明确。

数据与评测项规模取值适用对象训练轮数与优化出处说明
编码器混合语料26k 小时,16-24 kHz编码器训练内部多样性语料原文数据规模句
语言模型预训练120k 小时,含 Emilia语言模型预训练8 轮,8 卡训练原文预训练配置句
监督与高质量微调5k 小时,6k 小时,24 kHz微调阶段高质量筛选子集原文微调数据句
转换与主观配对1680 对,5000 条选 500解耦与可控评测10 位专家听音原文评测配对句

该表显示语言模型数据远大于编码器数据,微调数据经过质量筛选,客观解耦用 1000 级转换对,主观可控用 1000 级韵律音色对乘以多文本再抽样。

代价是主观样本只占生成总量的一部分,跨性别迁移未分组量化。 采用前应先在目标性别与情感强度上补测相似度与基频相关,再决定是否接受该权衡。

复现先做什么,需要哪些信息条件与验证?

复现分编码器与语言模型两条线。编码器先按第一阶段 3 路结构与混合损失训练,注意分阶段采样、梅尔谱帧长帧移、码本大小与全局音色长度的设置,冻结编码器后再训练融合解码器。语言模型从基座初始化,按起始、文本、转折、内容韵律、结束的序列格式做下一令牌预测,先大规模预训练再小规模微调,最后与编码器一起在高质量数据微调。 验证先跑重建与 1000 级转换对的客观指标,再跑中英文克隆与自建韵律集的测试,重点复现消融表的排序而非单点数值。

信息条件上,演示页当前可用可用于听感对照;第三方基座权重链接本次未能确认可达,需自行确认可达性;代码与权重原文称接受后发布,不应视为当前可运行。 下表整理第二阶段损失构成与评测验证要点,用于复现融合重建时的优化目标。表前问题是:第二阶段用什么损失重建高质量波形,验证时先看哪些客观指标与主观抽样,公平条件是同一解耦空间下的不同重建策略。

验证项内容与取值适用阶段损失与指标说明出处说明
转换验证规模1680 对,60 源,28 目标解耦验证相似度与基频相关原文转换配对句
主观生成抽样1000 对,5 文本,500 抽样可控验证10 位专家偏好原文主观配对句
第二阶段损失梅尔,特征匹配,对抗融合重建多尺度判别器原文损失构成句

该表说明第二阶段是典型的生成对抗重建目标,不是简单的回归。代价是训练更不稳定,需要判别器与生成器协同,论文未报告判别器更新频率与失败率,复现时需补做稳定性记录。

缺项是判别器细节、随机种子方差与极端韵律的分组评测,复现报告应补上这些验证才能确认收益可部署。

何时值得尝试这种编码器层面解耦?

当任务要求用任意人的音色说出任意样本的节奏与情感,且只有单条提示可用时,值得尝试这种把解耦放在编码器、把控制拆成两步的方案。它的适用条件是能接受单阶段自回归在相似度上略低于多阶段流匹配,能提供大规模多风格数据学习韵律多样性,并能容忍 2 阶段训练的复杂度。 不适用的是只求最高相似度克隆或只做中性朗读的场景,此时标准声学编码加延续生成的链路更简单。

记忆要点是:3 路编码加混合约束解决纠缠,融合为单流解决下游友好,重建联合优化缓解权衡,语言模型延续韵律而解码器注入音色。 未来工作按论文指向更高质量数据与联合优化结构,以同时提升解耦纯度与细节重建。复现时建议先复现消融排序,再在目标情感强度上补测相似度与自然度,避免只看单一指标得出相反排序。 总体趋势不等于每组都成立,强烈情感下的表现力与音色保持仍需权衡,这正是采用前必须补验证的原因。

⚖️ 评分明细

评分属于系统判断,不是论文实验结果;八维数值与总分见页首,原始审计记录保留在后端。

  • 评分规则:type-aware-v1
  • 评分模型:muse-spark-1.3-contributor
  • 评分请求协议:openai_responses

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