dizertační práce

PARAMETRICKY EFEKTIVNÍ MODELY PRO AUTOMATICKÉ ROZPOZNÁVÁNÍ ŘEČI A JAZYKA

Text práce 3.21 MB Teze 3.21 MB

Autor práce: Amrutha Prasad

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: doc. Ing. Petr Motlíček, Ph.D.

Oponenti: doc. Ing. Pavel Ircing, Ph.D., Prof. Hung-yi Lee

Abstrakt:

Rozsáhlé předtrénované akustické modely se staly základem moderních řečových technologií a dosahují špičkového výkonu v celé řadě úloh. Jejich obrovský počet parametrů však představuje značné výzvy pro nasazení v prostředích s omezenými zdroji a kritickými pro bezpečnost. Tato disertační práce se  zabývá návrhem a evaluací redukce modelů a parametricky efektivních metodologií pro automatické rozpoznávání řeči (ASR) a identifikaci jazyka (LID). Výzkum se primárně zaměřuje na oblast řízení letového provozu (ATC), t.j., vysoce náročný scénář charakterizovaný omezeným jazykovým kontextem, silným šumem pozadí a vysokou diverzitou mluvčích, což z něj činí ideální testovací prostředí pro hodnocení robustního zpracování řeči v reálných podmínkách.

Abychom zmírnili výpočetní náklady bez snížení výkonu, práce se nejprve zaměřuje na specifické diskriminátory, které jsou implementovány v modelech typu XLS-R. Pro úlohu LID je tradiční diskriminátor typu TDNN nahrazen
faktorizovanou neuronovou sítí (TDNN-F), čímž se dosahuje 30–50% redukce parametrů při zachování plné diskriminační kapacity. Dále práce zkoumá
použití "Normalizing Flows" metody k modelování komplexních distribucí. To efektivně obchází tradiční Gaussovské předpoklady pravděpodobnostní lineární diskriminační analýzy (PLDA) a odstraňuje potřebu normalizace délky audio nahrávek. U dvou ze tří datových sad, "Flow" model konzistentně poskytoval vyšší přesnost než metoda PLDA.

Práce poté zkoumá strukturální kompresi samotných základních modelů. Faktorizace matic pomocí SVD dekompozice  je aplikována na dopředné vrstvy neuronových sítí ( v modelech XLS-R a Whisper), a to jak samostatně, tak ve spojení s adaptací LoRA. Na rozdíl od standardních metod, které omezují množství parametrů pouze během adaptace modelů, tato faktorizace zmenšuje velikost modelu jak během trénování, tak i inference. Účinnost navržených technik je testována na třech datových sadách pro detekci jazyka (LID)  a dvou sadách pro rozpoznávání řeči (ASR). U modelu XLS-R je množství parametrů sníženo o 23–50% s minimálním snížením přesnosti modelů. U Whisper modelů vede 28% redukce parametrů ke snížení WER o 1,8%, zatímco 50% redukce nemá žádný vliv na WER.

Klíčová slova:

Automatické rozpoznávání řeči, Rozpoznání jazyka, Faktorizace matic, Redukce množství
parametrů

Termín obhajoby

09.07.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

The student presented the goals and results, that she achieved within the solution of the dissertation. The student has competently answered the questions of the committee members and reviewers and guests. The discussion is recorded on the discussion sheets, which are attached to the protocol. Number of discussion sheets: 5. The committee has agreed unanimously that the student has fulfilled the requirements for being awarded the academic title Ph.D.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Informační technologie (DIT)

Složení komise

doc. Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. (člen)
Doc. Mgr. Pavel Rychlý, PhD (člen)
doc. Ing. Pavel Ircing, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Kompan, PhD. (člen)

Amrutha Prasad’s thesis presents original and significant contributions to the compression of large foundation models, achieving substantial parameter reductions without sacrificing accuracy in the safety-critical domain of Air Traffic Control. Validated by real operational data and published in prestigious international fora, her collaborative work at FIT BUT and Idiap Research Institute demonstrates exceptional scientific rigor and practical impact, earning a full recommendation for her doctoral defense.

Soubor vložený vedoucím Velikost
Doporučení k obhajobě disertační práce [.pdf] 102,85 kB

Based on the content of the reviewed thesis and the presented list of scientific achievements, I strongly believe that the doctoral thesis and the student´s achievements until now meet the generally accepted requirements for the award of an academic degree (in accordance with Section 47 of Act No. 111/1998 Coll., on higher education institution).
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 371,44 kB

Posudek oponenta
Prof. Hung-yi Lee

In my opinion, the thesis and the student’s achievements to date meet the generally accepted requirements for the award of an academic degree in accordance with Section 47 of Act No. 111/1998 Coll., on higher education institutions, and the corresponding internal regulations of Brno University of Technology.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 290,46 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová