diplomová práce

Oprava výpadků audio signálů v reálném čase pomocí neuronové sítě

Text práce 3.82 MB Příloha 7.89 MB

Autor práce: Ing. Radim Pařízek

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Ondřej Mokrý, Ph.D.

Oponent: prof. Mgr. Pavel Rajmic, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá metodami maskování ztráty paketů (Packet Loss Concealment, PLC) pro hudební signály v aplikacích pro hudební vystoupení po síti. Jsou představeny základní principy PLC algoritmů, dostupné datasety a metriky pro hodnocení kvality rekonstrukce. Je navržen autoregresní predikční model využívající Levinsonův-Durbinův algoritmus s optimalizacemi pro zpracování v reálném čase. Autoregresní model dosahuje použitelné kvality rekonstrukce při nízké výpočetní náročnosti, zejména ve srovnání s jednoduchými PLC metodami. Dále jsou navrhnuty dva hybridní reziduální modely po vzoru PARCnet; AR-SSM na bázi prostorových stavových modelů (State Space Models) s využitím modifikovaných S4D bloků a AR-GCRN kombinující konvoluční kodér/dekodér strukturu s rekurentním bottleneckem a pracující s frekvenčními příznaky. AR-SSM model není dále zkoumán z důvodu nesplnění požadavků pro zpracování v reálném čase. Oba modely jsou vyhodnoceny na datasetu Medley-solos-DB pomocí časových, spektrálních a psychoakustických metrik a porovnány s referenčním modelem PARCnet. Výsledky ukazují, že navržený AR-GRCN model dosahuje srovnatelných výsledků s referenčním modelem, překonává ho ve spektrálních a psychoakustických metrikách a splňuje stanovené požadavky na inferenci v reálném čase.

Klíčová slova:

maskování ztráty paketů, PLC, hudební vystoupení po síti, autoregresní model, neuronová síť, konvolučně-rekurentní neuronová síť, SSM, PARCnet, lineární predikce

Termín obhajoby

11.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaBznamka

Klasifikace

B

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) Mohl byste prezentovat přesný pravděpodobnostní model výpadků signálu a ukázat několik masek, které z takových simulací vzešly?

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Audio inženýrství (MPC-AUD)

Specializace

Zvuková produkce a nahrávání (AUDM-ZVUK)

Složení komise

Ing. Jaromír Mačák, Ph.D. (člen)
Doc.Ing.MgA. Ondřej Urban, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D. (místopředseda)
RNDr. Lubor Přikryl (člen)
Ing. Ondřej Mokrý, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Ondřej Mokrý, Ph.D.

Práce představuje metodu pro opravu hudebních audio signálů poškozených (simulovanou) ztrátou paketů při přenosu. Dle zadání se jedná o modifikaci hybridní metody kombinující autoregresní predikci s neuronovou sítí, konkrétně jsou navrženy jiné podoby neuronové větve a tyto modely natrénovány. V práci chybí hlubší diskuze subjektivní kvality výsledků, jedná se však pouze o drobný nedostatek a mimo to bylo zadání práce splněno.

Student pracoval průběžně a samostatně.

Struktura práce je logická, text je psaný čtivě, někdy však na úkor širších souvislostí. Místy se objevuje nevhodná úroveň detailu, např. velmi technický popis LSTM vrstvy v rovnicích (3.8)–(3.13) bez ilustrace či intuitivního pochopení. Text práce vykazuje drobné formální nedostatky: Nejednotná sazba při zavádění zkratek, chybná sazba procent, desetinná tečka, chybná forma přivlastňovacích přídavných jmen, nejednotné používání matematické notace (suma čtverců v (1.5) a (1.6), ale norma v (1.8)) a další. Obrázky a ukázky výstupů by byly lepší ve vektorovém formátu a s použitím většího písma.

V přiložených zdrojových kódech postrádám přesnější návod ke spuštění či k nastavení cest k souborům tak, aby byla možná snadná reprodukce prezentovaných výsledků.

Vzhledem k uvedenému práci doporučuji k obhajobě a navrhuji známku B. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 85

Známka navržená vedoucím: B

Diplomová práce Bc. Radima Pařízka se věnuje opravě výpadků audio signálů v reálném čase, což je téma na pomezí digitálního zpracování signálů a hlubokého učení. Student splnil zadání, jelikož prokazatelně nastudoval problematiku Packet Loss Concealment (PLC) a sepsal teoretické základy autoregresních modelů i neuronových sítí. Dále navrhl a implementoval vlastní architektury AR-SSM (využívající stavové modely s bloky S4D) a AR-GCRN (využívající konvolučně-rekurentní strukturu s frekvenčními příznaky), modely natrénoval a porovnal je s referenční metodou PARCnet. V práci však zcela chybí subjektivní zhodnocení kvality a autor čtenáři neposkytuje možnost poslechnout si ukázky rekonstrukcí.

Je zřejmé, že autor musel nastudovat rozsáhlé množství látky a naučit se zacházet s neurálními modely v praxi. Z textu je však patrné, že autor zůstal spíše v roli uživatele – mnoho pasáží indikuje, že hlubší porozumění tomu, proč věci (ne)fungují, mu zůstalo vzdáleno.

Práce je logicky členěná, avšak z popisu je obtížné rozlišit, co přesně je studentova vlastní práce a co bylo převzato z (citovaných) zdrojů. Jazyk je ve velké části textu neobratný, místy se zbytečnou snahou o pseudoodbornost vykoupenou velkým množstvím cizích pojmů, anglicismů. Občas se vyskytne překlep. Typografie a grafická úprava jsou spíše na nižší úrovni. Místy textu schází logická návaznost; například termín „burst“ se objevuje v celé práci, aniž by byl kdekoli vysvětlen, podobně „režim burst-only“ v praktické části.

I přes uvedené výhrady student prokázal schopnost samostatné inženýrské činnosti. Práci doporučuji k obhajobě s navrhovaným hodnocením C. Otázky k obhajobě:
  1. Mohl byste prezentovat přesný pravděpodobnostní model výpadků signálu a ukázat několik masek, které z takových simulací vzešly?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 70

Známka navržená oponentem: C

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová