1. Giới thiệu tổng quan và Tính cấp thiết của đề tài
Tiếng Việt là một ngôn ngữ đơn lập đa thanh điệu, trong đó cấu trúc âm tiết đi kèm với các dấu thanh (ngang, huyền, sắc, hỏi, ngã, nặng) tạo nên sự khác biệt hoàn toàn về mặt ngữ nghĩa. Trong kỹ thuật xử lý tín hiệu tiếng nói và tổng hợp tiếng nói (TTS), tần số cơ bản (F0) cùng với diễn biến đường nét F0 theo thời gian chính là đại lượng vật lý trực tiếp thể hiện thanh điệu.
Tuy nhiên, việc xác định chính xác F0 trong thực tế gặp nhiều thách thức do tính chất bất đẳng cực của tín hiệu tiếng nói, sự hiện diện của nhiễu môi trường, hiện tượng trùng tần số (octave errors) và sự biến đổi phức tạp của thanh điệu theo ngữ cảnh liên âm. Nhận thức được tầm quan trọng đó, đề tài "Nghiên cứu các phương pháp xác định tần số cơ bản ứng dụng cho tổng hợp thanh điệu tiếng Việt" được triển khai nhằm tìm kiếm các mô hình toán học tối ưu, nâng cao độ chính xác trong việc trích xuất và tái tạo F0, tạo tiền đề cho hệ thống tổng hợp tiếng nói tiếng Việt đạt độ tự nhiên cao.
2. Mục tiêu và Đối tượng nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu toàn diện các phương pháp xác định tần số cơ bản F0 từ truyền thống đến hiện đại dựa trên nền tảng toán học và xử lý tín hiệu số.
- Đề xuất các giải pháp cải tiến thuật toán trích xuất F0 nhằm giảm thiểu lỗi ước lượng trong các môi trường tín hiệu phức tạp.
- Ứng dụng mô hình F0 đã tối ưu vào bài toán mô phỏng và tổng hợp thanh điệu tiếng Việt, đảm bảo tính chính xác về ngữ nghĩa và tự nhiên về âm điệu.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Tín hiệu âm thanh tiếng nói tiếng Việt, các thuật toán trích xuất tần số cơ bản (F0), mô hình toán học đại diện cho đường nét thanh điệu tiếng Việt.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào khía cạnh toán học ứng dụng trong xử lý tín hiệu, thực nghiệm trên tập dữ liệu tiếng Việt chuẩn phục vụ công nghệ tổng hợp tiếng nói.
3. Phương pháp nghiên cứu và Phạm vi đề tài
3.1. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: Sử dụng các công cụ toán học ứng dụng (biến đổi Fourier, phân tích tương quan, đại số tuyến tính và lý thuyết xác suất) để phân tích cấu trúc phổ của tín hiệu tiếng nói.
- Phương pháp thuật toán: Phân tích, so sánh và cải tiến các thuật toán trích xuất F0 trong miền thời gian, miền tần số và miền thời gian - tần số kết hợp.
- Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng chương trình thử nghiệm, đánh giá sai số trích xuất F0 trên tập cơ sở dữ liệu âm thanh thực tế và kiểm chứng chất lượng thanh điệu tổng hợp.
3.2. Phạm vi ứng dụng
- Ứng dụng trực tiếp trong các hệ thống tổng hợp tiếng nói tiếng Việt (TTS).
- Ứng dụng trong việc phân tích âm điệu, nhận dạng người nói và nâng cao chất lượng tín hiệu âm thanh.
4. Những đóng góp mới và Kết quả nghiên cứu nổi bật
- Đánh giá toàn diện các thuật toán F0: Hệ thống hóa và chỉ ra ưu, nhược điểm của các phương pháp xác định F0 hiện hành khi áp dụng riêng cho đặc thụ thanh điệu tiếng Việt.
- Đề xuất cải tiến thuật toán toán học: Đưa ra giải pháp giảm thiểu sai số octave và nhiễu nền thông qua việc kết hợp mô hình lọc thích ứng và phân tích phổ toán học.
- Mô hình hóa đường nét thanh điệu: Xây dựng thành công mô hình toán học miêu tả biến thiên F0 mượt mà, phản ánh trung thực đặc trưng thanh điệu tiếng Việt trong chuỗi ngữ cảnh câu nói.
5. Ý nghĩa khoa học và Giá trị thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
- Bổ sung và phát triển lý thuyết toán ứng dụng trong lĩnh vực xử lý tín hiệu âm thanh tiếng nói dành riêng cho ngôn ngữ có thanh điệu như tiếng Việt.
- Cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho việc phát triển các thuật toán trích xuất đặc trưng tiếng nói thế hệ mới.
5.2. Giá trị thực tiễn
- Nâng cao chất lượng, độ tự nhiên và khả năng biểu cảm của các hệ thống trợ lý ảo, giao tiếp người - máy bằng tiếng Việt.
- Đóng góp thiết thực vào các ứng dụng công nghệ thông tin, truyền thông và xử lý thông tin dạng tiếng nói phục vụ nhiệm vụ chuyên ngành tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.
6. Thông tin tác giả và Cơ sở đào tạo
- Tên đề tài luận văn/luận án: Nghiên cứu các phương pháp xác định tần số cơ bản ứng dụng cho tổng hợp thanh điệu tiếng Việt
- Tác giả: Tạ Yên Thái
- Chuyên ngành: Khoa học tự nhiên / Toán học
- Cơ sở đào tạo: Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
- Ngày công bố: 21-11-2025