Developing a Kazakh Audio–Visual Multimodal Speech Recognition Model Based on Hierarchical and Cross-Modal Attention

Information, 2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/info17080756
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study presents an audio–visual speech recognition (AVSR) model for Kazakh that jointly exploits audio and visual channels. The study introduces QazAVSR, a 57 h dataset collected from 271 speakers, and extracts synchronized audio signals and lip-region video sequences using FFmpeg 7.0, Dlib 19.24, and OpenCV 4.9.0. The proposed architecture uses the self-supervised HuBERT_BASE model in the audio branch and an ImageNet-pretrained ViT-B/16 model in the visual branch. Audio and visual representations are fused by a three-layer BiModalHformer block, where intra- and cross-attention operations are performed at each level. Extensive experimental validation, supplemented by rigorous paired bootstrap resampling significance tests, demonstrates that the full multimodal BiModalHformer model achieves a highly robust average character error rate (CER) of 31.2% and a Word Error Rate (WER) of 43.1%. These results significantly outperform traditional audio-only, video-only, and standard representation-level fusion baselines. Furthermore, comparisons against powerful external baseline architectures—including Whisper-Small and AV-HuBERT configurations rigorously adapted for the Kazakh language—statistically validate the architectural efficacy of the BiModalHformer framework. Additional systematic evaluations utilizing extended metrics such as the Match Error Rate (MER), word information preserved (WIP), and the Multimodal Synergy Index (MSI) confirm that the full audio–visual configuration preserves lexical information significantly more effectively. Finally, extensive noise perturbation experiments confirm that the multimodal architecture exhibits superior structural robustness to complex acoustic distortions, including environmental noise, synthetic room reverberation, and overlapping speech topologies.