基于声纹识别的USB身份认证方法及其系统

摘要

本发明涉及一种基于声纹识别的USB身份认证方法及其系统，属于计算机信息安全技术领域。包括用户终端和基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统，用户终端与基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统通过USB总线相连，该基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统包括用于完成认证的声纹识别运算的处理器，该处理器分别与语音采集单元、数据存储单元、电源管理模块、状态指示模块和用于连接用户终端的USB接口连接。优点在于，具有较高的安全性。本发明还可以提供第三方应用和服务声纹认证接口，可扩展到网络银行、电子商务、电子政务等领域。

主权项

1.一种基于声纹识别的USB身份认证方法，其特征在于包括下列步骤：(1)用户将基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统插入用户终端；(2)用户将声纹信息录入到基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统中，然后在用户终端上选定需要声纹身份认证的声纹加密数据，实现数据的声纹加密设置；该声纹信息录入包括：(a)用户终端提示用户声纹信息录入时需要语音回答的问题；(b)用户在基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统上输入语音答案；(c)基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统采集用户的语音答案，对这些语音答案进行特征参数提取，形成语音答案模板和说话人声纹信息模板，存储在基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统的声纹数据库存储空间模块中；其中，形成语音答案模板和说话人声纹信息模板包括：(i)语音答案模板的形成基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统采集用户的语音答案，并对采集的语音答案进行预处理，包括信号的分帧、加窗、连续数字的分割、预加重；对D个分割的数字O＝{O¹，O²，...O^D}，分别提取基于核PCA的Gammachip特征参数；将每个数字所对应的特征参数分别与基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统中存储的事先训练好的0-9数字的语音模型进行得分匹配，找到每个数字得分最大的模型所对应的数字，作为语音答案的模板存储在基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统中；(ii)说话人声纹信息模板的形成系统对基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统采集的用户语音答案，进行预处理，包括信号的分帧、加窗、端点检测、预加重；用户语音答案数字串被分割为D个数字，对每个数字分别提取基于核PCA的Gammachip特征参数，提取过程同语音答案模板形成的第二步操作；利用基于核PCA的Gammachip特征参数，生成GMM-UBM模型Λ_s＝{w_l，μ_l，∑_l}，l＝1，...，R，将每个混合度的均值向量μ_l连接在一起形成GMM-UBM超向量X＝[μ₁μ₂...μ_R]^T；将X＝[μ₁μ₂...μ_R]^T作为输入，训练基于GMM-UBM超向量的支持向量机说话人模型，构造分类函数使对样本x进行分类时的错误概率尽可能小；将求解得到的α_i^*≠0所对应的样本向量x_i、类别标号y_i及参数b*作为说话人声纹信息模板，存储在基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统中；(d)基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统通过USB接口将用户声纹信息录入成功的信号传输到用户终端，由用户终端提示用户声纹信息录入成功；(3)用户对声纹加密的数据进行操作时，需要将基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统插入到用户终端，并进行声纹认证，只有声纹认证通过后，用户才可以访问声纹加密的数据；该声纹认证包括：(a)用户终端随机抽取一个声纹信息录入时用户语音回答的问题，提示用户输入声纹认证语音；(b)用户在基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统上输入语音答案；(c)基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统采集用户的认证语音，提取用户认证语音的特征参数；(d)将特征参数分别与语音答案模板和说话人声纹信息模板进行比对，计算两个匹配值；语音答案模板比对和说话人声纹信息模板比对包括：(i)语音答案模板比对用户认证语音经预处理、特征提取后，用户认证语音数字串被分割为D_r个数字，对每个数字分别提取基于核PCA的Gammachip特征参数；如果用户认证语音包含的数字的个数不等于用户语音答案模板包含数字的个数，则认为用户的语音答案不正确；否则，根据语音答案模板找到该用户终端随机抽取的一个声纹信息录入时用户语音回答的问题所对应的所有语音答案的模型，依次计算每个数字的特征参数与模型的匹配得分；如果每个数字的匹配得分都小于设定的阈值，则认为用户的语音答案正确，否则，用户的语音答案不正确；(ii)说话人声纹信息模板比对用户认证语音经预处理、特征提取后得到基于核PCA的Gammachip特征参数，根据用户声纹信息录入时产生的模板参数α_i^*、x_i、y_i及参数b*，计算判别函数的值；如果则认为认证语音是用户所说，用户的声纹信息比对成功；否则用户的声纹信息比对失败；(e)如果用户的语音答案正确，且用户的声纹信息比对成功，则用户的声纹认证通过，否则，用户可以在规定的次数内重新进行声纹认证，如果超过规定的重试次数，则基于USB的嵌入式声纹识别硬件系统将被锁死。