[发明专利]一种文本相关的声纹密钥生成方法

说明书

本发明涉及一种文本相关的声纹密钥生成方法。本发明包括声纹密钥训练和声纹密钥提取；声纹密钥训练通过前期采集的声纹样本训练出声纹密钥提取矩阵。声纹密钥提取将待提取声纹样本经预处理后，乘上声纹密钥训练得到的密钥提取矩阵，得到声纹密钥。本发明利用话者文本相关的语谱图在更充分地表达话者的声音特质的同时，保持前后采样样本具有更稳定的相似性。在此基础上，用机器学习方法从多个语谱图中训练出声纹稳定特征向量提取矩阵，用该矩阵对后续样本进行处理，可提取更稳定的声纹密钥。方法具有稳定性好、简洁、方便使用的特点。

技术领域

本发明属于网络空间安全技术领域，涉及一种文本相关的声纹密钥生成方法。

背景技术

声纹识别技术已是一种比较成熟的生物特征识别技术，随着近几年人工智能技术的迅速发展，声纹识别的准确率也得到了一定程度的提高，在低噪音环境中声纹识别准确率可达到96％以上，已被广泛地应用于身份认证场景中。

随着声纹技术应用的深入，本技术领域内开始尝试从人类声纹中直接提取稳定数字序列作为生物密钥使用，即可以用声纹直接生成各类密钥，与现有的口令、公私钥密码技术无缝融合，可以免去声纹采集和存储过程的不便，以及可能引发的安全性问题，进一步丰富网络认证的手段与方法。

声纹生物密钥技术已有一定程度的研究，如中国发明专利ZL201110003202.8基于声纹的文档加密及解密方法，提出了一个从声纹信息中提取稳定密钥序列的方案。但是该方案仅用棋盘法稳定声纹特征值，稳定效果有限且密钥长度不足。中国发明专利ZL201410074511.8一种人类声纹生物密钥生成方法，提出了一种提取声纹高斯模型，并将模型特征参数向高维空间投影以获得稳定声纹密钥的技术路线。该方案获得的声纹密钥较前一个专利稳定性有明显提高，但对于高稳定性要求的密钥认证环境，上述技术方案提取声纹生物密钥的稳定性仍有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是提供一种文本相关的声纹密钥生成方法。

本发明包括声纹密钥训练和声纹密钥提取；声纹密钥训练通过前期采集的声纹样本训练出声纹密钥提取矩阵。声纹密钥提取将待提取声纹样本经预处理后，乘上声纹密钥训练得到的密钥提取矩阵，得到声纹密钥。具体步骤如下：

步骤一、声纹密钥训练，具体步骤为：

第一步，用户对同一个文本信息,一般为1-3个连续的单词，录取自身语音，重复20次以上，次数由用户根据训练情况调整。

第二步，录取10个以上不同用户读取相同文本信息的语音，各重复20次以上；录取10个以上不同用户读取不同文本信息、持续时间相近的语音，各重复20次以上。

第三步，对第一、二步录取语音进行预处理，提取声纹语谱图具体过程为：

1)预增强(Pre-Emphasis)：

以S1(n)表示语音时域信号，其中n＝0、1、2…、N-1，预增强公式为：S(n)＝S1(n)–a*S1(n-1)，0.9a1.0。a为欲加重系数，用以调整欲增强幅度。

2)音框化(Framing),即对语音信号分帧。

3)汉明窗(Hamming Windowing)处理：

音框化后的语音时域信号为S(n)，n＝0、1、2…、N-1，表示分为了n段语音信号；那么乘上汉明窗后的语音时域信号为S’(n)，见式⑴：

S’(n)＝S(n)*W(n) ⑴；

得：a＝0.46，a的取值区间为0.3～0.7之间，具体数值根据实验和经验数据确定。w(n)为汉明窗函数，具有较平滑的低通特性，能够较好的反映短时语音信号的频率特性。

4)快速傅立叶转换(FFT)：