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聲紋識(shí)別與數(shù)據(jù)安全

鄭方鄧永強(qiáng) 2003/04/17

　　自1946年世界上第一臺(tái)馮-依曼計(jì)算機(jī)面世以來(lái)，在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，計(jì)算機(jī)硬件按摩爾定律(芯片產(chǎn)業(yè)每18個(gè)月速度增長(zhǎng)1倍)迅猛發(fā)展；而微軟公司等軟件生產(chǎn)商所開(kāi)發(fā)的高質(zhì)量軟件，相輔相成，給人類使用計(jì)算機(jī)帶來(lái)了很大的方便；這些都使人類的能力得到延伸。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展又使得人類所生活的地球變成了一個(gè)“地球村”，人類的活動(dòng)空間變大了，在某種意義上講，人類的活動(dòng)和交流甚至可以跨越時(shí)間和空間的障礙。因此可以說(shuō)，由于計(jì)算機(jī)及其技術(shù)的飛速發(fā)展而推動(dòng)的信息化進(jìn)程，極大地改變了人們的生活方式，并提高了人類的生活質(zhì)量。

　　然而，在人們享受著信息化所帶來(lái)的好處的同時(shí)，人們也面臨著“個(gè)人隱私有被信息化吞食的危險(xiǎn)”。

　　美國(guó)計(jì)算機(jī)安全企業(yè)Cryptography Research公司近日指出，由于計(jì)算機(jī)性能18個(gè)月倍增這一所謂“摩爾定律”的作用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)越來(lái)越脆弱，安全專家稱，這就是摩爾定律的負(fù)面影響。

　　Cryptography Research公司總裁、安全專家Paul Kocher說(shuō)，在摩爾定律的作用下，計(jì)算機(jī)性能提高了，但是系統(tǒng)也日益復(fù)雜化，這就為非法入侵者增加了進(jìn)攻手段和機(jī)會(huì)。

　　2002年11月29日《北京青年報(bào)》報(bào)道(http://finance.sina.com.cn)“京城第一稅案開(kāi)審,三稅官玩忽職守?fù)p失2.8億”：由于當(dāng)事人經(jīng)常把進(jìn)入系統(tǒng)的專用IC卡隨意放在抽屜里、桌子上，導(dǎo)致罪犯趁機(jī)非法操作增值稅防偽稅控系統(tǒng)。

　　2003年1月6日，《環(huán)球時(shí)報(bào)》報(bào)道：一伙竊賊躲過(guò)美國(guó)鳳凰城“三西健康保健公司”的保安系統(tǒng)，進(jìn)入了這家公司的一座大樓，偷走了數(shù)臺(tái)筆記本電腦和臺(tái)式電腦的硬盤，以及一些文字資料，然后逃之夭夭，從而使50多萬(wàn)份軍人醫(yī)療保健檔案被盜。日本政府從2002年8月開(kāi)始建立的全國(guó)居民個(gè)人資料聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(即我們所說(shuō)的“電子身份證”)，用以存儲(chǔ)日本1.26億國(guó)民的個(gè)人信息，包括姓名、住址、出生年月、性別和新的身份證號(hào)碼，而開(kāi)始運(yùn)行僅5個(gè)月的電子身份證系統(tǒng)就連續(xù)發(fā)生了2次嚴(yán)重的資料泄密事件。

　　這些事件的發(fā)生，促使人們考慮這樣一個(gè)問(wèn)題，那就是：在信息化時(shí)代如何保護(hù)個(gè)人隱私。試想在把個(gè)人資料加以整合進(jìn)行集中管理，只用一張IC卡就能完成各種活動(dòng)，從而可以極大地提高工作效率和生活質(zhì)量的同時(shí)，如何才能防止系統(tǒng)被非法或非授權(quán)闖入？如何才能有效地防止被記錄下來(lái)的個(gè)人資料被竊？

一、用生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證

　　為了有效防止類似事件的發(fā)生，必須嚴(yán)格限制系統(tǒng)操作員，防止系統(tǒng)被非授權(quán)者非法闖入。而密碼或IC卡等具有先天性安全缺陷的身份認(rèn)證手段，必將被更為有效的方法所取代，那就是利用生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的技術(shù)。正如比爾·蓋茨所說(shuō)：“以人類生物特征(指紋、語(yǔ)音、臉像等)進(jìn)行身份驗(yàn)證的生物識(shí)別技術(shù)，在今后數(shù)年內(nèi)將成為IT產(chǎn)業(yè)最為重要的技術(shù)革命�！�

　　那么有那些生物特征可資使用呢？下面舉例說(shuō)明。

　　1.1面孔
　　人的面容各異，世界上沒(méi)有長(zhǎng)得一模一樣的兩個(gè)人，即使是雙胞胎，用人類學(xué)方法測(cè)量也可發(fā)現(xiàn)差異。把人臉面部各個(gè)解剖部位間的點(diǎn)、線測(cè)繪出來(lái)，用紅外線對(duì)面部熱相進(jìn)行掃描，就可以進(jìn)行人臉識(shí)別。

　　1.2指紋、手指和掌紋
　　指紋(Finger prints)是人手指末端掌面皮膚乳突線隆起形成的花紋；而在人手掌上形成的這種花紋稱為掌紋(palm prints)；另外在人的腳掌面上也有類似的花紋。

　　指紋可分上百種圖形，每個(gè)指紋又由13種不同形狀的點(diǎn)、線等排列組合成近百個(gè)特征點(diǎn)，加之各特征點(diǎn)、線間的位置、分布又不同，而使指紋的特異性、穩(wěn)定性、遺傳性"終生不變，萬(wàn)人不同"。法國(guó)有人報(bào)告，指紋上的細(xì)節(jié)特征按數(shù)學(xué)方法可以歸納為4種，而每個(gè)指紋約有100個(gè)細(xì)節(jié)，經(jīng)排列組合得出61位數(shù)，假定一個(gè)世紀(jì)內(nèi)有50億人口，即有500億個(gè)指頭，經(jīng)推算發(fā)現(xiàn)，人類要經(jīng)過(guò)50位數(shù)字的世紀(jì)才可能出現(xiàn)絕對(duì)重復(fù)的指紋，故實(shí)際上世人中不可能有兩個(gè)指紋完全相同的人，所以說(shuō)，指紋是公認(rèn)的個(gè)人認(rèn)定絕對(duì)可靠的標(biāo)志，并已在法庭科學(xué)中得到很長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用。我國(guó)古代一直以指紋畫(huà)押證明個(gè)人身份，并為世界各國(guó)推崇，可見(jiàn)指紋是舉世公認(rèn)而且是不可仿冒的個(gè)人標(biāo)記。

　　另外，美國(guó)科學(xué)專家對(duì)4,000名飛行員的手指逐一測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)人的手指都不一樣長(zhǎng)。這一意外發(fā)現(xiàn)促成了一種用手指長(zhǎng)度辨別身份的機(jī)器的誕生。

　　人手掌紋的形成及其特異性與指紋相同。手掌形根據(jù)人類學(xué)方法測(cè)量，可找出每個(gè)人之間的差異，但其準(zhǔn)確性遠(yuǎn)不如指紋。

　　1.3虹膜
　　人眼虹膜位于眼角膜之后，水晶體之前，其顏色因含色素的多少與分布不同而不同。透過(guò)角膜可見(jiàn)虹膜呈圓盤狀，中央有一小孔稱瞳孔，瞳孔依環(huán)境的明暗，可自動(dòng)縮小或擴(kuò)大。圓盤狀的虹膜以中央的瞳孔為中心，向周圍有輻射狀的紋理和小凹，猶如裙子折。瞳孔縮小時(shí)紋理變直；瞳孔擴(kuò)大時(shí)紋理呈波浪形，虹膜上的紋理、血管、斑點(diǎn)等細(xì)微特征人各不同。

　　1.4視網(wǎng)膜
　　瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)每個(gè)人的視網(wǎng)膜圖紋也都是不同的。人眼球視網(wǎng)膜的中央動(dòng)脈，在眼底至視神經(jīng)乳頭處分為上下兩支，然后在視網(wǎng)膜顳側(cè)上下及鼻側(cè)上下再分為4支小動(dòng)脈，各支小動(dòng)脈再逐級(jí)分的更細(xì)、更小，以至在視網(wǎng)膜上形成四通八達(dá)的毛細(xì)血管網(wǎng)，此即臨床醫(yī)生觀察眼底診病的眼底血管圖。這些血管逐級(jí)分支以至成網(wǎng)，正如參天大樹(shù)逐級(jí)分出樹(shù)杈形成許多樹(shù)葉，絕無(wú)完全相同的兩個(gè)眼底血管圖。如果某個(gè)體眼底血管有先天變異，或后天變異血管或眼底發(fā)生病變，則更增添了鑒別的特殊標(biāo)志。因此，在法庭科學(xué)上將眼底視網(wǎng)膜血管圖視為個(gè)人識(shí)別的優(yōu)選方法之一。

　　1.5氣味
　　每個(gè)人的身體散發(fā)出的氣味都是不同的。當(dāng)一個(gè)人在一個(gè)地點(diǎn)活動(dòng)時(shí)，他散發(fā)出的氣味就會(huì)留在周圍的空間內(nèi)，人離去后氣味不會(huì)馬上消失。將氣味收集起來(lái)，經(jīng)濃縮轉(zhuǎn)移到清潔無(wú)味的布上就稱為“味紋”，用電子鼻或警犬能準(zhǔn)確區(qū)分不同人的“味紋”。

　　1.6 DNA
　　DNA(脫氧核糖核酸)存在于一切有核的動(dòng)、植物中，生物的全部遺傳信息都貯存在DNA分子里。DNA結(jié)構(gòu)中的編碼區(qū)，即遺傳基因或稱基因序列部分占DNA全長(zhǎng)的1/10~1/30，這部分就是遺傳密碼區(qū)。

　　就人來(lái)講遺傳基因約有十萬(wàn)個(gè)，每個(gè)均由A、T、G、C四種核苷酸按次序排列在兩條互補(bǔ)的螺旋的DNA長(zhǎng)鏈上。核苷酸的總數(shù)達(dá)30億左右，如隨機(jī)查兩個(gè)人的DNA圖譜，其完全相同的概率僅為三千億分之一，這一概率遠(yuǎn)低于目前世界人口總數(shù)的倒數(shù)，所以其認(rèn)定個(gè)人的價(jià)值可看作是100%。

　　1.7血管紋路
　　美國(guó)科達(dá)公司工程師喬·萊斯發(fā)現(xiàn)，每個(gè)人手背上樹(shù)狀血管的脈絡(luò)紋路都是不同的，即使是孿生兄弟姐妹也不具備相同的血管紋路，因?yàn)檫@與后天影響有關(guān)，其形成及意義與網(wǎng)膜血管相同，但遠(yuǎn)不如視網(wǎng)膜血管那么繁雜，而且透過(guò)皮膚可視的血管又有限。血管紋路識(shí)別儀主要由電腦和紅外攝像機(jī)組成。其錄入存儲(chǔ)與檢查的方法均較簡(jiǎn)便，只需把緊握拳的手放在攝像機(jī)下數(shù)秒鐘，經(jīng)計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)的圖像比較后即可認(rèn)定或否定的結(jié)論，這不失為更簡(jiǎn)便的一種。

　　1.8聲紋
　　所謂聲紋(Voiceprint)，是用電聲學(xué)儀器顯示的攜帶言語(yǔ)信息的聲波頻譜。
　　人類語(yǔ)言的產(chǎn)生是人體語(yǔ)言中樞與發(fā)音器官之間一個(gè)復(fù)雜的生理物理過(guò)程，人在講話時(shí)使用的發(fā)聲器官--舌、牙齒、喉頭、肺、鼻腔在尺寸和形態(tài)方面每個(gè)人的差異很大，所以任何兩個(gè)人的聲紋圖譜都有差異。每個(gè)人的語(yǔ)音聲學(xué)特征既有相對(duì)穩(wěn)定性，又有變異性，不是絕對(duì)的、一成不變的。這種變異可來(lái)自生理、病理、心理、模擬、偽裝，也與環(huán)境干擾有關(guān)。盡管如此，由于每個(gè)人的發(fā)音器官都不盡相同，因此在一般情況下，人們?nèi)阅軈^(qū)別不同的人的聲音或判斷是否是同一人的聲音。

　　1.9其他生物特征
　　人類還有其他可以進(jìn)行身份鑒別或確認(rèn)的生物特征，如指法、筆跡、簽名、步態(tài)、耳形等等。所有這些生物特征在進(jìn)行身份鑒別或確認(rèn)時(shí)，其普遍性、唯一性、永久性、易獲取性、可區(qū)分性、防偽能力以及用戶接受程度等等，都不盡相同，因此，在不同場(chǎng)合、不同應(yīng)用環(huán)境下，應(yīng)選擇不同的特征。目前，在全球用生物特征進(jìn)行身份鑒別和確認(rèn)的應(yīng)用中，各種生物特征的使用比例分別為：手指34.7%，手31%，聲音15.8%，面孔7.1%，AFIS(自動(dòng)指紋辨認(rèn))4.4%，虹膜3.7%,簽名2.7%，視網(wǎng)膜0.6%，等等(1999年底數(shù)據(jù))。

二、聲紋識(shí)別及其應(yīng)用

　　聲紋識(shí)別的應(yīng)用有一些缺點(diǎn)，比如同一個(gè)人的聲音具有易變性，易受身體狀況、年齡、情緒等的影響；比如不同的麥克風(fēng)和信道對(duì)識(shí)別性能有影響；比如環(huán)境噪音對(duì)識(shí)別有干擾；又比如混合說(shuō)話人的情形下人的聲紋特征不易提取；……等等。盡管如此，與其他生物特征相比，聲紋識(shí)別的應(yīng)用有一些特殊的優(yōu)勢(shì)：(1)蘊(yùn)含聲紋特征的語(yǔ)音獲取方便、自然，聲紋提取可在不知不覺(jué)中完成，因此使用者的接受程度也高；(2)獲取語(yǔ)音的識(shí)別成本低廉，使用簡(jiǎn)單，一個(gè)麥克風(fēng)即可，在使用通訊設(shè)備時(shí)更無(wú)需額外的錄音設(shè)備；(3)適合遠(yuǎn)程身份確認(rèn)，只需要一個(gè)麥克風(fēng)或電話、手機(jī)就可以通過(guò)網(wǎng)路(通訊網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄；(4)聲紋辨認(rèn)和確認(rèn)的算法復(fù)雜度低；(5)配合一些其他措施，如通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)行內(nèi)容鑒別等，可以提高準(zhǔn)確率；……等等。這些優(yōu)勢(shì)使得聲紋識(shí)別的應(yīng)用越來(lái)越收到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者和用戶親睞，聲紋識(shí)別的世界市場(chǎng)占有率15.8%，僅次于手指和手的生物特征識(shí)別，并有不斷上升的趨勢(shì)。

　　2.1聲紋識(shí)別的分類
　　聲紋識(shí)別(Voiceprint Recognition, VPR)，也稱為說(shuō)話人識(shí)別(Speaker Recognition)，有兩類，即說(shuō)話人辨認(rèn)(Speaker Identification)和說(shuō)話人確認(rèn)(Speaker Verification)。前者用以判斷某段語(yǔ)音是若干人中的哪一個(gè)所說(shuō)的，是“多選一”問(wèn)題；而后者用以確認(rèn)某段語(yǔ)音是否是指定的某個(gè)人所說(shuō)的，是“一對(duì)一判別”問(wèn)題。不同的任務(wù)和應(yīng)用會(huì)使用不同的聲紋識(shí)別技術(shù)，如縮小刑偵范圍時(shí)可能需要辨認(rèn)技術(shù)，而銀行交易時(shí)則需要確認(rèn)技術(shù)。不管是辨認(rèn)還是確認(rèn)，都需要先對(duì)說(shuō)話人的聲紋進(jìn)行建模，這就是所謂的“訓(xùn)練”或“學(xué)習(xí)”過(guò)程。

　　從另一方面，聲紋識(shí)別有文本相關(guān)的(Text-Dependent)和文本無(wú)關(guān)的(Text-Independent)兩種。與文本有關(guān)的聲紋識(shí)別系統(tǒng)要求用戶按照規(guī)定的內(nèi)容發(fā)音，每個(gè)人的聲紋模型逐個(gè)被精確地建立，而識(shí)別時(shí)也必須按規(guī)定的內(nèi)容發(fā)音，因此可以達(dá)到較好的識(shí)別效果，但系統(tǒng)需要用戶配合，如果用戶的發(fā)音與規(guī)定的內(nèi)容不符合，則無(wú)法正確識(shí)別該用戶。而與文本無(wú)關(guān)的識(shí)別系統(tǒng)則不規(guī)定說(shuō)話人的發(fā)音內(nèi)容，模型建立相對(duì)困難，但用戶使用方便，可應(yīng)用范圍較寬。根據(jù)特定的任務(wù)和應(yīng)用，兩種是有不同的應(yīng)用范圍的。比如，在銀行交易時(shí)可以使用文本相關(guān)的聲紋識(shí)別，因?yàn)橛脩糇约哼M(jìn)行交易時(shí)是愿意配合的；而在刑偵或偵聽(tīng)?wèi)?yīng)用中則無(wú)法使用文本相關(guān)的聲紋識(shí)別，因?yàn)槟銦o(wú)法要求犯罪嫌疑人或被偵聽(tīng)的人配合。

　　在說(shuō)話人辨認(rèn)方面，根據(jù)待識(shí)別的說(shuō)話人是否在注冊(cè)的說(shuō)話人集合內(nèi)，說(shuō)話人辨認(rèn)可以分為開(kāi)集(open-set)辨認(rèn)和閉集(close-set)辨認(rèn)。前者假定待識(shí)別說(shuō)話人可以在集合外，而后者假定待識(shí)別說(shuō)話人在集合內(nèi)。顯然，開(kāi)集辨認(rèn)需要有一個(gè)對(duì)集外說(shuō)話人的“拒識(shí)問(wèn)題”，而且閉集辨認(rèn)的結(jié)果要好于開(kāi)集辨認(rèn)結(jié)果。本質(zhì)上講，說(shuō)話人確認(rèn)和開(kāi)集說(shuō)話人辨認(rèn)都需要用到拒識(shí)技術(shù)，為了達(dá)到很好的拒識(shí)效果，通常需要訓(xùn)練一個(gè)假冒者模型或背景模型，以便拒識(shí)時(shí)有可資比較的對(duì)象，閾值容易選定。而建立背景模型的好壞直接影響到拒識(shí)甚至聲紋識(shí)別的性能。一個(gè)好的背景模型，往往需要通過(guò)預(yù)先采集好的若干說(shuō)話人的數(shù)據(jù)，通過(guò)某種算法去建立。

　　如果技術(shù)達(dá)到一定的水平，可以把文本相關(guān)識(shí)別并入文本無(wú)關(guān)識(shí)別，把閉集辨認(rèn)并入開(kāi)集辨認(rèn)，從而提供更為方便的使用方法。比如北京得意音通技術(shù)有限公司的“得意”身份證就是文本無(wú)關(guān)的、開(kāi)集方式的說(shuō)話人辨認(rèn)和確認(rèn)，“得意”身份證SDK還提供建立背景模型的工具。

　　2.2聲紋識(shí)別的關(guān)鍵問(wèn)題

　　聲紋識(shí)別可以說(shuō)有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是特征提取，二是模式匹配(模式識(shí)別)。

　　特征提取的任務(wù)是提取并選擇對(duì)說(shuō)話人的聲紋具有可分性強(qiáng)、穩(wěn)定性高等特性的聲學(xué)或語(yǔ)言特征。與語(yǔ)音識(shí)別不同，聲紋識(shí)別的特征必須是“個(gè)性化”特征，而說(shuō)話人識(shí)別的特征對(duì)說(shuō)話人來(lái)講必須是“共性特征”。雖然目前大部分聲紋識(shí)別系統(tǒng)用的都是聲學(xué)層面的特征，但是表征一個(gè)人特點(diǎn)的特征應(yīng)該是多層面的，包括：(1)與人類的發(fā)音機(jī)制的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)的聲學(xué)特征(如頻譜、倒頻譜、共振峰、基音、反射系數(shù)等等)、鼻音、帶深呼吸音、沙啞音、笑聲等；(2)受社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、受教育水平、出生地等影響的語(yǔ)義、修辭、發(fā)音、言語(yǔ)習(xí)慣等；(3)個(gè)人特點(diǎn)或受父母影響的韻律、節(jié)奏、速度、語(yǔ)調(diào)、音量等特征。從利用數(shù)學(xué)方法可以建模的角度出發(fā)，聲紋自動(dòng)識(shí)別模型目前可以使用的特征包括：(1)聲學(xué)特征(倒頻譜)；(2)詞法特征(說(shuō)話人相關(guān)的詞n-gram，音素n-gram)；(3)韻律特征(利用n-gram描述的基音和能量“姿勢(shì)”)；(4)語(yǔ)種、方言和口音信息；(5)通道信息(使用何種通道)；等等。

　　根據(jù)不同的任務(wù)需求，聲紋識(shí)別還面臨一個(gè)特征選擇或特征選用的問(wèn)題。例如，對(duì)“信道”信息，在刑偵應(yīng)用上，希望不用，也就是說(shuō)希望弱化信道對(duì)說(shuō)話人識(shí)別的影響，因?yàn)槲覀兿Ｍ还苷f(shuō)話人用什么信道系統(tǒng)它都可以辨認(rèn)出來(lái)；而在銀行交易上，希望用信道信息，即希望信道對(duì)說(shuō)話人識(shí)別有較大影響，從而可以剔除錄音、模仿等帶來(lái)的影響。

　　總之，較好的特征，應(yīng)該能夠有效地區(qū)分不同的說(shuō)話人，但又能在同一說(shuō)話人語(yǔ)音發(fā)生變化時(shí)保持相對(duì)的穩(wěn)定；不易被他人模仿或能夠較好地解決被他人模仿問(wèn)題；具有較好的抗噪性能；……。當(dāng)然，這些問(wèn)題也可以通過(guò)模型方法去解決。

　　對(duì)于模式識(shí)別，有以下幾大類方法：

　　(1)模板匹配方法：利用動(dòng)態(tài)時(shí)間彎折(DTW)以對(duì)準(zhǔn)訓(xùn)練和測(cè)試特征序列，主要用于固定詞組的應(yīng)用(通常為文本相關(guān)任務(wù))；
　　(2)最近鄰方法：訓(xùn)練時(shí)保留所有特征矢量，識(shí)別時(shí)對(duì)每個(gè)矢量都找到訓(xùn)練矢量中最近的K個(gè)，據(jù)此進(jìn)行識(shí)別，通常模型存儲(chǔ)和相似計(jì)算的量都很大；
　　(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法：有很多種形式，如多層感知、徑向基函數(shù)(RBF)等，可以顯式訓(xùn)練以區(qū)分說(shuō)話人和其背景說(shuō)話人，其訓(xùn)練量很大，且模型的可推廣性不好；
　　(4)隱式馬爾可夫模型(HMM)方法：通常使用單狀態(tài)的HMM，或高斯混合模型(GMM)，是比較流行的方法，效果比較好；
　　(5)VQ聚類方法(如LBG)：效果比較好，算法復(fù)雜度也不高，和HMM方法配合起來(lái)更可以收到更好的效果；
　　(6)多項(xiàng)式分類器方法：有較高的精度，但模型存儲(chǔ)和計(jì)算量都比較大；
　　(7)……

　　聲紋識(shí)別需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題還有很多，諸如：短話音問(wèn)題，能否用很短的語(yǔ)音進(jìn)行模型訓(xùn)練，而且用很短的時(shí)間進(jìn)行識(shí)別，這主要是聲音不易獲取的應(yīng)用所需求的；聲音模仿(或放錄音)問(wèn)題，要有效地區(qū)分開(kāi)模仿聲音(錄音)和真正的聲音；多說(shuō)話人情況下目標(biāo)說(shuō)話人的有效檢出；消除或減弱聲音變化(不同語(yǔ)言、內(nèi)容、方式、身體狀況、時(shí)間、年齡等)帶來(lái)的影響；消除信道差異和背景噪音帶來(lái)的影響；……此時(shí)需要用到其他一些技術(shù)來(lái)輔助完成，如去噪、自適應(yīng)等技術(shù)。
　　對(duì)說(shuō)話人確認(rèn)，還面臨一個(gè)兩難選擇問(wèn)題。通常，表征說(shuō)話人確認(rèn)系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要參數(shù)是錯(cuò)誤拒絕率和錯(cuò)誤接受率，前者是拒絕真正說(shuō)話人而造成的錯(cuò)誤，后者是接受集外說(shuō)話人而造成的錯(cuò)誤，二者與閾值的設(shè)定相關(guān)。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，兩者無(wú)法同時(shí)達(dá)到最小，需要調(diào)整閾值來(lái)滿足不同應(yīng)用的需求，比如在需要“易用性”的情況下，可以讓錯(cuò)誤拒絕率低一些，此時(shí)錯(cuò)誤接受率會(huì)增加，從而安全性降低；在對(duì)“安全性”要求高的情況下，可以讓錯(cuò)誤接受率低一些，此時(shí)錯(cuò)誤拒絕率會(huì)增加，從而易用性降低。前者可以概括為“寧錯(cuò)勿漏”，而后者可以“寧漏勿錯(cuò)”。我們把真正閾值的調(diào)整稱為“操作點(diǎn)”調(diào)整。好的系統(tǒng)應(yīng)該允許對(duì)操作點(diǎn)的自由調(diào)整。

　　2.3聲紋識(shí)別的應(yīng)用

　　聲紋識(shí)別可以應(yīng)用的范圍很寬，可以說(shuō)聲紋識(shí)別幾乎可以應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)角落。比如下面舉幾個(gè)例子。

　　(1)信息領(lǐng)域。比如在自動(dòng)總機(jī)系統(tǒng)中，把“得意”身份證之聲紋辨認(rèn)(www.d-ear.com/Technologies&Products/Products-d-Ear%20ID_ch.htm)和“得意”關(guān)鍵詞檢出器(http://www.d-ear.com/Technologies&Products/Products-d-Ear%20Word-Spotter_ch)結(jié)合起來(lái)，可以在姓名自動(dòng)撥號(hào)的同時(shí)向受話方提供主叫方的身份信息。前者用于身份認(rèn)證，后者用于內(nèi)容認(rèn)證。同樣，聲紋識(shí)別技術(shù)可以在呼叫中心(Call Center)應(yīng)用中為注冊(cè)的常客戶提供友好的個(gè)性化服務(wù)。
　　(2)銀行、證券。鑒于密碼的安全性不高，可以用聲紋識(shí)別技術(shù)對(duì)電話銀行、遠(yuǎn)程炒股等業(yè)務(wù)中的用戶身份進(jìn)行確認(rèn)，為了提供安全性，還可以采取一些其他措施，如密碼和聲紋雙保險(xiǎn)，如隨機(jī)提示文本用文本相關(guān)的聲紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份確認(rèn)(隨機(jī)提示文本保證無(wú)法用事先錄好的音去假冒)，甚至可以把交易時(shí)的聲音錄下來(lái)以備查詢。
　　(3)公安司法。對(duì)于各種電話勒索、綁架、電話人身攻擊等案件，聲紋辨認(rèn)技術(shù)可以在一段錄音中查找出嫌疑人或縮小偵察范圍；聲紋確認(rèn)技術(shù)還可以在法庭上提供身份確認(rèn)的旁證。
　　(4)軍隊(duì)和國(guó)防。聲紋辨認(rèn)技術(shù)可以察覺(jué)電話交談過(guò)程中是否有關(guān)鍵說(shuō)話人出現(xiàn)，繼而對(duì)交談的內(nèi)容進(jìn)行跟蹤(戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)聽(tīng))；在通過(guò)電話發(fā)出軍事指令時(shí)，可以對(duì)發(fā)出命令的人的身份進(jìn)行確認(rèn)(敵我指戰(zhàn)員鑒別)。目前該技術(shù)在國(guó)外軍事方面已經(jīng)有所應(yīng)用，據(jù)報(bào)道，迫降在我國(guó)海南機(jī)場(chǎng)的美軍EP-3偵察機(jī)中就載有類似的聲紋識(shí)別偵聽(tīng)模塊。
　　(5)保安和證件防偽。如機(jī)密場(chǎng)所的門禁系統(tǒng)。又如聲紋識(shí)別確認(rèn)可用于信用卡、銀行自動(dòng)取款機(jī)、門、車的鑰匙卡、授權(quán)使用的電腦、聲紋鎖以及特殊通道口的身份卡，把聲紋存在卡上，在需要時(shí)，持卡者只要將卡插入專用機(jī)的插口上，通過(guò)一個(gè)傳聲器讀出事先已儲(chǔ)存的暗碼，同時(shí)儀器接收持卡者發(fā)出的聲音，然后進(jìn)行分析比較，從而完成身份確認(rèn)。同樣可以把含有某人聲紋特征的芯片嵌入到證件之中，通過(guò)上面所述的過(guò)程完成證件防偽。
　　(6)……等等。
　　北京得意音通技術(shù)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的“得意”身份證開(kāi)發(fā)工具，可以很好應(yīng)用于上述領(lǐng)域中�！暗靡狻鄙矸葑C有如下特點(diǎn)：(1)文本和語(yǔ)言無(wú)關(guān)性。用戶訓(xùn)練系統(tǒng)和系統(tǒng)對(duì)用戶的聲音進(jìn)行鑒別和確認(rèn)，可以是完全不同的文本，完全不同的語(yǔ)言。(2)對(duì)語(yǔ)音長(zhǎng)度沒(méi)有特殊要求。用戶訓(xùn)練系統(tǒng)，讓其記住其聲紋，只需要幾秒種(如8秒)的聲音；而在識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)只要獲得被測(cè)試人幾秒(如4秒)的聲音，就可以進(jìn)行聲紋識(shí)別。在某些情況下，比如待識(shí)別人語(yǔ)音很難獲取時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)一秒一秒不斷累積的漸進(jìn)方式，來(lái)判斷說(shuō)話人的身份。隨著被測(cè)試者說(shuō)的話的累積長(zhǎng)度不斷增加，系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確性越來(lái)越高。(3)很高的精度�！暗靡狻鄙矸葑C技術(shù)的辨認(rèn)和確認(rèn)準(zhǔn)確度都很高，可以到達(dá)接近100%的準(zhǔn)確率。(4)模型小。存儲(chǔ)每個(gè)人聲紋的存儲(chǔ)<5KB。(5)操作點(diǎn)調(diào)整方便�！暗靡狻鄙矸葑C技術(shù)允許開(kāi)發(fā)者方便地調(diào)整操作點(diǎn)參數(shù)。

三、聲紋S鎖-數(shù)據(jù)安全的衛(wèi)士

　　在本文開(kāi)頭所談，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信技術(shù)的普及和推廣，在給人們帶來(lái)極大方便的同時(shí)，也給重要數(shù)據(jù)和個(gè)人隱私帶來(lái)被信息化吞食的危險(xiǎn)。那么是否有解決方案呢？答案是肯定的。
　　比如，我們可以設(shè)計(jì)一種USB接口的聲紋S鎖。對(duì)于S鎖持有者計(jì)算機(jī)上重要數(shù)據(jù)的存取，必須以下兩個(gè)條件同時(shí)滿足：
　　(1)持有S鎖并將其插入計(jì)算機(jī)的USB接口；
　　(2)由S鎖合法用戶本人口述命令經(jīng)聲紋鑒證系統(tǒng)確認(rèn)與S鎖中鎖存的聲紋一致。

　　北京得意音通公司在國(guó)際上率先推出的“聲紋S鎖”，利用對(duì)人類具有唯一性的聲紋這個(gè)主要的生物特征，把具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際領(lǐng)先的聲紋識(shí)別技術(shù)和數(shù)據(jù)安全技術(shù)緊密結(jié)合在一起，對(duì)個(gè)人電腦甚至服務(wù)器中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行雙重安全認(rèn)證，保證了數(shù)據(jù)的安全性，聲紋和鑰匙同時(shí)正確才可以存取數(shù)據(jù)，即使硬盤丟失數(shù)據(jù)也不會(huì)失竊。還無(wú)需記憶密碼，因?yàn)槁暭y就是密碼，人在密碼在，免除記憶密碼的煩惱，也無(wú)需擔(dān)心被別人破解或者偷竊密碼。

　　從此，人們就可以方便地應(yīng)用先進(jìn)的聲紋識(shí)別技術(shù)，管理自己的電腦和電腦中的信息。你可以象阿里巴巴一樣對(duì)著電腦麥克風(fēng)口述你的命令,只需隨意講出幾句話，就電腦就乖乖地聽(tīng)話，打開(kāi)只屬于你自己的信息“保險(xiǎn)箱”,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的Windows安全登錄、身份認(rèn)證、文件加密存儲(chǔ)、訪問(wèn)權(quán)限控制等功能，有效地保護(hù)保存在個(gè)人計(jì)算機(jī)上的個(gè)人隱私信息、重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件，使其不被偷看、竊取、泄露、篡改或破壞。更重要的是，由于聲紋的唯一性特征，“聲紋S鎖”只認(rèn)識(shí)你的聲音，只給你開(kāi)門，別人企圖模仿你的聲音和口令、偷窺你的信息也是很難做到的。

　　科技不僅在你身邊，還在你身上、嘴邊。科技的發(fā)展，有時(shí)候會(huì)帶來(lái)很多新的困擾，比如數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題。因此，科技應(yīng)該更人性化，為人們創(chuàng)造的輕松和愉快的數(shù)字化生活。聲紋識(shí)別技術(shù)，就是輕松、愉快的數(shù)字化生活的阿里巴巴魔咒。

作者供稿原文刊登于新浪科技《權(quán)威學(xué)術(shù)報(bào)告》專欄

北京軟件產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)檢驗(yàn)中心對(duì)《海量語(yǔ)音文件的目標(biāo)說(shuō)話人篩選系統(tǒng)》進(jìn)行測(cè)試 2009-06-25

廣東政府和清華大學(xué)舉行了全面開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)議簽約儀式 2009-06-25

得意中文整句輸入法V1.0開(kāi)源for Windows Mobile5.0 2009-01-23

得意聲紋識(shí)別VPR4.0_b20080808新版本發(fā)布 2008-08-27

分類信息: 文摘技術(shù)_語(yǔ)音識(shí)別_文摘