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基于深度学习的短时长声纹认证技术

富士通研究开发中心有限公司

2017-03-09

富士通研究开发中心有限公司(FRDC)开发了一种高精度的声纹认证技术,该技术利用深度学习方法,可以从一段很短的语音片段中甄别出说话人的身份。该技术融合了两个深度学习引擎,一个引擎用于提取与语音内容相关的特征,而另一个引擎用于提取与说话人相关的特征,从而实现了“语音密码”身份认证的功能,即:只有说话人本人正确说出预先设定的内容时,其身份才能被接受。利用该技术,在不超过3s的语音片段上,身份认证的错误率可达到2.2%左右。

该技术可广泛应用于呼叫中心及IoT设备交互等应用中,通过快速安全的验证用户的身份,强化操作的安全性和便利性。

【开发背景 】

声纹识别是生物认证领域的一个重要分支。由于具有可远程操作的独特优势,在金融业电话银行业务、智能家居、刑侦安防等领域中,基于声纹的身份认证方式已经逐渐被认可,并成为防欺诈的一个重要手段。

在呼叫中心业务中,顾客常常需要输入密码或通过回答一系列的问题来验证其身份。这种问询式身份验证过程平均需要60秒以上的时间,既影响了客服的工作效率,又给顾客带来厌烦情绪。因此,开发一种安全有效的远程身份验证方式,将大幅提升呼叫中心的运营效率,降低其运营成本。

【 课题 】

传统的声纹识别技术,依靠统计学和信号处理技术从语音中提取与说话人特质相关的特征,以此实现身份认证。然而,该技术往往需要较长的语音才能鉴定说话人的身份,例如30秒时长。在金融业呼叫中心及IoT设备交互等应用中,需要快速验证用户的身份,传统的声纹识别技术显然不能满足这种需求。此外,传统的认证方式不能防止利用他人的录音来假冒身份的欺诈行为。

【 开发的方法 】

  • (1)采用深度学习技术有效降低语音时长

    传统的声纹识别技术通常将语音分割成小片段(一般为20ms左右,称为一帧),然后,利用上千个高斯模型,从每一个语音片段中甄别出与说话人相关的特征。由于高斯模型数目多、维度高,因此,只有当语音数据足够多时,这种统计方法才能获得有效的说话人特征。

    如图1所示,深度学习技术能同时处理多帧语音片段,从中学习与说话人特有的特征。由于处理的语音长度增加,因此,其包含了更多的与发音方式相关的特征,例如语调变化、停顿、音频等。所以,这种上下文技术能大大降低身份认证所需要的语音长度。

    图1
  • (2)融合说话人特征与语音内容

    本技术中,我们采用两个深度学习模型,分别提取和说话人本身相关的特征以及语音内容进行身份验证,从而实现了“语音密码”功能,即:只有说话人本人正确说出预先设定的内容时,其身份才能被接受,如图2所示。

    采用固定的语音密码,一方面能防止利用他人的录音来假冒身份的欺诈行为,此外,还能帮助提取更有效的说话人特征。例如:某人的语音密码中包含了音节[a],而此人对音节[a]的发音模式与他人不同,那么,这个特定的模式就被说话人模型所学习,成为区分此人的一个重要特征。即使他人知道了语音密码,由于音节[a]的发音模式不同,其身份也不能被接受。

    图2

【 效果】

由于充分利用了上下文信息,我们的技术只需要2-3秒的语音片段就可以甄别出说话人的身份。虽然语音长度变短了,但是,我们的技术依然可以达到较高的识别精度。在一个由200人组成的数据集上,身份认证的错误率可低至2.2%左右。

【 将来 】

FRDC今后会将本技术应用于金融保险等行业的呼叫中心,向客户提供高效安全的身份认证解决方案。此外,FRDC还将继续推进和扩大声纹认证在监狱亲情电话管理中的应用。

关于Fujitsu(富士通)集团

Fujitsu(富士通)是世界领先的日本信息通信技术(ICT)企业,提供全方位的技术产品、解决方案和服务。在全球拥有约156,000名员工,客户遍布世界100多个国家。我们凭借在ICT领域的丰富经验和实力,致力于与客户携手共创美好的未来社会。富士通集团(东京证券交易所上市代码:6702)截至2016年3月31日财政年度的合并收益为4.7兆日元(410亿美元)。
如需更多资讯,请浏览:http://www.fujitsu.com

关于富士通研究开发中心

富士通研究开发中心有限公司是日本富士通株式会社投资440万美元在中国境内设立的第一家独资法人研发机构。公司的研究领域覆盖了富士通株式会社的所有业务范围,即信息处理、通信、半导体和软件服务4大领域。
公司成立于1998年2月,公司的经营范围涉及多媒体系统的硬件、软件、半导体元器件与材料的技术开发和技术转让,提供相关的技术服务与咨询。
如需更多资讯,请浏览:http://www.fujitsu.com/cn/frdc/

联系方式

电话: 电话: 010-59691537
邮箱: 邮箱:multimedia@cn.fujitsu.com
公司:富士通研究开发中心有限公司
信息技术研究部

新闻ID: 2017-03-09
日期: 2017-03-09
公司: 富士通研究开发中心有限公司