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    回放语音攻击检测中特征参数的研究

    周晶  
    【摘要】:说话人识别技术因与其他生物特征识别技术相比,具有无须身体接触、无须记忆、获取过程快捷等优点,成为目前人们常选用的验证方法。但是,随着各种录音设备的出现,攻击者使用录音回放语音侵入认证系统更为简单。因此,如何防止回放语音的攻击已成为说话人识别技术研究的重点。本文基于ASVspoof 2017挑战赛的数据库,对不同类型的录音设备、回放设备产生的回放语音进行分析,重点对语音特征参数提取进行研究。传统特征提取方法中,语音频谱的特征信息没有得到充分提取和利用,采用了强化低频层频谱信息的方法,影响了攻击检测性能。而实际上,原始语音和回放语音的主要差异体现在高频层上,针对现有技术的不足,提出基于Fisher准则的融合特征检测算法和基于多层滤波的倒谱特征检测算法,从而更好地检测回放语音。本文主要工作内容如下:1.详细分析了预处理对信号的影响,对当前主流的语音特征参数MFCC、LFCC、LPC、IMFCC、CQCC等进行研究和算法实现,为改进特征参数打下基础。研究了三种经典的分类模型:高斯混合模型、支持向量机和高斯混合模型—通用背景模型,并对多种模型进行测试,结果表明GMM模型的识别性能最高。2.从波形、语谱图、频率信息量等多个角度探究两种语音的区分性特征,进一步了解录音产生的语音跟原始语音间的本质性差异,通过实验分析,发现两种语音的差异更多的表现在高频层,低频层差异小,且易受设备类型的影响。3.结合MFCC、LFCC、IMFCC特征参数的特性与Fisher准则,选取区分能力较好的特征分量,提出了一种基于Fisher准则的融合特征检测算法。从不同高斯阶数、不同特征参数及其组合、时间复杂度的角度进行实验对比,证明了该算法对提高系统检测效果与运行效率是有效的。4.针对频谱上的差异,在高频层采用逆梅尔滤波增强说话人信息的提取,突出差异,在低频层采用线性滤波与梅尔滤波组合,避免特征参数的叠加。多层融合,获得L-M-I滤波器组,从而形成新的倒谱特征。探究预加重系数、动态特征、CMVN、高斯阶数对检测结果的影响,证明了算法的可行性和有效性。实验结果表明,分类器为GMM时,多层滤波检测算法检测效果最优,在测试集上,等错误率为2.57%,相比MFCC、CQCC、LFCC、IMFCC、L-I,分别降低12.86%、9.66%、4.51%、3.33%、1.63%。并在SVM、Ada Boost分类器中均有稳定的检测效果。最后与说话人确认系统结合,能够有效抵抗回放语音攻击。


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