[發明專利]一種基于毫米波感知的非接觸式聲紋生物認證方法

在審

• 申請號: 202110409778.8
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113178198A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 許文曜;林峰;李勤;李正雄;陳百成
• 申請（專利權）人: 杭州環木信息科技有限責任公司
• 主分類號: G10L17/22
• 分類號: G10L17/22;G10L17/02;G10L17/06;G10L17/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于毫米波感知的非接觸式聲紋生物認證方法。包括以下步驟：毫米波探針感知喉嚨的震動，對用戶的喉嚨區域發射調頻連續波，然后接收用戶喉嚨區域反射的帶有聲音震動信息的調頻連續波；毫米波探針將接收的調頻連續波的周期性線性調頻信號轉化為中頻信號，根據中頻信號計算聲音的震動位移信息；去除震動位移信息的背景雜波和動態雜波；從距離多普勒矩陣中提取聲源特征和聲軌特征；將提取的聲源特征和聲軌特征輸入細粒度認證模型中得到用戶的分類結果。本發明基于低成本、便攜式、低能耗的硬件系統實現了安全非接觸式的聲紋認證系統，不但可以從本質上抵御重放攻擊，而且可以方便的遷移到智能手機等移動設備的認證系統中。

技術領域

本發明涉及生物認證和無線技術領域，尤其涉及一種基于毫米波(millimeterwave，mmWave)感知的非接觸式聲紋生物認證方法。

背景技術

聲紋是一種混合生理特征和行為特征的生物特征，像指紋一樣被認為是每個人都獨一無二的生物特征。由于聲控設備和服務的發展，基于聲音的用戶認證技術流行起來。亞馬遜的Echo和Google Home等商用聲控設備都配備了語音認證功能來保證用戶的信息安全。然而基于聲紋的生物認證技術有很大的隱患。聲紋認證是基于無向感知的方式，由于這個本質的弱點，聲紋認證極易遭受重放攻擊的威脅。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供了一種基于毫米波感知的非接觸式聲紋生物認證方法，通過對毫米波探針收集到的調頻連續波(FMCW)進行特征提取和分類后實現用戶身份的認證

本發明采用的技術方案：

一種基于毫米波感知的非接觸式聲紋生物認證方法包括以下步驟

步驟一：聲音震動的毫米波感知：使用一個高精度的毫米波探針感知喉嚨的震動，這種感知是非接觸式的，對用戶的喉嚨區域發射調頻連續波(FMCW)，然后接收用戶喉嚨區域反射的帶有聲音震動信息的調頻連續波；毫米波探針將接收的調頻連續波的周期性線性調頻信號轉化為中頻(IF)信號，通過計算得到多個線性調頻周期的中頻信號快速傅里葉變換后的結果，并計算聲音的震動位移信息；

步驟二：雜波抑制處理：將步驟一中多個線性調頻周期的中頻信號快速傅里葉變換后的結果進行第二次快速傅里葉變換得到距離多普勒矩陣，通過更新距離多普勒矩陣完成背景雜波的分離和動態雜波的去除；

步驟三：特征提取：從步驟二去除雜波后的距離多普勒矩陣中提取聲源特征和聲軌特征；

步驟四：用戶識別：構建細粒度認證模型，將步驟三中提取的聲源特征和聲軌特征輸入細粒度認證模型中得到用戶的分類結果。

所述步驟一中的根據中頻信號計算聲音震動位移的具體過程為：

1.1)設一個線性調頻周期為T_r，根據中頻信號獲得第m個線性調頻周期d(mT_r)的震動位移的計算公式為；

其中，m為線性調頻周期的編號，m＝0，1，2...，M-1；M為線性調頻周期的數量；f₀是載波頻率；Δψ_m是對第m個線性調頻周期的中頻信號進行快速傅里葉變換(FFT)后的結果；

最終得到M個線性調頻周期的震動位移。

Δψ_m包含有第m個線性調頻周期的距離信息。

1.2)通過平移變化對M個線性調頻周期的震動位移進行身體運動補償，即對線性調頻周期的距離信息進行校準：