一种声纹门禁系统及其应用技术方案

一种声纹门禁系统，包括微处理器１、指示灯、键盘模块、内存、数据存储器、语音芯片、串行通讯接口模块和程序存储器；微处理器２、门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；其中微处理器１分别连接指示灯和键盘模块，且与程序存储器、内存、数据存储器、语音芯片和串行通讯接口模块互相连接；微处理器２分别连接门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；微处理器１和微处理器２互相连接。采用人体特有的声纹作为识别技术，不存在遗失、遗忘和输入错误等问题，使用方便，且声音的输入不存在人和仪器的直接接触，方便卫生。人的声音极难模仿，使门禁系统的安全性提高。仪器的生产采用普通元器件，绝大多数功能通过软件实现，使本产品成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子门禁系统领域，具体涉及一种声纹门禁系统。
技术介绍
目前市场上的门禁系统主要采用卡，密码，生物识别等身份鉴别手段，此类方式存在诸多不足，主要表现在以下几个方面1.使用不便。卡需随身携带，易丢失。指纹识别技术往往需要人与仪器直接接触，不卫生。2.安全性不高。尤其卡，密码类技术，易伪造和盗用。3.成本昂贵。例如虹膜，掌形，人像的采集设备昂贵。
技术实现思路
本专利技术就是为了避免以上不足，提供一种通过人的语音来辨别人的身份的，使用不便、安全可靠、成本低廉的声纹门禁系统。本专利技术的专利技术目的可以通过以下技术手段实现一种声纹门禁系统，包括微处理器1、指示灯、键盘模块、内存、数据存储器、语音芯片、串行通讯接口模块和包括语音预处理模块、语音识别模块和语音训练模块的程序存储器；微处理器2、门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；其中微处理器1分别连接指示灯和键盘模块，且与程序存储器、内存、数据存储器、语音芯片和串行通讯接口模块互相连接；微处理器2分别连接门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；微处理器1和微处理器2互相连接。语音芯片包括包括麦克风的语音采集模块和包括扬声器的语音提示模块；微处理器采用DSP芯片；串行通讯模块采用RS232串行通讯接口模块；数据存储器采用NANDFLASH存储器；程序存储器采用SPIFLASH存储器。声纹门禁系统的操作步骤为(1)启动声纹门禁系统，初始化硬件；(2)语音预处理模块处理经语音采集模块采集的声音，若满足条件，产生包括大帧特征、DTW模板特征和DCT模板特征数据；(3)语音识别模块通过文件系统调用数据存储器中的声纹模板，并将其与语音预处理模块产生的数据进行比较，若满足条件，则通过开锁模块执行开门操作；(4)在训练工作状态下，语音训练模块重复调用语音预处理模块，产生包括大帧特征、DTW模板特征和DCT模板特征数据，然后通过训练产生声纹模板，最后通过文件系统将其保存到数据存储器中。语音预处理模块包括以下步骤(1)通过声音自动检测模块检测声音，若不存在声音则继续声音检测；(2)若经声音自动检测模块检测存在声音，则判别声音长度是否满足要求，若不满足要求则返回第一步；(3)若声音长度经判别满足要求，判别声音是否为人的语音，若不为人的语音则返回第一步；(4)若声音经判别为人的语音，则对语音进行特征提取，产生包括大帧特征、DTW模板特征和DCT模板特征数据。语音识别模块包括以下步骤(1)通过文件系统依次调用数据存储器中的声纹模板，计算声纹模版中的DCT模板特征与经语音预处理模块处理得到的DCT模板特征之间的绝对值距离，筛选出距离最小的前N个声纹模板；(2)计算经DCT预选后得到的N个声纹模板中的DTW模板特征与经语音预处理模块处理得到的DTW模板特征之间的绝对值距离，筛选出距离最小声纹模板；(3)判断经DTW预选后得到的声纹模板的大帧数是否符合要求，若不符合，则启动语音预处理模块的声音自动检测模块；(4)若声纹模板的大帧数符合要求，则读取声纹模板的数据，进行人工神经网络识别，若识别未通过，则启动语音预处理模块的声音自动检测模块；(5)若人工神经网络识别通过则通过开锁模块执行开门操作。语音训练模块包括以下步骤(1)语音预处理模块被调用N次，分析处理每次产生的数据，得到包括大帧特征、DTW模板特征和DCT模板特征数据；(2)通过背景模型和人工神经网络训练由特征提取模块得到的数据，生成声纹模板；(3)通过文件系统将声纹模板保存到数据存储器中。语音预处理模块的声音自动检测模块包括以下步骤(1)分配内存；(2)通过语音芯片录音；(3)进行高通语音滤波；(4)判断所录声音的静音阈值长度与语音阈值长度，若不满足要求，返回第二步；(5)若所录声音的静音阈值长度与语音阈值长度满足要求，则采集到一个语音指令。语音预处理模块的人的语音判断包括以下步骤(1)语音数据归一；(2)对归一后数据加窗；(3)加窗数据补零；(4)对补零后数据进行傅利叶变换，得到幅度谱；(5)对幅度谱分别进行正弦波参数计算和SEEVOC包络计算；(6)计算基频特征，得到每帧的基频特征；(7)求信噪比；(8)求浊音概率特征；(9)通过浊音概率特征统计大于阈值的帧；(10)若大于阈值的帧占总帧数的百分比大于等于设定值，则为人的语音，若小于设定值则不为人的语音。人的声音是人与生俱来的特征，采用人体特有的声纹作为识别技术，不存在遗失、遗忘和输入错误等问题，使门禁系统的使用大为简便，且声音的输入不存在人和仪器的直接接触，方便卫生。又由于人的声音极难模仿，使门禁系统的安全性得到极大的提高。由于仪器的生产采用普通的元器件，且绝大多数功能通过软件实现，使本产品成本低廉。附图说明图1为声纹门禁系统结构示意图；图2为语音预处理模块流程图；图3为语音训练模块流程图；图4为语音识别模块流程图；图5为基频特征和浊音概率特征提取图；图6为使用浊音概率特征进行非语音过滤图；图7为功能模块图；图8为硬件初始化流程图；图9为开锁模块电路图；具体实施方式一种声纹门禁系统，包括微处理器1、指示灯、键盘模块、内存、数据存储器、语音芯片、串行通讯接口模块和包括语音预处理模块、语音识别模块和语音训练模块的程序存储器；微处理器2、门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；其中微处理器1分别连接指示灯和键盘模块，且与程序存储器、内存、数据存储器、语音芯片和串行通讯接口模块互相连接；微处理器2分别连接门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；微处理器1和微处理器2互相连接。语音芯片包括包括麦克风的语音采集模块和包括扬声器的语音提示模块；微处理器采用DSP芯片；串行通讯模块采用RS232串行通讯接口模块；数据存储器采用NANDFLASH存储器；程序存储器采用SPIFLASH存储器。语音预处理模块、语音识别模块和语音训练模块为程序存储器中程序。RS232通讯接口模块通过通讯电缆连接PC机。启动声纹门禁系统，初始化硬件的过程，当给系统上电时，数字信号处理器加载初始化代码，初始化基本部件，如，DSP工作频率、SDRAM工作频率、外部接口速度。初始化基本部件成功后，DSP开始加载自主开发的嵌入式程序，该程序初始化CODEC、UART、键盘接口、定时器以及各个IO接口，初始化成功后，该程序从NANDFLASH中加载全局设置参数、反相特征以及反相测试特征等，启动语音采集模块和语音提示模块，开始语言检测和识别。参见图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，详细说明本专利技术的功能模块组成，所述的系统由底层程序模块、应用程序模块、算法模块组成，底层程序模块由键盘模块、文件系统模块、语音采集模块、语音提示模块、RS232通讯接口模块组成、应用程序模块实现复杂的业务功能，直接控制开锁模块，算法模块由预处理模块、训练模块、识别模块组成。参见图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，详细说明本专利技术的实现原理和工作流程。所述的语音采集模块利用麦克风采集语音，将语音信号转换成数字信号并滤波，把滤波后的语音数字信号传送至所述的语音预处理模块，所述的语音预处理模块对语音文件进行语音分析处理，并输出语音的微特征参数供训练模块或识别模块使用，所述的训练模块接收语音预处理后的数据，对外部键盘输入的身份标识号码对应的语本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声纹门禁系统，其特征在于：包括微处理器１、指示灯、键盘模块、内存、数据存储器、语音芯片、串行通讯接口模块和包括语音预处理模块、语音识别模块和语音训练模块的程序存储器；微处理器２、门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；其中微处理器１分别连接指示灯和键盘模块，且与程序存储器、内存、数据存储器、语音芯片和串行通讯接口模块互相连接；微处理器２分别连接门磁模块、防拆模块、报警模块和开锁模块；微处理器１和微处理器２互相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴田平，
申请(专利权)人：上海优浪信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]