声纹识别技术在智能建筑中的应用

声纹识别技术在智能建筑中的应用

1前言

随着我国城镇化的快速发展，我国建筑业产值持续增长，屡创新高，同时也带动了智能建筑的高速发展。智能建筑满足了人类对建筑舒适性、安全性、便利性和节能性的要求，使建筑不再是一堆冷冰冰的钢筋混凝土，而是具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑[1]。判断、感知是智能建筑的基本要素，是实现安全性、便利性的基本途径。智能建筑中身份识别主要采用智能卡、生物识别两种方式，智能卡因其价格便宜、符合人们使用习惯等特点仍被大面积的使用，但卡片一旦遗失或者被盗，就很容易被他人冒用，产生安全隐患。而生物识别技术具有极高防伪性、唯一性、不易复制和伪造、随身“携带”随身可用等优点，将在智能建筑中大规模的应用并最终取代传统身份识别技术。声纹识别技术作为主要的生物识别技术之一，因其显著的特点及优势，已被应用于国防、军事、金融等领域，但在智能建筑领域仍极少应用。为了使智能建筑具备更丰富的判断手段，更进一步提高建筑对身份识别的准确性、灵活性，拓展智能建筑新功能，本文将初步探讨声纹识别技术在智能建筑中的应用，以期为智能建筑中生物识别技术的应用提供新的思路。

2声纹识别技术的概述

2.1声纹识别技术基本概念

声纹是指用电声学仪器显示的携带语音信息的声波频谱，包含了说话人生理、心理以及行为特征的语音参数[2~3]。人类说话或发声是通过语言中枢和发声器官相结合的生物、物理的复杂过程，人们在说话时会用到舌头、喉头、鼻腔、肺等发声器官，发声器官和声道个体间的差异性很大，这些为先天性的差异。个体的发音习惯、身体健康状况也存在很大差异，这些为后天性差异。说话人之间先天性和后天性的差异导致了每个人的声波频谱的唯一性，利用这一特性，我们就能判别不同人的声音或判断是否是同一人的声音。声纹识别技术就是基于这些信息来搜索人类身份的一种生物识别技术。根据实际应用范畴，可分为以下两类[4~5]：（1）声纹辨认：给定一个目标说话人集合，包含所有用户的语音特征序列，将待测语音从说话人集合的用户中辨认出来，从而鉴别出说话人，是一个“多选一”的选择问题。（2）声纹确认：声纹确定是一个“一对一”的过程，即通过待测试的语音来鉴别确定是否来自其所声明的目标说话人。根据实际应用场景，包括以下两类[5]：（1）说话人检测：即检测目标说话人是否在某段语音中出现。（2）说话人追踪：即以时间为索引，实时检测每段语音所对应的说话人。

2.2声纹识别的基本原理及系统结构

声纹识别的基本原理是通过计算机的理解能力提取说话人语音

信号所携带的个性特征，根据一定准则与数据库中的训练模型进行匹配、鉴别或确认出说话人的身份[4]。声纹识别主要包括说话人模型训练、测试语音识别两个阶段，整个过程由特征提取、模型训练、模型库建立、打分判决等组成，声纹识别系统框图如图1所示.2.3声纹识别技术的特点声纹识别与其他生物特征相比，具有一些特殊的优势[2~5]：（1）声纹提取简单、便捷，可在无声无息中完成，使用者接受度高；（2）成本低廉，只需麦克风、声卡等设备即可进行声音信号的采集，无需像指纹、人脸、虹膜等识别技术需要昂贵的传感器或扫描设备；（3）适合远程身份确认，只需通过手机、PAD或麦克风等就可以通过网络实现远程身份识别；（4）相较于其他生物识别技术，声纹识别算法复杂度低；（5）与语音识别技术相结合，可使声纹口令动态变化，能有效的防止复制和剽窃，大幅提高系统安全性。同时，提供一种人机交互模式，并可构建具有声纹识别功能的分权限语音控制系统。

3声纹识别技术在智能建筑中的应用

声纹识别作为一种重要的、具有广阔发展、应用前景及优势明显的生物识别技术，可极大的提高智能建筑的感知、判断、决策能力，应更广泛的、更大规模的应用于智能建筑中。以下将结合智能建筑各智能化子系统及声纹识别的特点，探讨声纹识别技术在智能建筑中的具体应用。

3.1在出入口控制系统中的应用

出入口控制系统应能根据建筑物的使用性能和安全防范管理要求，对需要控制的各类出入口，按各种不同的通行对象及其准入级别，对其进、出实施控制与管理，并应具有报警功能[6]。声纹识别属于出入口控制系统所规定的人体生物特征信息识别，符合并适用于出入口控制系统。现有的出入口控制系统通常采用智能卡、指纹、密码作为身份识别的方式，少部分项目会采用人脸、虹膜、掌纹识别方式。但以上方式均有不同程度的缺点。采用密码的方式则被他人盗用的隐患更大，只能用于安全级别要求不高的场所。常用的人脸、虹膜、掌纹、指纹等生物识别方式则存在系统造价高、采集设备昂贵等缺点，并且这些方式采集的是人体固有生理特征，降低使用者的接受度。声纹识别技术可解决现有身份验证方式存在的问题，可为系统增加新的功能及身份验证方式。声纹识别自然解决了携带不便问题，可防止冒充、伪造、盗用情况的发生，并且采集方便，造价低廉。同时，声纹识别属于行为特征，不涉及使用者隐私，易于接受。并且可根据项目的安全防范级别，结合语音识别技术，采用动态声纹口令方式，大幅提高系统的安全性。结合语音识别技术，可使出入口控制系统具备人机交互能力，可增加防尾随、防胁迫、自动报警等功能，如在紧急情况下，使用者可说出预定的语句，系统照常开门的同时自动发出报警，既保障了使用者的安全又及时的发出了报警。

3.2在访客管理系统中的应用

在新建写字楼项目中，为了提高物业的管理水平、增加大楼的安全性，提升用户的舒适度及便利性，提高使用效率，访客管理系统已经得到了广泛的应用。访客管理系统可完成访客预约管理、快速通道闸控制的功能。3.2.1访客预约及管理访客预约及管理一般是采用智能卡、二维码、条形码等作为身份验证的方式，以上方式通常会带来卡片、纸片回收问题，增加运营成本，而且效率及便利性较差，并且存在多人共用卡片、二维码或条形码的情况，不便于访客的登记和管理。声纹识别技术则可很好的解决以上问题，访客可提前远程预约并录入语音信息，系统完成声纹采集后，访客便可以在授权期内进入大楼。声纹识别的应用免除了临时卡、二维码、条形码的发放，提高了访客的便利性，提高了访客预约及管理系统的效率，并且杜绝了多人共用情况的发生。3.2.2快速通道闸控制快速通道闸一般设置于写字楼首层大堂电梯厅出入口，对进出写字楼的人员进行管理和控制。根据使用者可划分为常驻员工、访客、临时员工、管理人员等。对于常驻员工、管理人员，系统可提前采集声纹信息并实时设置用户权限，当常驻员工、管理人员离职，可即刻取消相应的权限。对于临时员工、访客，可远程采集声纹信息并录入系统，授予相应时间段的权限。可提高管理者效率、提高使用者便利性。

3.3在建筑设备监控系统中的应用

声纹识别技术远程身份确认、与语音识别技术结合后的动态验证、提供人机交互能力的特殊优势，非常适用于建筑设备的智能控制，具体应用如下：3.3.1智能家居系统的控制家庭成员录入声纹信息并