Procesado digital de voz para el reconocimiento del hablante aplicado a dispositivos móviles

Abstract

Este proyecto hace un estudio sobre la posibilidad de implantar una aplicación de autentificación mediante datos biométricos en dispositivos móviles. Se ha realizado un breve repaso a los métodos de reconocimiento biométrico existentes en la actualidad, así como a las posibilidades que nos ofrecen tablets y smartphones en esta área. Se ha optado por utilizar el micrófono que incorporan los dispositivos para recoger y analizar la señal digital de voz del usuario, utilizando esta señal como identificador biométrico. Se ha desarrollado un sistema completo de verificación del locutor con la herramienta informática Matlab. El sistema se puede dividir en dos bloques. El primero procesa la señal de audio en varias fases: acondicionamiento de señal, enventanado, segmentado de tramas sonoras y extracción de formantes entre otras operaciones. Se han utilizado dos tipos de coeficientes para caracterizar la voz, por un lado coeficientes LPCC que se basan en filtros de predicción lineal; y por otro coeficientes MFCC que utilizan la transformada de Fourier y la transformada discreta del coseno. El segundo bloque se encarga de decidir si los anteriores coeficientes pertenecen a un determinado locutor o no. Para ello se ha utilizado un algoritmo de alineamiento temporal dinámico con el propósito de salvar los desajustes temporales entre repeticiones y calcular las diferencias entre coeficientes. Estas diferencias serán las que permitan discernir si un usuario es auténtico o se trata de un impostor. Se ha obtenido el valor óptimo para varios parámetros en la etapa de procesado de audio. Se ha propuesto un sistema de entrenamiento del modelo del locutor, se han sacado conclusiones sobre los resultados obtenidos y acerca de la posibilidad real de desarrollar una aplicación comercial de este tipo. Por último se sugieren nuevos métodos de análisis y líneas futuras de investigación.

This project aims to do a study on the possibility of implementing an authentication application using biometrics in mobile devices. It has been carried out a brief review of existing methods of biometric recognition today and the possibilities offered by tablets and smartphones in this area. It was decided to use the built-in microphone all devices to collect and analyze the digital voice signal of the user and use this signal as a biometric identifier. It has developed a complete system of speaker verification with Matlab software tool. The system can be divided in two blocks. The first, processes audio signal in several stages: signal conditioning, windowing, segmenting voiced frames and formant extracting among other operations. Have been used two types of coefficients to characterize the speech. For side LPCC coefficients based on linear prediction filters, and secondly MFCC coefficients using the Fourier Transform and the Discrete Cosine Transform. The second block is responsible for deciding if the above coefficients belong to a particular speaker or not. For this we used a dynamic time alignment algorithm for the purpose of saving temporary mismatches between replicates and calculate the differences between coefficients. These differences are those that allow to know if a user is genuine or an impostor. It has obtained the optimal value for several parameters in processing audio step. Has been proposed a speaker model training system, have been obtained conclusions about the results and about the real possibility of developing a commercial application of this type. Finally new analytical methods and future research are suggested.