sibsutisВестник СибГУТИThe Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science1998-6920СибГУТИ10.55648/1998-6920-2024-18-1-59-69sibsutis-842Research ArticleСтатьиИспользование формантных характеристик гласных и согласных звуков русского языка для аутентификации пользователейUsing Formant Characteristics of Russian Vowels and Consonants for User Authenticationhttps://orcid.org/0000-0001-5488-943XБеловаЕ. П.BelovaYe. P.

Белова Елена Петровна, cтарший преподаватель кафедры управления информационной безопасностью

Yelena P. Belova, Senior lecturer of the Department of of Information Security Management

 

yelenabelova1992@yandex.ruУфимский университет науки и технологий (УУНиТ)РоссияUfa University of Science and Technology (UUST)Russian Federation2024171220231815969Copyright © Белова Е.П., 20242024Белова Е.П.Belova Y.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/842

В статье предлагается метод аутентификации пользователей на основе формантных характеристик. Разработан биометрический образ, состоящий из формантных характеристик 46 звуков русского языка (6 гласных, 4 дифтонгов и 36 согласных). Предложена архитектура системы аутентификации по формантным характеристикам и частоте лидирующей форманты гласных и согласных звуков. Разработан модуль выделения формантных характеристик гласных и согласных звуков. Представлены структурная схема модуля выделения формантных характеристик гласных и согласных звуков и блок-схемы его подмодулей. Алгоритм «случайный лес», метод k-ближайших соседей, логистическая регрессия, многослойный перцептрон и метод опорных векторов объединены в группу алгоритмов. Приведена структурная схема обучения и тестирования моделей на основе группы алгоритмов. На основе группы алгоритмов обучены модели. Получены результаты эксперимента и проведён их анализ.

The article proposes a method for user authentication based on formant characteristics. A biometric image has been developed consisting of the formant characteristics of 46 sounds of the Russian language (6 vowels, 4 diphthongs and 36 consonants). An authentication system architecture based on formant characteristics and frequency of the leading formant of vowels and consonants is proposed. A Module for extracting the formant characteristics of vowels and consonants has been developed. A block diagram of the Module for extracting the formant characteristics of vowels and consonants and block diagrams of its submodules are presented. The Random Forest algorithm, k-nearest neighbors, logistic regression, multilayer perceptron and Support Vector Machine are combined into a cluster of algorithms. A block diagram of training and testing models based on a cluster of algorithms is given. Models were trained on the basis of algorithms clusters. The results of the experiment were obtained and their analysis was carried out.

биометрическая аутентификация по голосубиометрическая система аутентификациибиометрический образ пользователяформантные характеристикигласные звукидифтонгисогласные звуки.biometric voice authenticationbiometric authentication systembiometric user imageformant characteristicsvowelsdiphthongsconsonantsReferencesОганесян А. Г. Эффективный алгоритм выделения формант из спектра речевого сигнала // Вычислительная техника и информатика. 2006. Т. LIX, № 1. С. 177–183.Oganesyan A. G. Effektivnyi algoritm vydeleniya formant iz spektra rechevogo signala [Efficient algorithm for extracting formants from the spectrum of a speech signal]. Vychislitel'naya tekhnika i informatika, Moscow, 2006, vol. LIX, no.1, pp. 177-183.Сысоев О. В., Глауздовский В. В., Курпатов В. Л. Исследование возможности применения формантных характеристик в задачах биометрической аутентификации // Сибирский информационно-коммуникационный журнал. 2017. № 1 (63). С. 93–97.Sysoev O. V., Glauzdovskii V. V., Kurpatov V. L. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya formantnykh kharakteristik v zadachakh biometricheskoi autentifikatsii [Study of the possibility of using formant characteristics in biometric authentication tasks] Sibirskii informatsionno-kommunikatsionnyi zhurnal, 2017, no. 1 (63), pp. 93-97.Шохин А. А., Седельников С. Ю. Методика формантного анализа для биометрической аутентификации пользователей // Информатика и вычислительная техника. 2018. № 4. С. 36–41.Shokhin A. A., Sedel'nikov S. Yu. Metodika formantnogo analiza dlya biometricheskoi autentifikatsii pol'zovatelei [Methods of formant analysis for biometric user authentication] Informatika i vychislitel'naya tekhnika, 2018, no. 4, pp. 36-41.Peterson G. E. and Barney H. L. Control methods used in a study of the vowels // The Journal of the Acoustical Society of America. 1952. V. 24 (2). P. 175–184.Peterson G. E., Barney H. L. Control methods used in a study of the vowels. The Journal of the Acoustical Society of America, 1952, no. 24(2), pp.175-184.Бабосов Е. Г., Авдеев А. В., Зуева Е. В. Исследование возможности использования формантных характеристик звуков речи для аутентификации пользователей // Медико-биологические и технические системы. 2015. № 3 (79). С. 172–178.Babosov E. G., Avdeev A. V., Zueva E. V. Issledovanie vozmozhnosti ispol'zovaniya for-mantnykh kharakteristik zvukov rechi dlya autentifikatsii pol'zovatelei [Study of the possibility of using the formant characteristics of speech sounds for user authentication] Mediko-biologicheskie i tekhnicheskie sistemy, 2015, no. 3 (79), pp. 172-178.Никитин А. И., Поливодский А. А. Исследование возможности использования формантных характеристик гласных в процессе аутентификации // Новые информационные технологии. 2016. № 1. С. 37–43.Nikitin A. I., Polivodskii A. A. Issledovanie vozmozhnosti ispol'zovaniya formant-nykh kharakteristik glasnykh v protsesse autentifikatsii [Study of the possibility of using the formant characteristics of vowels in the process of authentication]. Novye informatsionnye tekhnologii, 2016, no. 1, pp. 37-43.Машкина И. В., Белова Е. П. Разработка нейросетевой базы данных биометрических образов для системы аутентификации по голосу // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. 2019. № 2. С. 86–93.Mashkina I. V., Belova E. P. Razrabotka neirosetevoi bazy dannykh biometricheskikh ob-razov dlya sistemy autentifikatsii po golosu [Development of a neural network database of biometric images for a voice authentication system]. Problemy informatsionnoi bezopasno-sti. Komp'yuternye sistemy, St. Petersburg, 2019, no. 2, pp. 86-93.Belova Ye. P., Mashkina I. V. Architecture and Work Algorithm of Biometric Authentication System by Voice // Automatic Control and Computer Sciences. 2021. V. 55, №. 8. P. 924–931. DOI: 10.3103/S014641162108006X.Belova Ye. P., Mashkina I. V. Architecture and Work Algorithm of Biometric Authentication System by Voice. Automatic Control and Computer Sciences, 2021, vol. 55, no. 8, pp. 924-931, DOI: 10.3103/S014641162108006X.Ladefoged P. and Johnson K. A course in phonetics. 6th ed. Wadsworth Cengage Learning, 2011.Ladefoged P., Johnson K. A course in phonetics (6th ed.), Wadsworth Cengage Learning, 2011.Stevens K. N. Acoustic phonetics (Current studies in linguistics series). MIT Press, 1998.Stevens K. N. Acoustic phonetics (Current studies in linguistics series), MIT Press, 1998.Ohala J. J. Phonetic explanations for the development of tones // Language. 1972. V. 48 (2). P. 245–261.Ohala J. J. Phonetic explanations for the development of tones. Language, 1972, no. 48(2), pp. 245-261.Fant G. Acoustic theory of speech production. Mouton, 1960.Fant, G. Acoustic theory of speech production, Mouton, 1960.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.