Использование формантных характеристик гласных и согласных звуков русского языка для аутентификации пользователей

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.

1. Оганесян А. Г. Эффективный алгоритм выделения формант из спектра речевого сигнала // Вычислительная техника и информатика. 2006. Т. LIX, № 1. С. 177–183.

2. 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.

3. Шохин А. А., Седельников С. Ю. Методика формантного анализа для биометрической аутентификации пользователей // Информатика и вычислительная техника. 2018. № 4. С. 36–41.

4. 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.

5. 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.

6. Никитин А. И., Поливодский А. А. Исследование возможности использования формантных характеристик гласных в процессе аутентификации // Новые информационные технологии. 2016. № 1. С. 37–43.

7. 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.

8. 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.

9. Ladefoged P. and Johnson K. A course in phonetics. 6th ed. Wadsworth Cengage Learning, 2011.

10. Stevens K. N. Acoustic phonetics (Current studies in linguistics series). MIT Press, 1998.

11. Ohala J. J. Phonetic explanations for the development of tones // Language. 1972. V. 48 (2). P. 245–261.

12. Fant G. Acoustic theory of speech production. Mouton, 1960.