CN103106717A

CN103106717A - 基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统及其身份认证方法

Info

Publication number: CN103106717A
Application number: CN2013100285393A
Authority: CN
Inventors: 朱平; 郦彬; 俞利君; 冯涛
Original assignee: Shanghai Polytechnic University
Current assignee: Shanghai Polytechnic University
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明公开一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统，包含：局域网连接的第一交换机和第二交换机；电路连接第一交换机的声控门卫，其现场采集语音信号并输出声纹信息；电路连接第二交换机的数据库服务器，用于存储具有权限人员的预存声纹信息；电路连接第二交换机输出端的管理平台，用于将声纹信息与数据库服务器中声纹信息样本进行匹配识别；门禁开启控制模块，其接收门禁控制指令并根据门禁控制指令控制门禁的开关。本发明基于现场可编程逻辑门阵列、红外线感应技术、语音采集技术、人机交互技术、数据传输技术以及通信技术，具备了对人员身份判别及认证管理功能，同时具有采集语言信息方便，成本低、体积小、功能全、可扩展性强的特点。

Description

基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统及其身份认证方法

技术领域

本发明涉及一种门卫系统，具体涉及一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统及其身份认证方法。

背景技术

对于一个单位或企业来说，仓库管理的重要性是不言而喻的。而对于仓库通道（进出）的管理又是其中的一个环节，传统的通过钥匙的方法来实现进出的管理越来越显麻烦，如钥匙的丢失或管理人员的变更不仅需要更换钥匙，还将连门锁一起更换。随着科技的进步，针对这些管理问题的解决方案成层出不穷，如使用感应卡式门禁系统、指纹门禁系统、虹膜门禁系统以及人脸识别门禁系统等等，这些系统在应用中的安全性，方便性，易管理性等方面都各有所长。

声纹识别是生物识别技术的一种,是根据说话人的发音生理和行为特征来自动识别说话人身份的一种生物识别方法。声纹识别与说话语言、方言、腔调无关，也无须人身接触，因此对于使用者而言也更加容易接受，同时获取语音的成本低廉，使用简单，只需一台电话/手机或麦克风即可。声纹适合远程语音传输和获取，只需要通过网路就可以实现远程身份识别，并且声纹识别所提供的安全性可与其他生物识别技术相媲美。此外，利用声纹作为钥匙具有随身“携带”不易遗忘、不易被盗、防伪性能好、不易伪造、随时随地可用等优点，与门禁系统相结合可以有效地提高门禁系统的安全性和便利性。

声纹识别的门禁系统利用管理人员自己的声音作为钥匙，控制仓库通道的进出权限，实现仓库通道的进出管理。所谓声纹(Voiceprint)，就是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。我们知道人类声波的产生是人体语言中枢与发音器官之间一个复杂的生理物理过程，每个人在讲话时使用的发声器官——舌、牙齿、喉头、肺、鼻腔等在尺寸和形态方面因人而异差别甚大，所以任何两个人的声纹图谱都存在着差异。虽然声纹识别在应用上存在一些缺陷，比如同一个人的声音会受身体状况、年龄、情绪等的影响而产生变化；不同的麦克风以及不同的外界环境的干扰都会对语音的识别性能产生影响，但是它与其他生物特征的识别相比，有其明显的优势：1）语音声纹获取方便、自然，声纹提取可在不知不觉中完成，因此使用者的接受程度也高；2）获取语音的识别成本低廉，使用一个简单的麦克风或仅通过一般的通讯设备即可；3）适合远程身份确认，只需要一个麦克风或电话、手机通过网路（通讯网络或互联网络）就可以完成远程登录；4）声纹辨认和确认的算法复杂度低；5）配合一些其他措施，如通过语音识别进行内容鉴别等，可以提高准确率，等等。这些优势使得声纹识别的应用越来越收到系统开发者和用户青睐，声纹识别的世界市场占有率15.8%，仅次于手指和手的生物特征识别，并有不断上升的趋势。

发明内容

本发明提供一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统及其身份认证方法，利用语音来控制通道的进出权限的智能仓库声控门禁系统，使管理人员能够利用自己的声音作为钥匙，进行身份识别，实现仓库通道的进出管理。

为实现上述目的，本发明提供一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统，其特点是，该门卫系统包含：

通过局域网连接的第一交换机和第二交换机；

电路连接上述第一交换机输入端的声控门卫，该声控门卫设置于门禁处，其现场采集语音信号并输出声纹信息；

电路连接上述第二交换机输出端的数据库服务器，该数据库服务器用于存储具有权限人员的预存声纹信息；

电路连接上述第二交换机输出端的管理平台，该管理平台接收现场采集的声纹信息，并将该声纹信息与数据库服务器中的预存声纹信息样本进行匹配识别，发出门禁控制指令；

门禁开启控制模块，其设置于门禁处并电路连接上述管理平台的输出端，接收门禁控制指令并根据门禁控制指令控制门禁的开或关。

上述的声控门卫包含：主控模块，分别电路连接上述主控模块的语音模块、红外线感应模块、缓存控制器、数据网络传输模块，分别电路连接上述语音模块的音频输出模块、音频接收模块、音频存储器，以及电路连接上述缓存控制器的缓存模块；

上述红外线感应模块感应门禁处现场访客人员并发送触发信号，主控模块接收触发信号，控制音频输出模块向门禁处访客人员发出语音，音频接收模块采集访客人员反馈的语音信号通过语音模块转化为声纹信息，主控模块通过数据网络传输模块将声纹信息输出至管理平台。

上述主控模块为现场可编程逻辑门阵列。

上述的基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的身份认证方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

步骤1、声控门卫实时感应门禁处是否有访客人员，当感应到有访客人员，即触发启动；

步骤2、声控门卫现场采集访客人员的声纹信息通过网络传输至管理平台；

步骤2.1、声控门卫中主控模块接收红外线感应模块传感到访客人员后发出的触发信号，通过语音模块控制音频输出模块向门禁处访客人员发出语音提示；

步骤2.2、访客人员根据语音提示进行回答；

步骤2.3、音频接收模块接收访客人员反馈的语音信号输出至语音模块；

步骤2.4、语音模块将语音信号转化为声纹信息，并通过数据网络传输模块将声纹信息输出至管理平台；

步骤3、管理平台接收现场采集的声纹信息和数据库服务器中预存的声纹信息样本，并将该声纹信息与数据库服务器中预存的声纹信息样本进行匹配识别；

步骤4、管理平台判断现场采集的声纹信息和数据库服务器中预存的声纹信息样本是否匹配，若是，则认为该访客人员身份合法并跳转到步骤5，若否，则跳转到步骤4.1；

步骤4.1、管理平台判断该现场采集的声纹信息的采样次数是否大于预设最大次数，若是，则认为该访客人员身份非法且不开启门禁，若否，则跳转到步骤1重新采样；

步骤5、管理平台判断现场采集的声纹信息所匹配的访客人员身份是否有权限，若是，则通过门禁开启控制模块开启门禁，若否，则认为该访客人员身份非法且不开启门禁。

在所述步骤1之前还包含一下步骤：管理平台事先采取相关人员的声纹信息样本并且将声纹信息样本保存至数据库服务器；管理平台管理用户信息以及系统维护、更新。

本发明基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统及其身份认证方法和现有技术中的门禁系统相比，其优点在于，本发明基于现场可编程逻辑门阵列嵌入式开发平台，应用了红外线感应技术、语音采集技术、人机交互技术、数据传输技术以及通信技术，具备了对人员身份判别及认证管理功能，同时具有采集语言信息方便，成本低、体积小、功能全、可扩展性强的特点。

附图说明

图1为本发明基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的系统结构图；

图2为本发明基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的声控门卫的电路框图；

图3为本发明基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的功能模块图；

图4为本发明基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的身份认证方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，本发明公开一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统，该门卫系统包含：通过局域网连接的第一交换机2和第二交换机3；电路连接第一交换机2输入端的声控门卫1，电路连接第二交换机3输出端的数据库服务器4，该数据库服务器4用于存储具有权限人员的预存声纹信息；电路连接第二交换机3输出端的管理平台5；以及，电路连接管理平台5输出端的门禁开启控制模块6。其中，声控门卫1和门禁开启控制模块6设置于门禁处，声控门卫1用于现场采集语音信号并输出声纹信息至管理平台5，管理平台5用于接收现场采集的声纹信息，并将该声纹信息与数据库服务器4中的预存声纹信息样本进行匹配识别，发出门禁控制指令至门禁开启控制模块6，门禁开启控制模块6用于接收门禁控制指令并根据门禁控制指令控制门禁的开或关。

如图2所示，声控门卫1包含主控模块11，分别电路连接主控模块11的语音模块12、红外线感应模块13、缓存控制器17、数据网络传输模块18，分别电路连接语音模块12的音频输出模块14、音频接收模块15、音频存储器16，以及电路连接缓存控制器17的缓存模块19。

主控模块11是声控门卫1的主控芯片，是Altera公司生产的Cyclone II系列的FPGA，型号为EP2C35F672C6。Cyclone II系列具有更低成本、更大的容量和更多的特殊性能的特性。但由于声控门卫具有网络数据传输的特殊性，因此需要EP2C35F672C6外加数据网络传输模块18构成网卡接口电路，数据网络传输模块18为型号RTL8019的芯片。

红外线感应模块13采用型号为ON209的红外线感应器，用于实时感应门禁处是否有访客人员，通过发送触发信号至主控模块11，控制对待识别人员的提问与对其声纹的采集启闭。

语音模块12采用WM8751L语音芯片，音频输出模块14采用扬声器，音频接收模块15采用麦克风，缓存模块19采用芯片A2V64S40CTP。通过扬声器、麦克风和语音芯片（WM8751L）、缓存器，声控门卫1实现语音提问、语音采集和保存。

声控门卫1的数据传输部分：系统采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA- EP2C35F672C6）和RTL8019芯片组成数据网络传输模块与管理平台5实时交互通讯。

红外线感应模块13感应门禁处现场访客人员并发送触发信号，主控模块11接收触发信号，控制音频输出模块15向门禁处人员发出语音问题，音频接收模块15采集访客人员反馈的语音信号通过语音模块12转化为声纹信息，主控模块11通过数据网络传输模块18将声纹信息输出至管理平台5。

如图3所示，为本发明的系统功能模块图；本系统功能模块图说明了此系统的功能：红外线感应、人员信息采集、人员信息管理、身份认证、权限判别、数据传输、门禁启闭控制，采用C++软件编程。

如图4所示，本发明还公开了一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的身份认证方法，该方法包含以下步骤：

管理平台5事先采取相关人员的声纹信息样本并且将声纹信息样本保存至数据库服务器4；管理平台5则管理用户信息以及系统维护、更新。

步骤1、声控门卫1实时感应门禁处是否有访客人员，当感应到有访客人员，即触发启动。红外线感应模块13实时感应门禁处是否有访客人员，当感应到有访客人员，即发送触发信号至主控模块11，触发启动声控门卫1对待识别人员的语音提问与对其声纹信息的采集。

步骤2、声控门卫1现场采集访客人员的声纹信息通过网络传输至管理平台5。

步骤2.1、声控门卫1中主控模块11接收红外线感应模块13传感到访客人员后发出的触发信号，通过语音模块12控制音频输出模块15向门禁处访客人员发出语音提示。

步骤2.2、访客人员根据语音提示进行回答。

步骤2.3、音频接收模块15接收访客人员反馈的语音信号输出至语音模块12。

步骤2.4、语音模块12将语音信号转化为声纹信息，主控模块11通过数据网络传输模块18将声纹信息输出至管理平台5。数据网络传输模块18通过第一交换机2和第二交换机3与管理平台5局域网连接。

步骤3、管理平台5接收现场采集的声纹信息和数据库服务器4中预存的声纹信息样本，并将该声纹信息与数据库服务器4中预存的声纹信息样本进行匹配识别。

步骤4、管理平台5判断现场采集的声纹信息和数据库服务器4中预存的声纹信息样本是否匹配，若是，则认为该访客人员身份合法并跳转到步骤5，若否，则跳转到步骤4.1。

步骤4.1、管理平台5判断该现场采集的声纹信息的采样次数是否大于预设最大次数，本实施例中预设最大次数设为3，若是，则认为该访客人员身份非法且不开启门禁，若否，则跳转到步骤1重新采样。

步骤5、管理平台5判断现场采集的声纹信息所匹配的访客人员身份是否有权限，若是，则通过门禁开启控制模块6开启门禁，若否，则认为该访客人员身份非法且不开启门禁。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统，其特征在于，该门卫系统包含：

通过局域网连接的第一交换机（2）和第二交换机（3）；

电路连接所述第一交换机（2）输入端的声控门卫（1），该声控门卫（1）设置于门禁处，其现场采集语音信号并输出声纹信息；

电路连接所述第二交换机（3）输出端的数据库服务器（4），该数据库服务器（4）用于存储具有权限人员的预存声纹信息；

电路连接所述第二交换机（3）输出端的管理平台（5），该管理平台（5）接收现场采集的声纹信息，并将该声纹信息与数据库服务器（4）中的预存声纹信息样本进行匹配识别，发出门禁控制指令；

门禁开启控制模块（6），其设置于门禁处并电路连接所述管理平台（5）的输出端，接收门禁控制指令并根据门禁控制指令控制门禁的开或关。

2.如权利要求1所述的基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统，其特征在于，所述的声控门卫（1）包含：主控模块（11），分别电路连接所述主控模块（11）的语音模块（12）、红外线感应模块（13）、缓存控制器（17）、数据网络传输模块（18），分别电路连接所述语音模块（12）的音频输出模块（14）、音频接收模块（15）、音频存储器（16），以及电路连接所述缓存控制器（17）的缓存模块（19）；

所述红外线感应模块（13）感应门禁处现场访客人员并发送触发信号，主控模块（11）接收触发信号，控制音频输出模块（15）向门禁处人员发出语音，音频接收模块（15）采集访客人员反馈的语音信号通过语音模块（12）转化为声纹信息，主控模块（11）通过数据网络传输模块（18）将声纹信息输出至管理平台（5）。

3.如权利要求2所述的基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统，其特征在于，所述的主控模块（11）为现场可编程逻辑门阵列。

4.一种如权利要求1、2或3中任意一项所述的基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的身份认证方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1、声控门卫（1）实时感应门禁处是否有访客人员，当感应到有访客人员，即触发启动；

步骤2、声控门卫（1）现场采集访客人员的声纹信息通过网络传输至管理平台（5）；

步骤3、管理平台（5）接收现场采集的声纹信息和数据库服务器（4）中预存的声纹信息样本，并将该声纹信息与数据库服务器（4）中预存的声纹信息样本进行匹配识别；

步骤4、管理平台（5）判断现场采集的声纹信息和数据库服务器（4）中预存的声纹信息样本是否匹配，若是，则认为该访客人员身份合法并跳转到步骤5，若否，则跳转到步骤4.1；

步骤4.1、管理平台（5）判断该现场采集的声纹信息的采样次数是否大于预设最大次数，若是，则认为该访客人员身份非法且不开启门禁，若否，则跳转到步骤1重新采样；

步骤5、管理平台（5）判断现场采集的声纹信息所匹配的访客人员身份是否有权限，若是，则通过门禁开启控制模块（6）开启门禁，若否，则认为该访客人员身份非法且不开启门禁。

5.如权利要求4所述的基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的身份认证方法，其特征在于，所述步骤2包含以下步骤：

步骤2.1、声控门卫（1）中主控模块（11）接收红外线感应模块（13）传感到访客人员后发出的触发信号，通过语音模块（12）控制音频输出模块（15）向门禁处访客人员发出语音提示；

步骤2.2、访客人员根据语音提示进行回答；

步骤2.3、音频接收模块（15）接收访客人员反馈的语音信号输出至语音模块（12）；

步骤2.4、语音模块（12）将语音信号转化为声纹信息，并通过数据网络传输模块（18）将声纹信息输出至管理平台（5）。

6.如权利要求4所述的基于声纹识别的智能仓库声控门卫系统的身份认证方法，其特征在于，在所述步骤1之前还包含一下步骤：

管理平台（5）事先采取相关人员的声纹信息样本并且将声纹信息样本保存至数据库服务器（4）；管理平台（5）管理用户信息以及系统维护、更新。