CN108320752A - 应用于社区门禁的云声纹识别系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种应用于社区门禁的云声纹识别系统及其方法，由用户端录入预设声纹口令，语音识别成功后传入云端服务器处理并存储，之后用户可在门禁控制器处说出验证声纹口令，由门禁控制器依次进行语音识别和声纹采集，再传输至云端进行声纹建模处理和比对，利用云端强大的计算能力进行鉴别，在采集预设声纹口令和验证声纹口令时，都先进行语音识别，以有效的提高识别效率；并采用不对称错误率来验证声纹的合法性，让用户通行门禁可以更顺畅，且每次开门的动作和记录均可获知。本方案为大范围在社区部署声纹识别系统提供了基础，用户学习成本低、施工方安装成本低、运营方维护成本低，可有效的提高社区门禁通行便捷性及通行效率。

Description

应用于社区门禁的云声纹识别系统及其方法

技术领域

本发明涉及基于声纹识别的社区门禁控制领域,具体涉及一种应用于社区门禁的云声纹识别系统及其方法。

背景技术

目前市场上的门禁产品种类繁多，从应用技术上可分为刷卡类和生物识别类，刷卡类主要包括磁卡、条形卡和IC卡等，生物识别类包括指纹门禁、虹膜门禁等；由于社区人行通道和楼宇单元门并非私人门禁，有半开放性质，而指纹识别、掌纹识别、虹膜识别和面部识别具有私密性性质，并不匹配；传统的方式又需要用户带钥匙、门禁卡或采用对讲开门，对于社区业主来说都有一定的不便利性。

声纹是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱，现代科学研究表明，声纹不仅具有特定性，而且有相对稳定性的特点。无论讲话者是故意模仿他人声音和语气，还是耳语轻声讲话，即使模仿得惟妙惟肖，其声纹也始终相同。声纹是人的生物个性特征，几乎不存在声纹完全一样的两个人，根据声纹的这一特征，现有技术中也有利用声纹识别的门禁系统设计方案。

但是，传统的声纹识别门禁系统考虑到安全性问题，均为封闭系统，一般只需要门禁控制器和上位机，声纹识别往往在门禁本地或者通过本地网络在上位机完成，且仅适用于局部范围，而且也存在录入声纹不方便、声纹相对固定、识别效率低等缺陷，而且，传统的声纹识别往往是直接进行声纹建模和特征提取，无论是录入还是比对，文本相关的识别也需要完成所有的计算步骤，用户使用的时候不但不方便，还增加了声纹识别的计算量，其带来的易用性差、识别率低以及封闭的技术属性严重阻碍了声纹识别技术在公众门禁的应用。

对于社区来说，人们通常不会在意小区人行门禁和单元门禁的非法开门问题，相对来说更加关注通行的便利性和通行效率，传统的本地声纹建模形式因为识别效率低、系统封闭和功能单一等缺陷并不适用于社区门禁，而且社区里的声纹应用需要根据社区的应用特性进行方案的改进设计，为此，本申请提出一种应用于社区门禁的云声纹识别系统及其方法。

发明内容

本发明提出一种应用于社区门禁的云声纹识别系统及其方法，社区用户通过用户端提前录制预设开门指令语句，并与云端服务器同步，然后在门禁控制器朗读同样语句后进入社区人行通道和楼宇单元，提高便利性及通行效率。

本发明是采用以下的技术方案实现的：应用于社区门禁的云声纹识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、预设声纹口令：社区用户通过用户端设置预设声纹口令，先对其进行语音识别；然后传至云端服务器，通过云端服务器对预设声纹口令进行建模分析并对其进行编号，然后存储在云端声纹口令库中,并将云端声纹口令库与设备端声纹口令库同步，设备端指门禁控制器端；

B、声纹口令识别：用户在门禁控制器端录入验证声纹口令进行开门，由云端服务器进行识别，具体包括以下步骤：

B1、门禁控制器对接收的验证声纹口令先进行语音识别，若识别出的语句与设备端声纹口令库的口令不一致，则门禁控制器直接拒绝，避免无效的传输和无效的声纹建模、特征提取和声纹比对等工作量；若一致，则执行步骤B2；

B2、将该验证声纹口令与云端声纹口令库同步，并从声纹模型库中依据声纹口令编号调取其对应声纹模型，通过与对应的声纹模型进行比对，根据不对称错误率判断声纹是否合法；云端服务器此时只需要识别对应的声纹即可，且在对比某一个声纹时，是相对固定的口令，明显提高识别率；

C、依据声纹口令识别结果输出开门指令，远程控制门禁控制器开门与否，判断用户状态并实时向用户推送相关信息，所述用户状态包括正常状态、口令异常、口令被非法尝试、口令疑似被盗和账号休眠等状态，通过向用户端推送必要的信息，通过数据接口与其他系统联动。

进一步的，所述步骤A之前还包括建立社区信息、用户注册及信息认证的过程，并将社区与门禁控制器关联、门禁控制器与用户HomeID关联；所述用户HomeID包括用户注册用的手机号、房屋门牌号、设备IMEI以及用户注册地址信息，并由云端服务器实现统一的信息管理。

进一步的，所述步骤B中，所述不对称错误率包括两个指标，错误拒绝率和错误接受率，具体根据Z-norm得分归一化处理以及阈值设定，将错误拒绝率降到最低，使错误拒绝率和错误接受率不对称来实现适应于社区应用的声纹对比。

进一步的，所述预设声纹口令包括正常通行口令、访客语音识别口令和防胁迫口令，门禁控制器根据不同口令执行其对应的云声纹识别开门控制。

进一步的，正常通行口令下的云声纹识别开门控制过程如下：

(1)用户首先录制正常通行口令，进行语音识别后传至云端服务器进行建模；

(2)开门识别时，在门禁控制器端录入验证声纹口令，由门禁控制器首先判断其语句有效性，若判断语句无效，则直接拒绝开门；

(3)若语句有效，则传至云端服务器与预设的正常通行口令进行对比；若对比声纹正确，则远程控制门禁控制器开门，并同步开门记录；若对比声纹不正确，则向用户端推送非法尝试开门消息，对于访客语音识别口令来说，直接在门禁控制器端进行语音识别即可。

进一步的，防胁迫口令下的云声纹开门控制过程如下：

(1)用户首先在用户端录制防胁迫口令，经过语音识别后，传至云端服务器进行建模；

(2)开门识别时，在门禁控制器端录入防胁迫口令下的验证声纹口令，由门禁控制器判断其语句有效性；

(3)若语句有效，则传至云端服务器与预设的防胁迫口令进行对比；若对比声纹正确，则通过云端服务器通知社区物业胁迫警情，并传送胁迫警情予平安城市街口，并延时驱动门禁控制器开门。

本发明另外提出一种应用于社区门禁的云声纹识别系统，包括用户端、门禁控制器和云端服务器，用户端与门禁控制器和云端服务器三者之间实现信息互传；

所述用户端包括注册认证模块、口令预设模块和信息反馈模块，用户通过注册认证模块注册，与云端服务器物业数据匹配认证后，通过口令预设模块录入预设声纹口令并对其进行语音识别，然后上传至云端服务器；信息反馈模块实时向用户反馈开门状态信息；

所述门禁控制器安装在社区人行通道门及单元门处，以控制门禁电控锁的开启或关闭，包括网络接口模块、人机交互模块以及控制单元,所述控制单元包括语音识别模块、设备端声纹口令库和设备端开门记录库，可与云端服务器实现定时通讯及信息同步；

所述云端服务器端设有云端声纹口令库和云端开门记录库，并包括管理模块和声纹识别模块，声纹识别模块可将门禁控制器端上传的声纹口令与原录入模型比对，比对时先进行语音识别，然后通过建模及特征提取，应用不对称错误率判断声纹口令的合法性，以控制门禁控制器动作。

进一步的，所述门禁控制器端还设有云端开门通道，通过云端服务器直接下达开门指令，所述开门指令为实时开门指令或预定时间开门指令，在特殊和紧急情况下(如火灾报警、紧急疏散，用户手机紧急求助等场景)，通过与云端有效建立的TCP/IP连接，由云端直接控制门禁控制器开门，可以由社区物业和用户手机端下达开门指令。

进一步的，所述云端服务器还包括通知反馈模块，预设声纹口令包括固定声纹口令、访客语音识别口令和防胁迫声纹口令，根据口令不同和用户需要实现常规通知、访客通知、声纹安全通知、胁迫通知和火灾报警通知。

进一步的，所述云声纹识别系统还包括大数据分析模块以及与火灾报警系统、公安系统或智慧城市对接的接口，开放式系统设计可实现更多的功能，实现更好的治安环境，与智慧城市对接也可以让城市和社区的便利直达用户。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案所述的应用于社区门禁的云声纹识别方案，通过云端服务器、用户端和门禁控制器紧密协同工作，以互联网为载体，通过用户端预先录入、自行设置密码口令语句，语音识别成功后传入云端，由云端处理声纹并存储，之后用户可在门禁控制器处说出密码语句，由门禁控制器端进行声纹采集，再传输至云端进行声纹处理和比对，利用云端强大的计算能力进行鉴别，使门禁控制器、用户端和云端服务器各有所长；

且在采集预设声纹口令和验证声纹口令时，都先进行语音识别，以有效的提高识别效率，并且在云端采用不对称错误率来验证声纹的合法性，通过将错误拒绝率(FRR)降到最低，而错误接受率(FAR)在社区中并不敏感，让用户通行门禁可以更顺畅；用户不用去门禁控制器端来回录入声纹，也不用担心忘记声纹口令，而且，该方案适用于社区不同的用户(房主、成员、租客访客等)及不同的口令，而不需要对门禁控制器做专门设置，同时，每次开门的动作和记录均可获知，若口令不安全，云端也可以向用户做通知；

总之，根据社区的特性，采用三端协同工作的模式，为大范围的在社区部署声纹识别系统提供了基础，用户学习成本低、施工方安装成本低、运营方运营维护成本低，共享的云计算也比传统的同样性能的上位机总计成本低，可有效的提高社区门禁通行便捷性及通行效率，具有广泛的推广及实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的声纹识别系统原理框图；

图2为本发明实施例2中社区信息建立及用户注册流程图；

图3为本发明实施例2中用户通过固定声纹识别开门流程图；

图4为本发明实施例2中访客语音识别开门流程图；

图5为本发明实施例2中防胁迫声纹识别开门流程图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

从现代化城市建设和智慧城市建设的高度出发，打造开放性的社区门禁声纹识别系统，以与智慧城市、与火灾报警系统和公安系统对接,实现更好的治安环境是未来城市发展的趋势，也可以作为智慧城市在社区中的最后一环，让城市和社区的便利直达用户，而相对于传统封闭式的声纹系统来说，应用于社区门禁的云声纹识别系统及方法根据社区的特点及居民需求，需要进行专门的设计。

实施例1，本实施例提出一种应用于社区门禁的声纹识别系统，参考图1，包括门禁控制器、用户端和云端服务器，用户端与门禁控制器和云端服务器实现信息互传，社区用户可以通过用户端提前录取、设置预设声纹口令密码语句，系统识别后传入云端服务器建立模型，之后用户可以在门禁控制器说出验证声纹口令密码语句，语音文本识别成功后传入云端服务器，利用云端服务器强大的计算能力进行鉴别，识别成功后即可进入社区人行通道和楼宇单元，不成功则传至门禁控制器不予开门的信息，具体的：

一、门禁控制器(门禁设备)：

门禁控制器采用干接点外部接口，即开关量控制，通用性广、不需要改装系统，安装在社区人行通道门及单元门处，与云端服务器实现定时通信与数据同步，包括网络接口模块、人机交互模块以及控制单元,所述控制单元包括语音识别模块、设备端声纹口令库和设备端开门记录库，可与云端服务器实现定时通讯及信息同步，具体入下：

1、网络接口模块：

其网络接口主要包括4G接口、蓝牙接口、WiFi接口、USB接口等。4G接口为门禁设备的主接口，采用芯片支持的4G射频模块及基带程序，使门禁设备通过4G/3G数据通道连入互联网并与云端服务器通信；蓝牙接口为门禁设备与外界通信的辅助接口，管理员可以通过蓝牙连接门禁设备，进行调试、同步及固件升级等工作，门禁设备也可以通过蓝牙接口与用户手机进行感应通信，识别用户的信息及距离；Wifi接口为门禁设备与外界通信的辅助接口，WiFi模块作为相关芯片的固定组成部分将存在于门禁设备功能中，和蓝牙接口比较类似，一般用于门禁设备与管理员调试电脑直接通信，并为用户手机提供定位信息和反向感应用户手机距离；USB接口为设备与管理员手持电脑通信的辅助接口，是在其他接口失效或数据通信不畅时的备选方案。

2、模块功能设计：

门禁控制器具有声纹识别开门、云端开门、数据库同步和固件OTA策略等功能。

参考图1，人机交互模块包括传声器、扬声器、显示屏、摄像头等，传声器采集验证声纹口令，并通过语音识别模块对验证声纹口令进行预处理，判断其是否含有预设声纹口令相关语句，并通过网络接口与云端实现信息互传；通过云端口令库识别口令后，向门禁控制器端发出控制信号，控制单元接收云端控制信号控制电控锁开启，并通过人机交互模块为用户传达是否开门信息，如：欢迎XX回家、口令不正确、不是合法用户等，开门信息同时在门禁设备上显示并通过扬声器播放。

在特殊和紧急情况下,为了方便操作，在门禁控制器端预留云端开门通道，根据云端服务器需要直接控制设备开门,通过与云端有效建立的TCP/IP连接，由云端服务器下达开门指令，可以是直接实时开门指令，也可以是预定时间点开门指令，如火灾报警、紧急疏散、用户手机紧急求助等场景，也可以由社区物业和用户手机端下达开门指令。

另外，在门禁控制器端还设有设备端声纹口令库及设备端开门记录库，设备端声纹口令库由门禁控制器设备本地向云端服务器发起匹配请求，与云端声纹口令库同步，如果版本号有更新则从云端下载新的声纹口令库，存储各种声纹口令数据；设备端开门记录库包括声纹所属用户、口令类型、开门时间以及人机交互模块记录的录影、照片、录音等数据，设备端开门记录库定期主动与云端服务器同步，向云端传输，开门记录库可以设置容量和条数限制。

门禁控制器还包括与云端同步策略、数据格式变化、功能扩展、平台迭代等业务，这些业务因为技术升级和安全的原因，需要定期进行升级，OTA是最方便的方式。固件应能通过定期向云服务查询并匹配最新固件版本，云端也可以直接控制控制器实现固件包的下载和升级。OTA主要依靠4G数据接口，接口通信不畅，也支持通过管理员的设备互联网网络，依靠蓝牙、wifi接口连入云端服务器进行OTA，USB接口则是本地固件升级接口，管理员可以通过USB接口刷入不同版本的固件，不但支持升级也支持降级，也支持不同软件模块定制升级。OTA的升级策略则是统一向新版本升级。

二、用户端(用户前端)：

用户端采用手机APP客户端实现，参考图1，具体包括注册认证模块、口令预设模块、信息反馈模块以。用户通过注册认证模块注册，与云端物业数据匹配认证后，通过口令预设模块录入预设声纹口令，预设声纹口令包括正常通行口令、访客语音识别口令和防胁迫口令等，将预设声纹口令语音识别后上传至云端服务器，云端服务器记录用户所注册的手机号、房屋门牌号、设备IMEI、用户注册位置等信息，并生成HomeID对应其云端声纹口令库；信息反馈模块实时反馈开门状态信息，方便用户实时了解用户状态，预留开门通道通过蓝牙或WiFi连接等方式与门禁控制器通信，以在声纹或语音识别不成功的情况下作为备选开门方案，同时，系统管理员和物业管理员需要安装管理客户端来对所管理的社区和门禁设备进行管理操作。

用户端也可以采用支付宝、微信等第三方移动平台实现，以降低用户学习、使用成本，用户通过关注对应运营方的服务号，绑定微信号及支付宝号即可使用通过服务号或小程序为用户呈现的基本功能——用户通过微信或支付宝语音输入的方式录入声纹，或者在小程序中，用户通过H5界面录入声纹信息。使用第三方平台可以用轻量化及快速的方式体验到系统的功能，同时由于第三方平台所能获取的用户手机权限较全，相对于默认安装的APP，第三方平台能够相对降低由于手机权限所引起的使用障碍。第三方平台有扫一扫和摇一摇等功能入口，都可以作为指向相关功能的快捷方式，并可引导用户进行APP的下载和安装。

三、云端服务器(云端)：

云端服务器为整个系统运行的核心，云端服务器支持分布式云控制系统协议中的云端协议。

1、云端声纹识别：

参考图1，云端服务器包括管理模块、声纹识别模块以及通知反馈模块，所述声纹识别模块包括声纹建模模块、特征提取模块和声纹对比模块；所述声纹建模模块接收用户端录入的预设声纹口令，采用高斯混合模型-通用背景模型(GMM-UBM)对其进行建模，生成声纹模型库；特征提取模块接收门禁控制器端用户录入的验证声纹口令，并提取其MFCC参数特征；声纹对比模块依据用户预设的声纹编号从声纹模型库中调取与验证声纹口令相对应的预设声纹口令模型，应用不对称错误率判断声纹的合法性进行开门，并根据需要，通过通知反馈模块告知用户对应的开门动作。

声纹识别过程中，由于预设时先进行语音识别并对应其声纹口令库，门禁设备验证时，也首先验证语音识别文本口令，也对应声纹口令库，这样在对比某一个声纹时是相对固定的口令，大大提高了识别率；而且，对于说话人的确认，判断的两个指标就是错误拒绝率(FRR，即拒绝真正声纹的概率)，以及错误接受率(FAR,即接收仿冒声纹而造成的错误识别概率)，而EER即表示FRR与FAR相等，大多数的传统声纹识别采用EER，然后再判断EER是否小于某个值，比如3％，这种方法比较折中，而社区中应用的云声纹识别系统对通行的便利程度非常高，故本方案采用不对称错误率策略，将FRR降到最低，而FAR并不那么敏感。

应用不对称错误率判断声纹的合法性，具体可通过以下方式实现：

在Z-norm得分归一化和阈值的设定都可以对FRR和FAR进行调整，例如Z-norm中均值和方差都要做特定调整以达到用户某一段语音特别合适或整体语音类似就可以有高评分，当阈值设定变小时，FRR会随之变小，而FAR就会随之增大。在调整阈值之前，判断声纹合法的时候所使用的Z-norm需要做优化调整是先行的最佳方案。但随着计算能力提高以及新方法的出现，其他方式也能达到目的，例如声纹建模可以选择SCHMM，合法性判定可以选择T-norm或者D-norm，但是为了实现其在社区内的应用，让FRR降到最低的方法就是本系统声纹识别设计的关键，应用有趋向性的Z-norm得分归一化以及阈值偏小设定而使错误率不对称是主要实现方法。

2、权限架构设计：

用户权限的结构是系统运行的基础，系统的用户分为三大角色：系统管理员，社区管理员和用户，且用户分为：业主、成员、租客和访客等。

系统管理员负责维护整个系统或区域系统的运行，可以在后台和前台做社区信息、用户信息的维护，也可以因地制宜指定区域系统运行逻辑的调整，也可以依据当地的法律和规定，为智慧城市系统开放接口；社区管理员负责维护所管理的社区系统的运行，最重要的，业主信息和HomeID的需要由社区管理员认证和维护，其次，社区门禁系统统一协同运行也需要社区管理员做出设定，如配合火灾报警、监控，停车场系统协同运行等，用户账号是最普遍的ID，也是系统最终使用受众的账号，通过手机号作为ID的主要识别字段，电子邮箱地址和用户名作为辅助识别字段，但用户账号有序归集的基础则是HomeID体系。

HomeID是最小产权所绑定的ID，不随用户迁移而变动，也不随产权的交易而转化；业主账号是整个系统最主要使用的账号，每个HomeID下同时只有一个业主账号，相当于这个HomeID下的管理员，负责成员账号、租客账号和访客账号的认证；同时，业主账号也有用户账号的基础功能，可以设置固定声纹口令、访客语音识别口令和防胁迫声纹口令等，成员账号可以由业主账号来认证后使用，成员账号可以自己设置自身所使用的固定声纹口令、访客语音识别口令和防胁迫声纹口令等；租客作为常住户，也需要有自己的账号，租客账号的认证有业主账号来完成，租客账号按照所签订的租赁合同设置有效期，也可以由业主账号自行设置有效期；临时访客不需要设定账号，但是对于常访客，如送餐员、快递员和社区服务人员等，需要在一长段时间内经常出入社区及社区单元门，则需要注册访客账号，由业主账号、成员账号或租客账号认证，同时认证时需要具体填写通行次数和有效期，或由系统默认指定。

3、数据库建立：云端数据库主要有云端声纹口令库和云端开门记录库，分别用于管理用户声纹口令、访客语音识别口令、防胁迫声纹口令等，以及由所使用的声纹和语音语句开门的门禁记录。

云端声纹口令库由云端服务器建立，并按照HomeID的方式归类，依据门禁设备所对应的HomeID与设备端声纹口令库同步，云端声纹口令库储存用户使用客户端端录入的语音所建立的声纹模型以及语音识别后的语句，对于访客语音识别口令则只储存语音识别语句。同一用户可以设置一个固定声纹口令和一个防胁迫口令，以及多个访客语音识别语句库，云端声纹口令库与设备本地端的同步由设备定时发起。

用户使用声纹口令及语音识别开门，设备端通过本地口令库和语句库，对应HomeID、用户账号、使用口令类别，并记录开门的时间点。同时如果设备有摄像头等设备，将开门时段截取的照片和视频片段存储，形成设备中的数据库；云端指定设备向云端同步数据库的周期，并在云端建立总的数据库。

4、通知反馈模块设计：

本实施例中，与传统门禁的最大区别并不是门禁通行这个动作，而是用户通过声纹识别和语音识别打开门禁后，云端可以向用户告知这次动作。具体的，通知反馈模块具体包括：常规通知模块、访客通知模块、声纹安全通知模块、胁迫通知模块及火灾报警通知模块：

(1)对于常规通知模块来说，由于声纹模型对比在社区的应用首先要保证的是通行的效率而不是安全，故需要极大的降低错误拒绝率，但允许有有一定的错误接收率，基于此特定，用户设定的声纹识别口令，如果用户端开启通行常规通知功能，系统将通行记录定时向用户端推送，以便用户自身判断通行的合法性，如果用户怀疑通行记录并非自己产生，通知将引导用户修改声纹口令。

(2)访客通知模块，门禁设备在识别验证声纹口令的之初需要进行语音识别，如果识别出的语句是用户设置访客语音识别口令，设备则不再进行声纹的识别比对，直接开门，这时设备将门禁开门的动作的执行情况直接传与云端服务器，云端将向设置此访客口令的用户发送访客通行的通知。

(3)声纹安全通知模块，云端系统有数据挖掘和分析功能，如果某个用户声纹口令在满足一系列条件，系统判断其声纹口令有可能被破译和模仿等，系统将其设置为危险口令，定期通知所属用户和业主用户。并在每次使用其开门时通知用户。另外，设备判断有尝试使用用户口令语句但声纹对比差别较大时，设备也将向云端上传此行为，云端判断后向对应的用户推送安全通知，安全通知由设备向云端发起，中高优先级，实时通知。

(4)胁迫通知模块，用户使用防胁迫口令通过门禁后，门禁将向云端发送高优先级的信息，云端将设备所收集的信息向业主和所有HomeID下的成员或租客账号推送胁迫开门信息，同时信息向物业管理员以及开放的公安系统接口主动传输。

(5)火灾报警通知模块，如果物业管理员在火灾报警统一指挥平台联动本系统，当平台收到此系统的警情后，系统将不断执行开门指令，同时向设备所属所有HomeID下所有的在用账号推送火灾报警通知。

对于云端服务器来说，开门记录数据库数据量累计到一定程度后，系统可以做这些数据的分析和挖掘，以为不同社区、不同用户的习惯做提炼，同时可以为用户提供差异化的功能。同时智慧城市需要完善社区的智慧功能，系统可以为其提供双向，社区外的信息可以向里输送，分析后的数据可以向智慧城市平台反馈，例如平安城市平台等。

本实施例提出的方案，在预设声纹口令时，通过门禁设备本地端预先进行语音识别，用户确认后再进行上传，采集的语音识别在本地端完成，识别速度上有明显优势；在声纹对比上也是先做语音识别，如果识别的语句与设备所属的口令库口令不一致，则门禁设备直接拒绝，避免无效的传输和无效的声纹建模、特征提取、声纹对比等工作量。且具体的声纹识别计算由云端完成，云端服务器强大的计算能力加上分布式计算布局，对于声纹识别几乎也是毫秒级完成；而且部署在云端的计算模块，可以根据时代的发展而更换更合适的声纹识别引擎，而且更换时由于声纹口令库是独立的，更换声纹识别引擎可以无缝切换，不用用户重新录入；应用不对称错误率来判断声纹和合法性，如果声纹合法，云端通知设备端打开门禁，同时也可以通知用户端开门成功，对社区门禁做定制化的设计，为大范围的在社区部署声纹识别系统提供了基础，用户学习成本低，施工方安装成本低、运营方安装成本低，实现更好的治安环境管理，也可以与智慧城市对接，让城市和社区的便利直达用户，具有广泛的推广价值及应用前景。

实施例2，本实施例提出一种应用于社区门禁的声纹识别方法，包括以下步骤：

步骤A、预设声纹口令：

社区用户通过客户端录入预设声纹口令，先对其进行语音识别；然后传至云端服务器，通过云端服务器对预设声纹口令进行建模分析，并对其进行编号，存储在云端声纹口令库，将云端声纹口令库与设备端声纹口令库同步，设备端指门禁控制器端；

通过云端服务器对预设声纹口令建模分析可采用如下方式：

(1)声纹预处理：对于接收的预设声纹口令数据，去除其非语音信号和静默语音信号，并对语音信号分帧；

(2)特征提取：提取每一帧语音信号的MFCC参数并保存；

(3)建立声纹模型库：根据提取的MFCC参数训练用户的高斯混合模型(GMM)，得到其对应的声纹模型，建立声纹模型库；验证时采用类似的建模分析过程；

步骤B、声纹口令识别：用户在门禁控制器端录入验证声纹口令进行开门，由云端服务器进行识别，具体包括：

B1、首先通过门禁控制器对接收的验证声纹口令进行语音识别，若识别出的语句与设备端声纹口令库的口令不一致，则门禁控制器直接拒绝，若一致，则执行步骤B2；

(2)则将该验证声纹口令与云端声纹口令库同步，并从声纹模型库中依据声纹口令编号调取其对应声纹模型；提取验证声纹口令特征数据，通过与对应的声纹模型进行比对，根据不对称错误率判断验证声纹口令的声纹合法性；

即在云端声纹识别过程中只需要判断设备报送的特定编号的声纹是否合法即可，将声纹识别作为云端服务的一个独立功能模块，系统在运行过程中可以方便的更新声纹识别引擎，而不用用户重新录入声纹；而且，预设时已经采用语音识别并对应云端声纹口令库，录入的语音识别在本地端完成，速度上具有明显优势，验证时也是首先验证语音识别文本，也对应云端声纹口令库，这样在对比某一个声纹时是相对固定的口令，识别率会大大提高，如果识别的语句与设备所属的口令库不一致，设备会直接拒绝，避免无效的传输的无效的声纹建模等工作量；

步骤C、依据声纹口令识别结果输出开门指令，远程控制门禁控制器开门与否，判断用户状态并实时向用户推送相关信息，所述用户状态包括正常状态、口令异常、口令被非法尝试、口令疑似被盗和账号休眠。

本实施例中，在步骤A预设声纹口令之前，首先是建立社区信息库、用户注册和信息认证的过程，包括将社区与门禁控制器关联、门禁控制器与用户HomeID关联的过程，参考图2，用户使用手机号注册，同时每个手机号可能对应多个HomeID，系统将区别对待。

用户前端下载、安装APP客户端，注册用户信息，生成HomeID，以手机号作为用户主要标识；云端服务器则划定小区信息，建立HomeID规则，搭建用户及设备数据库，门禁设备安装好后在云端登记，绑定HomeID设备字段，云端接收用户前端的注册信息，登记用户信息，绑定HomeID用户字段，并考虑多对应情景；三端数据定时同步与更新，门禁设备每隔10s向云端发送心跳包，用户前端每分钟以及网络环境改变时，向云端发送心跳包，云端实时更新用户前端和设备的网络路由，实现信息互传。

所述步骤B中，应用不对称错误率来判断声纹的合法性是技术实现的关键，所述不对称错误率包括两个指标，错误拒绝率和错误接受率，具体根据Z-norm得分归一化以及阈值设定，使错误拒绝率和错误接受率不对称来实现适应于社区应用的声纹对比，即将错误拒绝率降到最低，而对错误接受率不敏感。

针对这个社区管理系统中，为满足不同用户的使用，预设声纹口令包括正常通行口令、访客语音识别口令和防胁迫口令等，用户可以分为业主、成员、访客等，对于访客来说，由业主设定访客语音识别口令，门禁控制器根据不同口令执行其对应的云声纹识别开门控制，参考图3，对于正常通行口令下的云声纹识别开门控制过程如下：

(1)用户首先录制正常通行口令，进行语音识别后传至云端服务器进行建模；

(2)开门识别时，在门禁控制器端录入验证声纹口令，由门禁控制器判断其语句有效性，若判断语句无效，则直接拒绝开门；

(3)若语句有效，则传至云端服务器与预设的正常通行口令进行对比，若对比声纹正确，则远程控制门禁控制器开门，并同步开门记录；若对比声纹不正确，则向用户端推送非法尝试开门消息。

对于访客来说，参考图4，不需要验证声纹的合法性，而只需要在门禁控制器端识别其语音即可，若语音识别正确，则直接开门。

而在防胁迫口令下，在单元门门禁声纹识别成功后，静默报警后开门，参考与5，其云声纹开门控制过程如下：

(1)用户首先在用户端录制防胁迫口令，经过语音识别后，传至云端服务器进行建模；

(2)开门识别时，在门禁控制器端录入防胁迫口令下的验证声纹口令，由门禁控制器判断其语句有效性；

(3)若语句有效，则传至云端服务器与预设的防胁迫口令进行对比，若对比声纹正确，则通过云端通知社区物业胁迫警情，并传送胁迫警情予平安城市街口，并延时驱动门禁控制器开门。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.应用于社区门禁的云声纹识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、预设声纹口令：

社区用户通过客户端录入预设声纹口令，先对其进行语音识别，然后传至云端服务器；

通过云端服务器对预设声纹口令进行建模分析，并对其进行编号，然后存储在云端声纹口令库中；

B、声纹口令识别：用户在门禁控制器端录入验证声纹口令进行开门，由云端服务器进行识别，具体包括以下步骤：

B1、门禁控制器对接收的验证声纹口令先进行语音识别，若识别出的语句与设备端声纹口令库的口令不一致，则门禁控制器直接拒绝，若一致，则执行步骤B2；

B2、将该验证声纹口令与云端声纹口令库同步，并从声纹模型库中依据声纹口令编号调取其对应声纹模型，通过与对应的声纹模型进行比对，根据不对称错误率验证声纹口令的声纹合法性；

C、依据声纹口令识别结果输出开门指令，远程控制门禁控制器开门与否，判断用户状态并实时向用户推送相关信息。

2.根据权利要求1所述的云声纹识别方法，其特征在于：所述步骤A之前还包括建立社区信息、用户注册及信息认证的过程，并将社区与门禁控制器关联、门禁控制器与用户HomeID关联；所述用户HomeID包括用户注册用的手机号、房屋门牌号、设备IMEI以及用户注册地址信息，由云端服务器实现统一的信息管理。

3.根据权利要求1或2所述的云声纹识别方法，其特征在于：所述步骤B中，不对称错误率包括错误拒绝率和错误接受率两个指标，具体根据Z-norm得分归一化处理以及阈值设定，将错误拒绝率降到最低。

4.根据权利要求3所述的云声纹识别方法，其特征在于：所述步骤A中的预设声纹口令包括正常通行口令、访客语音识别口令和防胁迫口令，门禁控制器根据不同口令执行其对应的云声纹识别开门控制。

5.根据权利要求4所述的云声纹识别方法，其特征在于：正常通行口令下的云声纹识别开门控制过程如下：

(1)用户首先录制正常通行口令，进行语音识别后传至云端服务器进行建模；

(2)开门识别时，在门禁控制器端录入验证声纹口令，由门禁控制器首先判断其语句有效性，若判断语句无效，则直接拒绝开门；

(3)若语句有效，则传至云端服务器与预设的正常通行口令进行对比：若对比声纹正确，则远程控制门禁控制器开门，并同步开门记录；若对比声纹不正确，则向用户端推送非法尝试开门消息。

6.根据权利要求4所述的云声纹识别方法，其特征在于：防胁迫口令下的云声纹开门控制过程如下：

(1)用户首先在用户端录制防胁迫口令，经过语音识别后传至云端服务器进行建模；

(2)开门识别时，在门禁控制器端录入防胁迫口令下的验证声纹口令，由门禁控制器判断其语句有效性；

(3)若语句有效，则传至云端服务器与预设的防胁迫口令进行对比：若对比声纹正确，则通过云端服务器通知社区物业胁迫警情，并延时驱动门禁控制器开门。

7.应用于社区门禁的云声纹识别系统，其特征在于，包括用户端、门禁控制器、和云端服务器，用户端与门禁控制器和云端服务器三者之间可实现信息互传；

用户端包括注册认证模块、口令预设模块和信息反馈模块，用户通过注册认证模块注册，与云端服务器物业数据匹配认证后，通过口令预设模块录入预设声纹口令并对其进行语音识别，信息反馈模块实时向用户反馈开门状态信息；

门禁控制器安装在社区人行通道门及单元门处，以控制门禁电控锁的开启或关闭，包括网络接口模块、人机交互模块以及控制单元,所述控制单元包括语音识别模块、设备端声纹口令库和设备端开门记录库，可与云端服务器实现定时通讯及信息同步；

云端服务器端设有云端声纹口令库和云端开门记录库，并包括管理模块和声纹识别模块，声纹识别模块可将门禁控制器端上传的声纹口令与原录入模型比对，比对时先进行语音识别，然后通过建模及特征提取，应用不对称错误率判断声纹口令的合法性，以控制门禁控制器动作。

8.根据权利要求7所述的云声纹识别系统，其特征在于：所述门禁控制器端还设有云端开门通道，通过云端服务器直接下达开门指令，所述开门指令为实时开门指令或预定时间开门指令。

9.根据权利要求7所述的云声纹识别系统，其特征在于：所述云端服务器还包括通知反馈模块，预设声纹口令包括固定声纹口令、访客语音识别口令和防胁迫声纹口令，根据口令不同和用户需要实现常规通知、访客通知、声纹安全通知、胁迫通知和火灾报警通知。

10.根据权利要求7所述的云声纹识别系统，其特征在于：所述云声纹识别系统还包括大数据分析模块以及与火灾报警系统、公安系统或智慧城市对接的接口。