[发明专利]一种基于声纹识别的个性化智能家居安全控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于声纹识别的个性化智能家居安全控制系统及方法，可以基于用户声纹判定该用户是否为家庭合法用户，并且基于声纹的指令检测免去了用户语言、语气和方言所带来的干扰，使得控制系统的普适性和鲁棒性都有了较大的提升。同时，本发明提供的属性分类功能扩充了智能家居安全系统的个性化服务功能，使得非认证用户也能享受主人预设的家居模块。此外，本发明在语音预处理中给出的措施大大减少了环境噪音给语音识别带来的干扰，使用户指令能更高效准确的被系统识别。

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，具体涉及一种基于声纹识别的个性化智能家居安全控制系统及方法的设计。

背景技术

智能家居(Smart Home)是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

现有智能家居的语音控制系统大多单纯基于语义识别技术，该技术缺乏对家居安全性的保障，且容易受用户方言，语气，语言的影响，导致系统普适性差，识别误差大等问题。同时，现有智能家居中的语音安全认证仅把说话人识别和说话人认证纳入安全认证范围，只有事先录入语音且具有使用权限的施令者才能对智能家电实施操作。该方式存在明显的缺点，无法对说话人属性(年龄以及性别)进行分类，缺乏提供个性化服务的能力。现实情况下，一般将系统的终端用户分为房屋主人以及客人，往往客人也应当具有对某些家电的操作权限，且需要根据客人的属性分类细分权限范围。此外，现有的智能家居系统普遍缺乏对复杂背景下语音识别的考虑，当室内背景噪音较大时，将极大地影响后续说话人识别的准确度及系统处理响应速度；在强噪音情况下，说话人发出的指令语音甚至会被完全淹没。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有智能家居的语音控制系统存在的易受用户个人语音特质影响导致识别误差较大，无法对用户属性分类导致难以提供个性化服务能力以及在复杂背景环境下识别准确率低下，系统响应速度慢和用户指令易丢失等问题，提出了一种基于声纹识别的个性化智能家居安全控制系统及方法。

本发明的技术方案为：一种基于声纹识别的个性化智能家居安全控制系统，包括语音采集模块、语音预处理模块、声纹特征提取模块、特征匹配模块、特征融合模块、属性分类模块、权限管理模块、中央控制模块和智能家庭终端设备。

语音采集模块用于采集家居环境中的语音信息。

语音预处理模块用于对语音采集模块采集到的语音信息进行预处理。

声纹特征提取模块用于提取预处理后的语音信息中基于声道模型的LPCC特征以及基于人耳听觉特性的MFCC特征，并根据MFCC特征构建MFCC声纹模型。

特征匹配模块用于对MFCC声纹模型和声纹库中的用户声纹模型进行特征匹配，并计算得到两者的相似度得分。

特征融合模块用于对LPCC特征和MFCC特征进行特征融合，得到混合特征向量。

属性分类模块用于将混合特征向量输入分类模型，得到说话人的年龄及性别属性。

权限管理模块用于将LPCC特征及MFCC特征与语义文字库中的指令文字进行语义匹配，并将语义匹配结果与权限规则库中的规则进行匹配，判断说话人是否具备执行词条指令的权限。

中央控制模块用于将具有权限的用户指令转换为对应的机器指令，并发送给指定智能家庭终端设备。

本发明还提供了一种基于声纹识别的个性化智能家居安全控制方法，包括以下步骤：

S1、通过语音采集模块采集家居环境中的语音信息，并将60Hz～6KHz范围内的语音流作为原始语音信息发送至语音预处理模块。

S2、通过语音预处理模块对原始语音信息进行预处理。