Характеристики четвёртой форманты лежат в основе биометрического образа личности, используемого в системе аутентификации по голосу. Их выделение осуществляется посредством специального программного модуля, разработанного авторами статьи. В ходе эксперимента, участниками которого стали 7 человек, их биометрические образы были выделены с использованием разработанного программного модуля и известной программы Bard. Полученные результаты проанализированы.
Анализ рынка биометрических продуктов показывает, что аутентификация по голосу признана одним из наиболее эффективных и экономичных методов биометрической аутентификации [1, 2]. Авторами разработан биометрический образ личности, который базируется на характеристиках четвёртой форманты [3]. Целесообразность использования частоты четвёртой форманты гласного звука доказана в работе [4].
Под формантой понимается концентрация энергии в ограниченной частотной области [5, 6], а под частотой четвёртой форманты гласного звука – частота, соответствующая максимальному значению амплитуды выброса энергии в четвёртой частотной области на спектрограмме.
Характеристики четвёртой форманты включают в себя частоту начала четвёртой частотной области на спектрограмме, частоту четвёртой форманты и частоту конца четвёртой частотной области на спектрограмме.
Данная статья посвящена выделению при помощи различных модулей частоты начала четвёртой частотной области на спектрограмме и частоты конца четвёртой частотной области на спектрограмме.
В работе применяются следующие обозначения:
– F4 – частота четвёртой форманты;
– F4s – частота, определяющая начало четвёртой ограниченной частотной области на спектрограмме;
– F4f – частота, определяющая конец четвёртой ограниченной частотной области на спектрограмме.
Каждый из 7 человек, принявших участие в эксперименте, по 10 раз произносили каждый из трёх гласных звуков: «А», «О» и «Э».
Характеристики четвёртых формант данных гласных звуков автоматически выделены при помощи разработанного авторами данной статьи модуля [7].
В программе Bard [8] выделение соответствующих частот начала и конца четвёртой ограниченной частотной области на спектрограмме осуществляется в ручном режиме. В ходе проведения сравнительного анализа сформированы 42 таблицы (по 7 таблиц (так как 7 пользователей) на каждый гласный звук для представления значений частот начала четвёртой частотной области и аналогичным образом сформированные 21 таблица – для значений частот конца четвёртой частотной области). Пример одной из них – табл. 1.
Итоговый сравнительный анализ полученных результатов при сравнении полученных значений частоты начала четвёртой частотной области приведён в табл. 2.
Итоговый сравнительный анализ полученных результатов при сравнении полученных значений частоты конца четвёртой частотной области представлена в табл. 3.
Таблица 1
Сравнение величин частоты начала четвёртой частотной области гласного звука «Э», произнесённого первым пользователем, Гц
Модуль/Номер реализации |
1 |
2 |
... |
8 |
9 |
10 |
Среднее |
Bard |
799,83 |
793,96 |
... |
700,09 |
747 |
743,29 |
774,057 |
Авторский модуль |
758,67 |
750,91 |
... |
738,64 |
716,6 |
725,12 |
741,419 |
Отклонение |
41,16 |
43,05 |
... |
38,55 |
30,4 |
18,17 |
45,136 |
Таблица 2
Сравнительный анализ величин частоты начала четвёртой частотной области гласных звуков, Гц
Гласный звук |
А |
О |
Э |
Среднее |
Величина среднего отклонения |
44,22 |
33,42 |
33,61 |
37,08 |
Таблица 3
Сравнительный анализ величин частоты конца четвёртой частотной области гласных звуков, Гц
Гласный звук |
А |
О |
Э |
Среднее |
Величина среднего отклонения |
45,91 |
42,12 |
26,30 |
38,11 |
Эксперимент показал, что отличия между автоматическим и ручным способами выделения характеристик четвёртой форманты не превышают пределы нормы. Полученные средние величины отклонения, 37,08 Гц и 38,11 Гц, соответствуют погрешностям, обусловленным неточностями ручного измерения, то есть человеческим фактором. Модуль, разработанный авторами данной статьи, показал высокую эффективность при решении поставленной перед ним задачи.
Библиографическая ссылка
Белова Е.П., Машкина И.В., Герасимов В.В. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИНСТРУМЕНТОВ ВЫДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТВЁРТОЙ ФОРМАНТЫ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2023". – 2020. – № 5. – С. 81-82;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=302 (дата обращения: 29.05.2023).