基于耳声学传感的安全防护系统

1.本发明涉及设备安全领域，特别是一种基于耳声学传感的安全防护系统。


背景技术：

2.移动终端作为便携使用的计算机设备，包括手机以及其它便携设备。随着技 术发展，移动终端从简单通话的工具变成了综合信息处理平台。移动终端的安全 保障日益重要，目前通常采用的基础认证方式，如密码、锁屏图案等，不能有效 阻止入侵者，容易被简单攻击。而脸部识别容易被图片/视频欺骗，虹膜识别和指 纹识别等需要特殊硬件以及设备空间。耳声学传感是指通过用户耳道的回声信号， 由于生物差异导致的与他人不相同，能够获得的特征。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种高安全性、高适用性的基于耳声学传感 的安全防护系统。
4.技术方案：本发明所述的一种基于耳声学传感的安全防护系统，所述系统包 括采集模块、分析模块和认证模块，所述采集模块通过播放特定信号，采集用户 耳道该信号返回的回声信号，所述分析模块通过处理数据提取构造的特征，所述 认证模块通过svm支持向量机算法建模识别用户身份。
5.所述的特定信号为线性调频信号，是持续期间频率连续线性变化的信号。
6.所述分析模块包括用于滤除噪声信号的去噪单元和用于提取特征向量的特征 计算单元。
7.所述去噪单元通过高通滤波器滤除噪声信号，只保留特定信号段所在的高频 段信号数据。
8.所述特征计算单元通过三角滤波器组提取特征向量，三角形滤波器被广泛应 用在声学信号的处理。
9.所述认证模块对提取到的特征值向量使用svm支持向量机算法建模进行分 类，判别用户身份是否是认证用户。
10.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
11.1、本发明能够保障移动终端的安全和正常运行，安全成本降低，减少了用户 对于密钥的保管成本和密钥丢失的风险，并且与原有的保护系统同时运行，作为 增加安全防护措施，由于生物特征较难以攻击，所以增强了安全性；
12.2、用户无需记忆任何密钥，可以起到隐形保护的效果，从而成为用户移动终 端安全的第二道防线，有着广泛的适用性。
附图说明
13.图1为本系统的功能模块图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
15.如图1所示，一种基于耳声学传感的安全防护系统，所述系统包括采集模块、 分析模块和认证模块。所述采集模块通过播放特定信号，采集用户耳道该信号返 回的回声信号，所述的特定信号为线性调频信号，是持续期间频率连续线性变化 的信号。所述分析模块通过处理数据提取构造的特征；所述分析模块包括用于滤 除噪声信号的去噪单元和用于提取特征向量的特征计算单元。所述去噪单元通过 高通滤波器滤除噪声信号，只保留特定信号段所在的高频段信号数据；所述特征 计算单元通过三角滤波器组提取特征向量，三角形滤波器被广泛应用在声学信号 的处理。所述认证模块对提取到的特征值向量使用svm支持向量机算法建模进 行分类，判别用户身份是否是认证用户。
16.所述基于耳声学传感的认证系统的使用包括以下步骤：
17.(1)打开手机认证程序，采集模块利用手机扬声器在人耳道处播放预设好的 特定信号，同时同侧的麦克风收集返回的声音信号。预设好的特定信号是一致的， 不同用户的生理特征决定耳道及附近结构返回的回声信号不同，表现在对信号不 同频率的频率响应不同。所述的特定信号为线性调频信号，本实施例中采用 1.8k
‑
2.2khz的线性调频信号，人耳对此高频段信号不敏感，可以较无感的进行认 证过程。限于手机对高频率的信号播放性能，此频段高频还可以更加高，认证性 能也会变好，而且当用户对声音不敏感时亦可以采用低的特定信号频段。
18.(2)分析模块对采集的数据进行高通滤波。由于环境噪声一般在低频段，进 行高通滤波后只保留高频段的信号，具体是需要低于步骤(2)所设特定信号的最 低频，由此可以滤除绝大部分噪声。本实施例中采用的高通滤波器为巴特沃斯滤 波器。
19.(3)分析模块的特征计算使用滤波器组提取特征，使用三角滤波器组成的滤 波器组，在收集的信号经过fft傅里叶变换到频域上，得到在频谱上的能量分布， 将能量谱通过三角滤波器组可以获取数据在该滤波器对应频段的能量值，以此组 成特征向量，特征向量长度与滤波器组数量相同。三角滤波器本实施例采用24 个三角滤波器组成的滤波器组，可以根据运算性能和系统效果调整滤波器组的数 量以及带宽。滤波器组中心频率等距分布在1.6k
‑
2.2khz，滤波器频带宽平均分布 且等长，中心频率处响应为1，并向0线性减小，直到达到两个相邻滤波器的中 心频率。三角滤波器的频率响应可定义为：
[0020][0021]
式中m为滤波器序号，k为频率，f(m)为m滤波器的中心频率。
[0022]
(4)建立用于保存用户耳声学数据的数据库，数据是步骤(3)得到的特征 向量，根据合法用户的数据作为正样本，非法用户数据作为负样本，使用svm 支持向量机算法建模。认证模块建立识别模型，使用svm支持向量机算法训练， 获取核函数的参数，得到识别模
型。
[0023]
(5)用户进行当前认证时，进行身份识别，用户正确则设备能正常解锁运行。 在用户多次认证时可以不断积累此用户合法数据，当在认证系统表现变差时可以 重新训练模型。


技术特征：
1.一种基于耳声学传感的安全防护系统，其特征在于：所述系统包括采集模块、分析模块和认证模块，所述采集模块通过播放特定信号，采集用户耳道该信号返回的回声信号，所述分析模块通过处理数据提取构造的特征，所述认证模块通过svm支持向量机算法建模识别用户身份。2.根据权利要求1所述的安全防护系统，其特征在于：所述的特定信号为线性调频信号。3.根据权利要求1所述的安全防护系统，其特征在于：所述分析模块包括用于滤除噪声信号的去噪单元和用于提取特征向量的特征计算单元。4.根据权利要求3所述的安全防护系统，其特征在于：所述去噪单元通过高通滤波器滤除噪声信号，只保留特定信号段所在的高频段信号数据。5.根据权利要求3所述的安全防护系统，其特征在于：所述特征计算单元通过三角滤波器组提取特征向量。6.根据权利要求1所述的安全防护系统，其特征在于：所述认证模块对提取到的特征值向量使用svm支持向量机算法建模进行分类，判别用户身份是否是认证用户。

技术总结
本发明公开了一种基于耳声学传感的安全防护系统，所述系统包括采集模块、分析模块和认证模块，所述采集模块通过播放特定信号，采集用户耳道该信号返回的回声信号，所述分析模块通过处理数据提取构造的特征，所述认证模块通过SVM支持向量机算法建模识别用户身份。本发明能够保障移动终端的安全和正常运行，安全成本降低，减少了用户对于密钥的保管成本和密钥丢失的风险，并且与原有的保护系统同时运行，作为增加安全防护措施，由于生物特征较难以攻击，所以增强了安全性；用户无需记忆任何密钥，可以起到隐形保护的效果，从而成为用户移动终端安全的第二道防线，有着广泛的适用性。性。性。


技术研发人员：刘舜 王晓亮 陆桑璐
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：2021.06.17
技术公布日：2021/10/23