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嵌入式心音身份识别系统研究

来源:中国一卡通网  作者:王佳,赵治栋  发布时间:2011-12-06 09:44:15  字体:[ ]

关键字:心音信号  身份识别  虚拟仪器  嵌入式系统  

摘   要:心音信号是人体最重要的生理信号之一,在不同的人身上有着完全不同的特征并且具有极高的稳定性,可以用作生物识别技术的识别特征。该文在梅尔频率倒谱系数特征提取和矢量量化模式匹配识别算法的基础上开发了一种基于虚拟仪器的嵌入式心音身份识别系统,实现了用户身份注册、身份辨识和身份确认的功能。该装置可为当前社会所面临的各种身份鉴定和信息安全问题提供一种准确率高、防伪能力强的生物识别新设备。


  3 心音身份识别软件开发
 
  本文使用LabVIEW 虚拟仪器开发基于MFCC 特征提取和VQ 模式匹配算法的心音身份识别软件,软件设计过程中需要用到NI 公司的Database Connectivity Toolkit 工具包,Database Connectivity Toolkit提供完整的SQL 功能,使用Microsoft ADO 技术与大多数常用数据库连接,实现与本地或远程数据库的交互式操作。心音身份识别软件实现3 个功能: 用户注册、用户辨识和用户确认,每个功能都有独立的功能界面,利用Subpanel 实现动态载入界面。

  用户注册分为两步: 第一步为基本信息的输入存储,包括用户名、年龄、性别等; 第二步为采集心音信号,提取其MFCC 特征参数,利用LBG 算法生成一个最佳码本存储在本地的数据库中。用户辨识是1: N 的模式,采集待识别的用户的心音信号,提取MFCC 特征参数,与本地数据库中已经存在的所有用户码本进行比较,根据最小平均量化失真度准则,选择最优码本进行匹配。用户确认则是1 ∶ 1 的模式,首先用户输入已注册的用户名,而后采集待识别的用户的心音信号,提取MFCC 特征参数,与用户指定身份的码本进行比较,如果其平均量化失真度小于既定的阈值,则确认其身份。 

  4 实验结果 

  用于衡量本系统的性能指标主要有两个: 正确辨识率( Correct Recognition Rate,CRR) 和相同错误率( Equal Error Rate,EER) 。CRR 是用户辨识时正确识别的样本占总体样本的比率; 而EER 是用户确认时错误拒绝率和错误接受率相同时的值,CRR 和EER 可用来衡量系统的安全性和方便性。本次实验中,采用上述心音信号身份识别系统对30 名同学( 20 名男生, 10 名女生) 进行了身份注册、辨识和确认,心音信号均采集于心脏的P 区。身份注册过程中心音信号采集时间分别为10s、20s、30s、40s 和60s,而身份识别过程中心音信号的采集时间则为5s、10s、20s 和40s,以上各种情况的CRR如表1 所示。EER 是在上述CRR 最高且注册时间和辨识时间最短,即注册时间为40s,辨识时间为10s的情况下进行分析的,此时身份确认的时间也为10s。
表1 正确辨识率( %) 


  针对CRR 分析,表1 横排代表注册时间,竖排代表辨识时间,从表1 中可以看出,注册时间越长识别率越高,但超过40 后,延长注册时间CRR 已经不会再有明显的提升; 理论上讲,辨识时间也是越长越好,但时间越长需要处理的数据量越大,并且会影响整个系统的辨识效率,在保证注册时间长度为40s的情况下,辨识时间为10s 即可,延长辨识时间对CRR 无任何明显影响。针对EER,在CRR 最为理想的情况下进行分析,注册时间为40s,确认时间与辨识时间一样为10s,此时EER 为6. 67%,即有3 个人无法正确确认。经过分析,没有被正确辨识和确认的心音信号中含有较多噪声,心动周期不明显,导致不能被正确确认和辨识结果错误。 

  今后将研究基于自适应增强技术的心音去噪方案,提高识别算法的鲁棒性; 虽然在本次小容量模板实验情况下EER 为6. 67%,但在大容量模板情况下,为保证EER 仍然是一个比较小的值,用户确认模式下的阈值选取将是下一步研究的重点。 

  5 结束语 

  本文在MFCC 特征提取和VQ 模式匹配识别原理的基础上,基于LabVIEW 开发了一种嵌入式心音身份识别系统,具有用户注册、用户辨识和用户确认功能。在小容量心音模板下具有较高CRR 和较低EER,充分证明了嵌入式心音身份识别技术的可行性,这将为当前社会所面临的各种身份鉴定和信息安全问题提供一种准确率高、防伪能力强的生物识别新设备。

  参考文献 

  [1] 刘娟,赵治栋. 基于心音信号谱分析的身份特征提取算法[J]. 杭州电子科技大学学报, 2010,4( 30) : 181 - 185.
  [2] Phua K,Chen J F,Dat T H. Heart Sound As a Biometric[J]. Pattern Recognition, 2008, 41( 1) : 906 - 919.
  [3] 赵力. 语音信号处理[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003: 45 - 56.
  [4] 陈伯胜. 基于VQ 和GMM 的与文本无关的说话人识别研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2007: 35 - 44.
  [5] 罗保钦,曾庆宁,陈远贵,等. 基于LabVIEW 的心音信号分析系统设计[J]. 仪器仪表学报, 2009, 30( 10) : 110 - 113.

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