技术摘要：
本发明公开了一种基于超声波的语音重放攻击的活体检测方法，该方法首先发送连续超声波，保证较高频率和一定幅值；然后通过手机麦克风收集回波；此回波包含了低频的语音信号和超声回波，通过滤波分离两部分信号；由于手机的采样率相比于超声波来说过低，需要对收集到的  全部
背景技术：
语音认证系统作为一种快捷方便的认证方式，已经应用于多种重要领域，因此语 音安全成为了一个非常重要的课题，对语音认证系统的欺骗攻击检测也十分关键。在多种 攻击中，重放攻击是最为常见的一种攻击，因此对重放攻击的检测有很大的现实意义。在多 种检测攻击的方法中，活体检测因其检测方法直接，信息来源多样而被很多学者研究，也有 不少已经投入市场。而现有的重放攻击检测方法中大多都对用户提出了较高的要求，导致 用户在进行语音认证时需要保持违背正常的手机使用习惯的动作，对位置和距离都提出了 较为苛刻的要求，比如必须垂直于地面，手机必须保持静止等；或者有些方法对认证环境提 出了极为苛刻的环境，二者在现实生活中的使用场景下都是很难实现的，降低了用户的体 验。
技术实现要素：
为解决语音认证系统的重放攻击检测的安全性问题，本发明提出了一种新的检测 重放攻击的活体检测方法，以解决上述问题，达到检测重放攻击的目的，达到保证安全性的 同时也能保证用户的使用体验的目的，做到用户友好，算法简单，并应用于实际语音信号处 理系统中。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种基于超声波的语音重放攻击的活体检测方法，包括以下步骤： 步骤1：发送连续超声波，保证较高频率和一定幅值； 步骤2：由于用户发声，在嘴部气流波动的影响下高频回波在低频语音对应时段出 现了明显的毛刺； 步骤3：通过滤波和重采样，得到完整高频回波信号； 步骤4：提取超声回波信号的包络检波，获得与低频有效语音段时域对应的包络 段，并分析其毛刺信息。 上述技术方案中，进一步地，所述的步骤1具体为： 步骤1.1：用户开始认证时会打开手机的扬声器，该扬声器能发送具有一特定频率 (20kHz以上)和特定幅值(0dB)的超声波，此频率和幅值保证其正常使用。 进一步地，步骤2包括以下子步骤： 步骤2.1：用户认证时会打开手机的麦克风，同时用户会说出指定认证内容，用户 的语音信号被手机麦克风收集； 步骤2.2：超声波到达人脸后，经过漫反射会有部分返回，再经过空气传播过程中 的衰减后到达手机麦克风，超声回波被成功采集。 3 CN 111739561 A 说　明　书 2/4 页 进一步地，所述的步骤3包括以下子步骤： 步骤3.1：对采集到的语音信号做重采样，采用高频频谱补零扩展的方法，将采样 率从原来的低采样率(44.1Hz)扩展到200kHz以上； 步骤3.2：重采样后得到的信号同时包含低频语音信号和超声回波信号，需要经过 滤波将二者分开。 进一步地，所述的步骤4包括以下子步骤： 步骤4.1：滤波后得到低频语音信号，对其进行有效语音片段的识别和截取； 步骤4.2：由于滤波后高低频时域相对应，根据识别出的低频有效语音片段，对高 频的超声回波信号相应地进行截取，得到待分析的超声回波信号； 步骤4.3：对待分析的超声回波信号提取包络检波，超声回波信号的包络检波中具 有明显毛刺，对包络检波做快速傅里叶变换，获得其频率信息。对包络检波的的频率进行分 析后，判断待分析的超声回波信号是否有明显毛刺。毛刺信息的特征主要表现为，在用户直 接认证的语音的高频信号中，与低频有效语音信号时域相对应的包络段中有明显的毛刺， 而攻击者的重放攻击不具有此特征，或者说此特征表现很弱。明显毛刺具有频率较高的特 点，其数量特征主要表现为毛刺部分频率为5kHz～10kHz。 步骤4.4：得到高频超声回波信号的毛刺信息后，以此为依据来判定此语音信号来 自真实用户还是来自重放攻击：若具有明显毛刺信息则此语音信号来自真实用户，若没有 明显毛刺则此语音信号来自重放攻击。 本发明的有益效果是： 1、利用超声回波作为特征信息载体，并巧妙利用超声波和语音信号可以用一个手 机麦克风手机的特点，仅利用一个麦克风即可同时收集到低频语音信息和超声回波，简化 设备，有效地降低了成本同时提升了用户体验； 2、利用用户认证时低频语音信号对超声波回波的影响来表征用户特性，在时域分 析，提取包络线即可获得明显特征，处理简单而有效，简化算法； 3、采用此方法扩大了超声波的应用领域，简化了活体检测的方法，用更简单的方 法做到了重放攻击的检测，有效地提高了语音认证系统的安全性。 附图说明 图1是本发明实施例的真实用户认证场景模型示意图； 图2是本发明实施例的攻击者重放攻击场景模型示意图； 图3是本发明实施例的真实用户认证场景中的原始语音信号； 图4是本发明实施例的真实用户认证场景中的原始语音信号； 图5是本发明实施例的重采样前后对比图； 图6是本发明实施例的滤波前后信号示意图； 图7是本发明实施例的真实用户认证场景中的包络检波特征提取前后的高频超声 回波信号； 图8是本发明实施例的攻击者重放攻击场景中的包络检波特征提取前后的高频超 声回波信号； 图9是本发明实施例的流程框图。 4 CN 111739561 A 说　明　书 3/4 页