Text-Independent Speaker Identification using Statistical Learning

The proliferation of voice-activated devices and systems and over-the-phone bank transactions has made our daily affairs much easier in recent times. The ease that these systems offer also call for a need for them to be fail-safe against impersonators. Due to the sensitive information that might be shred on these systems, it is imperative that security be an utmost concern during the development stages. Vital systems like these should incorporate a functionality of discriminating between the actual speaker and impersonators. That functionality is the focus of this thesis. Several methods have been proposed to be used to achieve this system and some success has been recorded so far. However, due to the vital role this system has to play in securing critical information, efforts have been continually made to reduce the probability of error in the systems. Therefore, statistical learning methods or techniques are utilized in this thesis because they have proven to have high accuracy and efficiency in various other applications. The statistical methods used are Gaussian Mixture Models and Support Vector Machines. These methods have become the de facto techniques for designing speaker identification systems. The effectiveness of the support vector machine is dependent on the type of kernel used. Several kernels have been proposed for achieving better results and we also introduce a kernel in this thesis which will serve as an alternative to the already defined ones. Other factors including the number of components used in modeling the Gaussian Mixture Model (GMM) affect the performance of the system and these factors are used in this thesis and exciting results were obtained

NPLDA: A Deep Neural PLDA Model for Speaker Verification

The state-of-art approach for speaker verification consists of a neural network based embedding extractor along with a backend generative model such as the Probabilistic Linear Discriminant Analysis (PLDA). In this work, we propose a neural network approach for backend modeling in speaker recognition. The likelihood ratio score of the generative PLDA model is posed as a discriminative similarity function and the learnable parameters of the score function are optimized using a verification cost. The proposed model, termed as neural PLDA (NPLDA), is initialized using the generative PLDA model parameters. The loss function for the NPLDA model is an approximation of the minimum detection cost function (DCF). The speaker recognition experiments using the NPLDA model are performed on the speaker verificiation task in the VOiCES datasets as well as the SITW challenge dataset. In these experiments, the NPLDA model optimized using the proposed loss function improves significantly over the state-of-art PLDA based speaker verification system.Comment: Published in Odyssey 2020, the Speaker and Language Recognition Workshop (VOiCES Special Session). Link to GitHub Implementation: https://github.com/iiscleap/NeuralPlda. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2001.0703

Multimodal biometrics score level fusion using non-confidence information

Multimodal biometrics refers to automatic authentication methods that depend on multiple modalities of measurable physical characteristics. It alleviates most of the restrictions of single biometrics. To combine the multimodal biometrics scores, three different categories of fusion approaches including rule based, classification based and density based approaches are available. When choosing an approach, one has to consider not only the fusion performance, but also system requirements and other circumstances. In the context of verification, classification errors arise from samples in the overlapping region (or non- confidence region) between genuine users and impostors. In score space, a further separation of the samples outside the non-confidence region does not result in further verification improvements. Therefore, information contained in the non-confidence region might be useful for improving the fusion process. Up to this point, no attempts are reported in the literature that tries to enhance the fusion process using this additional information. In this work, the use of this information is explored in rule based and density based approaches mentioned above

Integration of speech biometrics in a phone payment system: text-independent speaker verification

Integration of a speaker recognition system in a payment system by phone.Nowadays, the integration of biometrics in security systems is a prominent research and application field. Also, it is clear that speech is the most common form of communication, which makes a swell candidate. While using speech as a biometric, one could say there are two types of systems that should be analyzed: those systems which do know what the speaker is going to say upon verification and those that do not. This degree thesis offers an overview of both systems, focusing on those that do not know what the speaker is going to say beforehand, also known as textindependent systems. To be able to determine which would be the best approach to integrate speech biometrics into a security system, both types of systems are compared; and two methodologies are also analyzed for the text-independent system. To conclude, one of those methodologies is implemented in a software library which allows the creation a text-independent speaker verification system.En l’actualitat, la integració de biometries en els sistemes de seguretat és una branca d’investigació i aplicacions prominent. A més a més, la veu és un dels mitjans més comuns de comunicació, cosa que fa que sigui una bona candidata per a aquests sistemes. Si prenem la parla com a biometria, es pot dir que hi ha dos tipus de sistemes bastant diferenciats a analitzar: aquells sistemes els quals saben el que dirà la persona que s’intenta verificar i aquells que no saben el que dirà. Aquest treball ofereix una visió àmplia dels dos tipus de sistemes, centrant-se en els sistemes on no es sap el que es dirà, també coneguts com sistemes de text independent. Per decidir quin seria la millor manera d’integrar la parla com a biometria en un sistema de seguretat, es comparen ambdós sistemes i, en el cas del sistema de text independent, es comparen també dues metodologies diferents. Per acabar, s’implementa una d’aquestes metodologies a unes llibreries de software per dur a terme un sistema de verificació de locutor amb text independent.En la actualidad, la integración de biometrías en los sistemas de seguridad es una rama de investigación y de aplicaciones prominente. Además, está claro que la voz es el medio más común de comunicación y es por eso que es una buena candidata. Usando el habla como biometría, se podría decir que hay dos tipos de sistemas diferentes a analizar: aquellos sistemas que saben de antemano aquello que va a decir el locutor que intenta verificarse y aquellos que no lo saben. Este trabajo ofrece una visión amplia de los dos tipos de sistemas, centrándose en los sistemas donde aquello que se va a decir no se sabe, también conocidos como sistemas de texto independiente. Para decir cuál sería la mejor manera de integrar el habla como biometría en un sistema de seguridad se comparan ambos sistemas y, en el caso del sistema de texto independiente, se comparan también dos metodologías diferentes. Para finalizar, se implementa una de estas últimas en unas librerías de software para poder llevar a cabo un sistema de verificación de locutor de texto independiente

Advances in Subspace-based Solutions for Diarization in the Broadcast Domain

La motivación de esta tesis es la necesidad de soluciones robustas al problema de diarización. Estas técnicas de diarización deben proporcionar valor añadido a la creciente cantidad disponible de datos multimedia mediante la precisa discriminación de los locutores presentes en la señal de audio. Desafortunadamente, hasta tiempos recientes este tipo de tecnologías solamente era viable en condiciones restringidas, quedando por tanto lejos de una solución general. Las razones detrás de las limitadas prestaciones de los sistemas de diarización son múltiples. La primera causa a tener en cuenta es la alta complejidad de la producción de la voz humana, en particular acerca de los procesos fisiológicos necesarios para incluir las características discriminativas de locutor en la señal de voz. Esta complejidad hace del proceso inverso, la estimación de dichas características a partir del audio, una tarea ineficiente por medio de las técnicas actuales del estado del arte. Consecuentemente, en su lugar deberán tenerse en cuenta aproximaciones. Los esfuerzos en la tarea de modelado han proporcionado modelos cada vez más elaborados, aunque no buscando la explicación última de naturaleza fisiológica de la señal de voz. En su lugar estos modelos aprenden relaciones entre la señales acústicas a partir de un gran conjunto de datos de entrenamiento. El desarrollo de modelos aproximados genera a su vez una segunda razón, la variabilidad de dominio. Debido al uso de relaciones aprendidas a partir de un conjunto de entrenamiento concreto, cualquier cambio de dominio que modifique las condiciones acústicas con respecto a los datos de entrenamiento condiciona las relaciones asumidas, pudiendo causar fallos consistentes en los sistemas.Nuestra contribución a las tecnologías de diarización se ha centrado en el entorno de radiodifusión. Este dominio es actualmente un entorno todavía complejo para los sistemas de diarización donde ninguna simplificación de la tarea puede ser tenida en cuenta. Por tanto, se deberá desarrollar un modelado eficiente del audio para extraer la información de locutor y como inferir el etiquetado correspondiente. Además, la presencia de múltiples condiciones acústicas debido a la existencia de diferentes programas y/o géneros en el domino requiere el desarrollo de técnicas capaces de adaptar el conocimiento adquirido en un determinado escenario donde la información está disponible a aquellos entornos donde dicha información es limitada o sencillamente no disponible.Para este propósito el trabajo desarrollado a lo largo de la tesis se ha centrado en tres subtareas: caracterización de locutor, agrupamiento y adaptación de modelos. La primera subtarea busca el modelado de un fragmento de audio para obtener representaciones precisas de los locutores involucrados, poniendo de manifiesto sus propiedades discriminativas. En este área se ha llevado a cabo un estudio acerca de las actuales estrategias de modelado, especialmente atendiendo a las limitaciones de las representaciones extraídas y poniendo de manifiesto el tipo de errores que pueden generar. Además, se han propuesto alternativas basadas en redes neuronales haciendo uso del conocimiento adquirido. La segunda tarea es el agrupamiento, encargado de desarrollar estrategias que busquen el etiquetado óptimo de los locutores. La investigación desarrollada durante esta tesis ha propuesto nuevas estrategias para estimar el mejor reparto de locutores basadas en técnicas de subespacios, especialmente PLDA. Finalmente, la tarea de adaptación de modelos busca transferir el conocimiento obtenido de un conjunto de entrenamiento a dominios alternativos donde no hay datos para extraerlo. Para este propósito los esfuerzos se han centrado en la extracción no supervisada de información de locutor del propio audio a diarizar, sinedo posteriormente usada en la adaptación de los modelos involucrados.<br /