[논문]다중사용자 처리기술을 이용한 전자상거래용 화자확인 사용자 인증 시스템

정석영; 유완선; 강선미

[국내논문] 다중사용자 처리기술을 이용한 전자상거래용 화자확인 사용자 인증 시스템
Automatic User-identification verification system using speech signatures based on multi-user processing technology for secured electronic commerce systems 원문보기

정석영 (서경대학교 컴퓨터과학과) , 유완선 ((주)아이커머스코리아) , 강선미 (서경대학교 컴퓨터과학과)

전자상거래 시장이 활발해 지면서 인터넷 쇼핑몰 업체들은 보다 강력한 보안체제를 갖추기 위해 노력하고 있다. 특히 최근 생체정보의 인식사례가 선보이면서 이런 인식서비스를 전자상거래에 접목시키려는 노력이 활발히 이루어지고 있는 중이다. 그러나 다중사용자를 실시간으로 처리해야하는 전자상거래 서비스 특성상 부하가 많이 소요되는 인식엔진을 전자상거래용 서버에 포함시키는 것은 적지 않은 부담이 든다. 본 논문에서는 이러한 문제의 해결방안으로 고객의 목소리를 통한 사용자 인증 시스템을 별도의 다중 처리 시스템으로 구성하는 것을 제안하며 이의 구현 사례를 보이고자 한다. 부하가 많이 따르는 인식엔진 등의 서비스를 별도로 관리함으로 다중사용자 접속을 요구하는 많은 서비스에 유용한 해결 방안을 보이고자 한다. 본 서비스는 인터넷 쇼핑몰 프로그램 개발 업체인 (주)아이커머스 코리아의 전자상거래 솔루션과 연동하여 프로그램 개발이 완료된 상태이다.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 이러한 부가적인 작업을 위한 엔진이 보다 효율적으로 처리되게 하기 위한 다중사용자 처리 프로세스 시스템의 구성을 제안하고 이의 구현 사례를 보이고자 한다. 전체 시스템은 고객의 목소리를 통한 화자 확인 시스템으로 고객의 pc에 장착된 일반 마이크를 이용하여 본인이 정한 음성비밀단어를 입력함으로 사용자임을 증명하는 음성확인 전자상거래 시스템이다.
본 논문에서는 사용자 인증 엔진을 전자상거래 서버 시스템에 독립적인 시스템으로 구축하여 인증작업을 처리해줌으로서 다중사용자 접속환경에서의 전자상거래 서버의 부담을 줄여주기 위한 방안을 제시하였다. 현재 시스템의 다중사용자 처리 시스템은 화자인식 엔진과 더불어 구현된 시스템이지만, 별도의 엔진을 요구하는 여러 응용 분야에 서버시스템의 부하를 줄이며 안정적인 처리를 요하는곳에 응용될 수 있다.

제안 방법

따라서 본 시스템에서는 전자상거래 업체의 서버 내부에 보다 간편한 방식으로 client의 요구와 인식엔진의 연결이 가능하도록, 별도의 다중사용자 통신 관리 시스템을 구현하였다. 본 시스템을 독자적인 시스템으로 구현함으로 기존에 구현된 웹서버와 보안을 위해 구성된 다양한 인증시스템을 보다 안정적인 환경 하에서 서비스가 이루어지도록 했다.
본 시스템을 독자적인 시스템으로 구현함으로 기존에 구현된 웹서버와 보안을 위해 구성된 다양한 인증시스템을 보다 안정적인 환경 하에서 서비스가 이루어지도록 했다.
본 논문에서 소개한 화자확인기술은 인터넷 쇼핑몰에서 고객이 쇼핑을 마친 후 제품 구매시에 적용된다. 따라서 고객은 인터넷상에서 웹 브라우저를 사용하다가 화자 확인 서비스를 받게 되며, 그에 따른 모든 처리는 인터넷상에서 이루어져야 한다.
현재 구현된 프로그램은 Active-X의 기술을 사용하여 ocx형태의 component로 개발하였다. 사용자는 화자 확인사이트에 접속할 때 최초 1회의 다운로드를 받게되며, 이후에는 registry에 등록되어 별도의 지연시간 없이 서비스를 받게 된다.
사용자는 화자 확인사이트에 접속할 때 최초 1회의 다운로드를 받게되며, 이후에는 registry에 등록되어 별도의 지연시간 없이 서비스를 받게 된다. 화자확인 인터페이스 프로그램(VPSR)은 사용자와 사용자 인증 서버(Client-Server) 간의 데이터 통신 및 동작을 수행하도록 구현하였고, 웹브라우저 안에서 음성이 입력되는 상황을 파형으로 관찰하며 수행되도록 구현되었다.
이때 사용자는 녹음 버튼을 눌러 마이크로 자신의 비밀단어를 입력하고, 입력이 끝마치면 VPSR 프로그램이 자동으로 녹음을 중지시킨다. 그 후에 입력되어진 wave 형태의 파일을 분석하여 끝점을 검출하고, 검출된 파일의 특징을 추출하여 화자인증 서버 시스템에 추출된 특징벡터 파일을 전송한다. 특징 파일들을 전송할 때에는 서버 측에서 방화벽등의 보안장치를 해 놓았을 경우를 대비해 일반 http 사용 포트인 80번 포트를 통해 CGI 명령 중 post 명령을 사용하여 하나의 stream 파일 형식으로 전송하게 된다.
본 시스템에서는 화자확인기술을 사용하여 인터넷 쇼핑몰 가입자의 사용자 확인 서비스를 제공해 준다. 화자 확인(speaker verification)은 발성된 음성 이 원하는 화자(의뢰인, client speaker)인지 아닌지(사칭자, impostor)를 구분해 내는 것으로 의뢰인에 대한 초기 등록을 요구하게 된다.
올바르게 추출하는 방법이 중요하다. 본 연구에서는 인식 성능이 좋고 주변 잡음과 채널 왜곡에 강한 MFCC(Mel Frequency Cepstral Coefficient)를 사용하여 MFCC 계수 12개와 각 차원의 켑스트럼 계수의 미분 값, 그리고 파워 및 파워 의 미분값을 특징 값으로 사용했다.
요구한 화자가 맞는지 아닌지를 결정하기 위해 입력 음성에 대해 likelihood ratio를 적용하는 것이다. 입력음성이 _X={X], .

이론/모형

인식 모델로는 8개의 Gaussian mixture를 사용한 5 state left-to-right 연속 HMM을 사용하였다. 입력된 화자의 정보를 HMM 파라미터로 생성하며 훈련을 위해서는 clustering 작업이 필요하다.
입력된 화자의 정보를 HMM 파라미터로 생성하며 훈련을 위해서는 clustering 작업이 필요하다. 본 시스템에서는 Segmental k-means 알고리즘을 사용하여 훈련과정을 수행한다. 다음 단계는 최적 state sequence가 나올 확률을 구하는 과정으로 Viterbi algorithm을 사용한다.
본 시스템에서는 Segmental k-means 알고리즘을 사용하여 훈련과정을 수행한다. 다음 단계는 최적 state sequence가 나올 확률을 구하는 과정으로 Viterbi algorithm을 사용한다. 최적 state sequence는 재귀적인 방법으로 5 0)가 최대값이 될 때까지 반복 계산한 후에 최적의 sequence를 구하게 된다.

성능/효과

현재 구현된 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 20대 남녀 50명에 대한 음성 데이터베이스를 구축하였고 이에 대한 실험 결과는 FAR이 0.6% 이하, FRR가 3% 이하의 성능을 나타내고 있다.

후속연구

따라서 인터넷 쇼핑몰 업체들의 요구에 맞는 인식 엔진들과 연동하여 다중 사용자 처리 시스템을 도입하면, 보다 효율적인 비용과 시스템으로 신뢰성 있는 사용자 인증 서비스를 지닌 전자상거 래 사이트를 구축할 수 있을 것이다.

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