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Publicado em: 29/09/2011

Um sistema biométrico inovador para reconhecer locutores em locais com ruídos

Vinicius Zepeda

Divulgação/IME

No laboratório do IME, Rosângela Coelho testa o novo         sistema biométrico de reconhecimento de voz do locutor

Uma nova técnica desenvolvida por uma equipe de pesquisadores do Instituto Militar de Engenharia (IME) promete identificar indivíduos pela voz, mesmo em ambientes com ruídos e com resultados melhores do que os similares propostos na literatura científica. O sistema pode ser de enorme utilidade em instituições que tenham laboratórios e salas de acesso restrito, em sistemas de segurança de informações em transações bancárias, no controle de aviões ou mesmo no reconhecimento de locutores – todo aquele que fala – em casos judiciais através de escutas telefônicas autorizadas pela lei. Coordenado pela pesquisadora e professora dos programas de pós-graduação em Engenharia Elétrica e Engenharia de Defesa, do Instituto Militar de Engenharia (IME), Rosângela Fernandes Coelho, o projeto é um dos exemplos de pesquisas desenvolvidas pelos programas do IME.

A pesquisa, que teve início em 2003, detecta características de voz não detectadas em estudos anteriores, resultando num inovador sistema biométrico – ou seja, método que distingue características biológicas para identificação de indivíduos. Deste modo, consegue maior fidedignidade que outros sistemas. "A voz funciona como a impressão digital do locutor. Como cada indivíduo tem características biológicas distintas, seu uso para identificação se mostra viável, uma vez que, da mesma forma que não há pessoas com a mesma impressão digital, ou com íris exatamente idênticas, também não há ninguém com as mesmas características vocais. Até mesmo entre gêmeos idênticos pode haver diferenças", explica Rosângela.

Registrado no Brasil pelo Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), o sistema obteve aprovação de patente nos Estados Unidos, em 2011. Rosângela lembra que entre 2007 e 2009 desenvolveu, com apoio do programa de Auxílio à Pesquisa (APQ 1), da FAPERJ, o projeto "Sistema de reconhecimento remoto de locutor utilizando comunicações ópticas". Para isso, a equipe utilizou a base de voz, desenvolvida em 2003, com apoio da FAPERJ e da Secretaria de Segurança Pública do Estado do Rio de Janeiro. "De domínio público, essa base consiste na voz de 115 locutores de ambos os sexos, de diferentes regiões do País, em gravações feitas em canais de telefone fixo e celular, em português", explica a pesquisadora.

O principal objetivo era permitir que as características da voz do locutor fossem transmitidas através da comunicação por fibra ótica com a tecnologia Wavelength Division Multiplexing (WDM). Desta forma, seria possível realizar o reconhecimento remoto do locutor, ou seja, de uma determinada cidade, como Rio de Janeiro, por exemplo, suas características poderiam ser transmitidas para os mais distantes pontos do País. "A tecnologia WDM é a mais moderna forma de transmissão em telecomunicações da atualidade e tem como principal vantagem a alta confiabilidade em termos de perda de informação e imunidade a ruídos eletromagnéticos", destaca Rosângela.

Entretanto, a pesquisadora destaca que, inicialmente, o sistema reconhecia locutores apenas em ambientes sem ruídos acústicos externos. Em 2009, Rosângela buscou, então, dar continuidade ao projeto, ampliando esse reconhecimento para ambientes com ruídos. Para isso, ela contou também com apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). "Utilizamos uma base pública de ruídos ambientais, conhecida como Noisex, que tem quinze tipos diferentes, como carro, tanque de guerra, fábrica, balbúrdia, avião, maquinário de navio e armas de fogo", explica Rosângela.

A pesquisadora explica que o reconhecimento de locutores em ambientes com ruídos ainda é bastante precário em todo o mundo, se comparado a esse mesmo reconhecimento em ambientes sem ruídos. Sem interferência de ruídos, a identificação pode ter um grau de acertos entre 98% e 99%; no caso de locais com poluição sonora, o grau de acertos pode cair em até 60% ou mais. Foi o que motivou a dissertação de mestrado de Leonardo Augusto Zão, seu orientando no curso de Engenharia Elétrica do IME em 2010. O trabalho, "Reconhecimento Automático de Locutor Robusto a Ruídos Acústicos Ambientais de Espectros Coloridos", ganhou o Prêmio Oscar Niemeyer 2011 de Trabalhos Científicos, do Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura do Rio de Janeiro (Crea-RJ), como a melhor dissertação de mestrado em Engenharia Elétrica do Rio de Janeiro, o que deixou Rosângela bastante entusiasmada.

O trabalho propôs uma nova técnica de treinamento em múltiplas condições de ruídos para a obtenção de uma representação de locutores mais imune a ruídos. Ainda não há uma solução capaz de atingir graus de acertos semelhantes aos obtidos em ambientes sem ruídos. Entretanto, sem a técnica desenvolvida por Leonardo, o grau médio de acertos é de 45%, enquanto, com a técnica, chegou a 55%.  Rosângela acredita que para se chegar a melhores resultados, deverão ser englobadas todas as etapas do reconhecimento de locutor. "A tendência é buscar um conjunto das técnicas propostas para alcançar uma maior imunidade aos ruídos. O desafio agora é definir quais as melhores técnicas para cada uma das etapas. A proposta de novos atributos da voz e classificadores são também um grande desafio e talvez uma ótima solução. Os desafios são muitos o que torna a área bem interessante."

Atualmente, Rosângela orienta duas teses de doutorado em reconhecimento acústico de emoções. A pesquisa tem aplicações em diagnósticos médicos, sistemas de emergência e outros que necessitem de identificação do estado emocional dos indivíduos. Ela espera que as agências de fomento, como a FAPERJ e o CNPq, continuem a contribuir com o desenvolvimento das pesquisas do IME e de outras instituições de ensino e pesquisa no País.