CN110832483B - 用于生物测定处理的方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方案涉及用于生物测定处理的方法、装置和系统。该方法包括在成功认证用户之后更新所存储的用于用户的耳朵模型数据。可以使用生成声学刺激且检测经测量的响应的个人音频设备来获取耳朵模型数据。耳朵模型数据的获取可以响应于确定个人音频设备被插入用户耳朵中或被放置为邻近用户耳朵。耳朵模型数据的获取还可以响应于确定个人音频设备尚未从用户耳朵移除或尚未移动远离用户耳朵。
Description
技术领域
本公开内容的实施方案涉及用于生物测定处理的方法、装置和系统,具体地,涉及包括经测量的用户耳朵对声学刺激的响应的用于生物测定处理的方法、装置和系统。
背景技术
众所周知,无论是用户耳朵的外部部分(称为耳廓或外耳)的声学特性还是耳道的声学特性或者二者的声学特性在个体之间都存在很大差异,因此可以用作识别用户的生物测定。位于耳朵附近或内部的一个或多个扬声器或类似换能器生成声学刺激,且类似地位于耳朵附近或耳朵内部的一个或多个麦克风检测耳朵对声学刺激的声学响应。可以从响应信号中提取一个或多个特征,且将其用于表征个体。
例如,耳道是共振系统,因此可以从响应信号所提取的一个特征是耳道的共振频率。如果经测量的共振频率(即,在响应信号中)与所存储的用户共振频率不同,则生物测定算法(生物测定算法被耦合以接收和分析响应信号)可能返回负的结果。响应信号的其他特征可以类似地被提取且用于表征个体。例如,所述特征可包含一个或多个梅尔频率倒谱系数。更一般地,可以确定声学刺激与经测量的响应信号之间的传递函数(或传递函数的特征),且将其与所存储的作为用户的特性的传递函数(或所存储的传递函数的特征)进行比较。
生物测定认证通常需要至少执行两个处理:登记和认证(或称为验证或识别)。首先,授权用户登记系统。登记包括收集生物测定数据,以及存储该生物测定数据作为用户特性的模型。在耳朵生物测定领域,这种所存储的模型可以称为“耳纹”。一旦获取了耳纹,生物测定认证包括从请求或要求认证的用户收集生物测定数据,以及比较该数据与所存储的耳纹。如果数据匹配(即,达到可接受的程度),则对用户进行认证且授权用户访问某些受限操作或受限设备等。如果数据不匹配(即,达到可接受的程度),则不会对用户进行认证,也不会授权用户访问受限操作。
基于用户耳朵的声学响应的生物测定认证系统面临的一个问题是授权用户的响应会随时间变化。例如,随着用户年龄增长和耳道形状的变化,声学响应长期可能会变化,或者随着耳垢的增加,声学响应短期可能会变化。因此,授权用户的声学响应在认证时和登记时可能不同。如果响应变化足够大,则即使他们已被授权且应该已经被认证,认证系统也可能拒绝该用户,这个问题被称为“错误拒绝”。
发明内容
本公开内容的实施方案通过在成功认证用户之后用所获取的耳朵模型数据更新或丰富所存储的用于用户的耳朵模型来解决该问题和其他问题。因此,所存储的耳朵模型可以随着时间而被更新(或丰富),从而考虑用户耳朵的声学响应的变化。
上文所提及的成功认证可以是通过耳朵生物测定系统进行的成功认证。因此,可以通过耳朵生物测定系统对用户进行成功地认证。在认证之后,可以用新的耳朵模型数据来更新所存储的耳朵模型,所述新的耳朵模型数据诸如是作为认证处理的一部分所获取的数据或者随后(即,在认证之后)所获取的数据。在后一种情况下,仅在确定用于捕获耳朵模型数据的设备(例如,诸如上面所描述的个人音频设备的个人音频设备)自认证之后未从用户耳朵移除时,才可以更新所存储的耳朵模型,即防止用户将设备传递给另一人以试图更改所存储的模型且破坏认证系统。
替代地,上文所提及的成功认证可以利用不同的认证机制(该认证机制可以是生物测定的或不是生物测定的)。例如,授权用户可能会经历耳朵生物测定系统拒绝(即,错误拒绝),但随后会使用替代机制来成功地认证他或她的身份。在这种情况下,在不成功的耳朵生物测定认证尝试期间(即,在用户被成功认证之前)所获取的耳朵模型数据可以被用于更新所存储的耳朵模型。
耳朵生物测定系统可使得其特别适合于这样的新耳朵模型数据的获取以及所存储的模型的更新。例如,可以以用户听不见的频率生成声学刺激,使得用户未意识到该处理正在发生。可在用户不知晓的情况下定期地、连续地或根据某一其他时间表来获取新的耳朵模型数据。因此,不需要用户干预,且所存储的模型可以保持随时更新。
在另外的实施方案中,提供了一种生物测定认证系统中的方法,该方法用于基于所获取的语音模型数据与所存储的语音模型的比较来认证用户。该方法包括从输入音频信号获取语音模型数据,所述输入音频信号包括来自用户的话语输入;以及,在成功认证用户之后(例如,基于耳朵生物测定算法),使用所获取的语音模型数据来自动地更新所存储的用于用户的语音模型。
在另一方面,提供了一种用于执行一个或多个生物测定处理的装置,包括:输入,用于接收用户的语音模型数据;以及,更新模块,被配置为在成功认证用户之后利用所接收的语音模型数据来自动地更新所存储的用于该用户的语音模型。
附图说明
为了更好地理解本公开内容的实施例,且更清楚地示出如何实施这些实施例,现将仅通过实施例的方式参考下列附图,在附图中:
图1a-1e示出了个人音频设备的多个实施例;
图2示出了根据本公开内容的多个实施方案的装置;
图3示出了根据本公开内容的多个实施方案的系统;
图4是根据本公开内容的多个实施方案的方法的流程图;以及
图5是根据本公开内容的另一些实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
如上文所述,可以通过生成声学刺激以及检测耳朵对该声学刺激的声学响应来获取耳朵生物测定数据。可以从响应信号中提取一个或多个特征,且将其用于表征个体。
可以使用个人音频设备来生成声学刺激且测量响应。如本文使用的,术语“个人音频设备”是适合于或可配置为大体上仅向单个用户提供音频回放的任何电子设备。在图1a至图1e中示出了合适的个人音频设备的一些实施例。
图1a示出了用户耳朵的一个示意图,用户耳朵包括(外部)耳廓或外耳12a和(内部)耳道12b。用户将包括环耳式耳机的个人音频设备20戴在耳朵上。耳机包括外壳,该外壳大体上围绕且包围外耳12a,从而在用户耳朵与外部环境之间提供物理屏障。可以在外壳的边缘处设置缓冲或衬垫,以增加用户的舒适度,且还增加了耳机与用户皮肤之间的声学耦合(即,在外部环境与用户耳朵之间提供更有效的屏障)。
耳机包括一个或多个扬声器22,扬声器22位于耳机的内表面上,且被布置成朝向用户耳朵尤其是耳道12b产生声学信号。耳机还包括一个或多个麦克风24,麦克风24也位于耳机的内表面上,被布置成检测由耳机、外耳12a和耳道12b所限定的内部容积内的声学信号。
耳机可能能够执行有源噪声消除,以减少耳机用户所遭受的噪声量。通过检测噪声(即,使用麦克风)且生成与噪声信号幅度相同但相位相反的信号(即,使用扬声器)来进行有源噪声消除。因此,所生成的信号对噪声产生破坏性干扰,从而减轻了用户所遭受的噪声。有源噪声消除可以基于反馈信号、前馈信号或二者的组合来进行。前馈有源噪声消除利用耳机外表面上的一个或多个麦克风,可在环境噪声到达用户耳朵之前对环境噪声进行检测。所检测的噪声被快速处理,且生成消除信号,以便在传入噪声到达用户耳朵时匹配该噪声。反馈有源噪声消除利用位于耳机内表面上的一个或多个误差麦克风,操作以检测噪声和由一个或多个扬声器所生成的音频回放信号的组合。此组合与音频回放信号的知识一起用于反馈环路中,以调整扬声器所生成的消除信号,从而降低噪声。因此,图1a中所示的麦克风24可以构成有源噪声消除系统的一部分,例如作为误差麦克风。
图1b示出了替代的个人音频设备30,包括贴耳式耳机。贴耳式耳机不环绕或包围用户耳朵,而是位于外耳12a上。耳机可以包括垫子或衬垫以减轻环境噪声的影响。如同图1a所示的环耳式耳机一样,贴耳式耳机包括一个或多个扬声器32和一个或多个麦克风34。扬声器32和麦克风34可以构成有源噪声消除系统的一部分,其中麦克风34用作误差麦克风。
图1c示出了另一替代的个人音频设备40,包括外耳内耳机(intra-conchaheadphone)(或耳塞)。在使用中,外耳内耳机位于用户的外耳腔内。外耳内耳机可以松动地适配在腔内,从而允许空气流入和流出用户的耳道12b。
与图1a和1b所示的设备一样,外耳内耳机包括一个或多个扬声器42和一个或多个麦克风44,它们可以构成有源噪声消除系统的一部分。
图1d示出了另一替代的个人音频设备50,包括入耳式耳机(或耳塞)、插入式耳机或受话器。该耳机被配置为部分地或全部地插入耳道12b内,且可以在耳道12b与外部环境之间提供相对紧密的密封(即,它可以在声学上封闭或密封)。该耳机可以包括一个或多个扬声器52和一个或多个麦克风54,与上述其他设备一样,这些部件可以构成有源噪声消除系统的一部分。
由于入耳式耳机可以在耳道12b周围提供相对紧密的声学密封,因此由麦克风54所检测的外部噪声(即,来自外部环境)可能地很小。
图1e示出了另一替代的个人音频设备60,其是移动或蜂窝电话或手机。手机60包括:一个或多个扬声器62,用于向用户回放音频;以及一个或多个类似定位的麦克风64。
在使用中,手机60被保持靠近用户耳朵,以便提供音频回放(例如,在通话期间)。尽管在手机60和用户耳朵之间没有实现紧密的声学密封,但是手机60通常保持足够近,使得经由一个或多个扬声器62施加至耳朵的声学刺激生成来自耳朵的响应,该响应可被一个或多个麦克风64检测到。与其他设备一样,扬声器62和麦克风64可构成有源噪声消除系统的一部分。
因此,上述所有个人音频设备在使用中大体上向单个用户提供音频回放。每个设备包括一个或多个扬声器和一个或多个麦克风,它们可用于生成与用户耳朵的频率响应有关的生物测定数据。扬声器可操作以朝向用户耳朵生成声学刺激或声探测波,而麦克风可操作以检测和测量用户耳朵对声学刺激的响应,例如,测量从耳道或耳廓所反射的声波。声学刺激可以是声音的(例如,在如20Hz至20kHz的音频范围内)或超声的(例如,大于20kHz或在20kHz至50kHz的范围内)或接近超声的(例如,在15kHz至25kHz的范围内)。在一些实施例中,可以处理麦克风信号,以测量频率与发送的频率相同的接收信号。
另一生物测定标记可以包括耳蜗响应于声学刺激波形而发出的耳声噪声。耳声响应可以包括输入波形中频率的混合。例如,如果输入声学刺激由频率为f1和f2的两个音调组成,则耳声发射可包括频率为2*f1-f2的分量。已经显示,发射波形的频率分量的相对功率是有用的生物测定指示符。因此,在一些实施例中,声学刺激可以包括两个或更多个频率的音调,且可以测量由来自耳蜗的耳声发射所生成的整数倍频率的和或差的混合乘积的幅度。替代地,可以通过使用包括快速瞬变的刺激波形来刺激和测量耳声发射,所述快速瞬变例如是滴答声。
取决于个人音频设备的构造和用途,经测量的响应可以包括与外耳12a、耳道12b或外耳12a和耳道12b的组合有关的用户特定的分量,即生物测定数据。例如,图1a中所示的环耳式耳机通常将获取与外耳12a以及可能还与耳道12b相关的数据。图1d所示的插入式耳机通常将仅获取与耳道12b有关的数据。
上述一个或多个个人音频设备(或这些设备中的麦克风)可操作以检测来自用户的骨传导语音信号。也就是说,随着用户的讲话,声音通过空气从用户的口部中发出。但是,声学振动还将通过用户的骨骼或头骨的一部分(例如,颌骨)传播。这些声学振动可以通过颌骨或用户的骨骼或头骨的某一其他部分而被耦合至耳道12b,且被麦克风检测到。相比于较高频率的声音,频率较低的声音趋向于经历更强的耦合,且浊话音(即,在声带振动时所生成的话音或那些音素)通过骨骼传导的耦合比清话音(即,在声带没有振动时所生成的话音或那些音素)强。由于耳道12b周围的声学耦合紧密,因此入耳式耳机50可能特别适合于检测骨传导话音。
图1a至1e中示出且如上所述的所有设备可以用于实施本公开内容的多个方面。
图2示出了根据本公开内容的实施方案的装置200。装置200包括个人音频设备202和生物测定系统204。个人音频设备202可以是适合于或配置为大体上向单个用户提供音频回放的任何设备。个人音频设备202通常包括一个或多个扬声器和一个或多个麦克风,在使用中,所述扬声器和麦克风位于用户耳朵附近或内部。个人音频设备202可以是可佩戴的,且包括用于用户每个耳朵的耳机。替代地,个人音频设备202可以可操作地由用户携带,且在使用期间被保持邻近用户的一个或两个耳朵。如同以上关于图1a至图1e中的任何一个所描述的,个人音频设备202可以包括耳机或移动电话手机。
生物测定系统204被耦合至个人音频设备202,且可操作以控制个人音频设备202,从而获取指示使用个人音频设备202的个体的生物测定数据。
因此,个人音频设备202生成用于施加至用户耳朵的声学刺激,且检测或测量耳朵对声学刺激的响应。例如,声学刺激可以在声音范围内,或在超声范围内。在一些实施方案中,声学刺激可以具有平坦的频谱,或者可以进行预处理,以强调那些可以对个体进行良好区分的频率(即,振幅比其他频率高)。经测量的响应对应于在一个或多个麦克风处所接收的反射信号,由于用户耳朵的特定响应,某些频率比其他频率以更高的幅度反射。
生物测定系统204可以将适当的控制信号发送至个人音频设备202,以便发起生物测定数据的获取,且从个人音频设备202接收与经测量的响应相应的数据。生物识别系统204可操作以从经测量的响应提取一个或多个特征,且将那些特征用作生物测定处理的一部分。
合适的生物测定处理的一些实施例包括生物测定登记和生物测定认证。登记包括作为个体特性的生物测定数据的获取和存储。在当前情况下,这种所存储的数据可以称为“耳纹”。认证包括从个体获取生物测定数据,且将该数据与所存储的一个或多个已登记或授权用户的耳纹进行比较。肯定比较(即,确定所获取的数据与所存储的耳纹相匹配或足够接近)使得该个体被认证。例如,可以允许该个体执行受限动作,或被授予访问受限区域或设备的权限。否定比较(即,确定所获取的数据与所存储的耳纹不匹配或不是足够接近)使得该个体未被认证。例如,可能不允许该个体执行受限操作,或不被授予访问受限区域或设备的权限。
在一些实施方案中,生物测定系统204可以形成个人音频设备202本身的一部分。替代地,生物测定系统204可以形成通过有线或无线方式与个人音频设备耦合的电子主机设备(例如,音频播放器)的一部分。在另一些实施方案中,生物测定系统204的操作可以分布在个人音频设备202中的电路与电子主机设备之间。
如上所述,根据本公开内容的实施方案,个人音频设备202被用于从用户获得耳朵模型数据,且生物测定系统204可操作以用所获得的耳朵模型数据为用户更新所存储的耳朵模型。
图3示出了根据本公开内容的实施方案的系统300。
系统300包括处理电路322,处理电路322可以包括一个或多个处理器,例如,中央处理单元或应用处理器(AP)或数字信号处理器(DSP)。一个或多个处理器可以基于存储在存储器324中的数据和程序指令来执行本文所述的方法。存储器324可以被设置为单个部件或多个部件或者与处理电路322中的至少一些共同集成。具体地,可以通过执行以非瞬态形式存储在存储器324中的指令来在处理电路322中执行本文描述的方法,其中在制造系统300或个人音频设备202期间存储程序指令或在使用系统或设备时通过上传来存储程序指令。
处理电路322包括刺激生成器模块303,刺激生成器模块303直接地或间接地被耦合至放大器304,放大器304转而被耦合至扬声器306。
刺激生成器模块303生成电音频信号,且将电音频信号提供至放大器304,该放大器304将电音频信号放大且将经放大的信号提供至扬声器306。扬声器306生成相应的声学信号,该声学信号被输出至用户的一个或两个耳朵。音频信号例如可以是声音的或超声的。音频信号可以具有平坦的频谱,或者可以进行预处理,以强调那些可以对个体进行良好区分的频率(即,振幅比其他频率高)。
如上所述,音频信号可以被输出至用户耳朵的全部或一部分(即,耳廓12a或耳道12b)。音频信号从耳朵反射,且反射信号(或回声信号)被麦克风308检测和接收。因此,反射信号包括作为个体耳朵的特性且适合用作生物测定的数据。
反射信号从麦克风308传递至模数转换器(ADC)310,在模/数转换器(ADC)中,反射信号从模拟域转换至数字域。当然,在替代实施方案中,麦克风可以是数字麦克风且产生数字数据信号(因此不需要转换至数字域)。
麦克风308在时域中检测到该信号。但是,出于生物测定处理目的而提取的特征可能在频域中(因为用户耳朵的频率响应是特性)。因此,系统300包括傅里叶变换模块312,将反射信号转换为频域。例如,傅里叶变换模块312可以实现快速傅里叶变换(FFT)。
然后,经变换的信号被传递至特征提取模块314,特征提取模块314提取经变换的信号的一个或多个特征,以用于生物测定处理(例如,生物测定登记、生物测定认证等)。例如,特征提取模块314可以提取用户耳朵的共振频率。例如,特征提取模块314可以提取一个或多个梅尔频率倒谱系数。替代地,特征提取模块可以确定用户耳朵在一个或多个预定频率处或在一个或多个频率范围内的频率响应。所提取的特征可以对应于耳朵模型的数据。
所提取的特征被传递至生物测定模块316,生物测定模块316对所提取的特征执行生物测定处理。例如,生物测定模块316可以执行生物测定登记,其中所提取的特征(或从所提取的特征导出的参数)被存储为作为个体特性的生物测定数据318的一部分。生物测定数据318可以存储在系统内或远离系统(且可以由生物测定模块316安全地访问)存储。这样存储的数据318可以被称为“耳纹”。在另一实施例中,生物测定模块316可以执行生物测定认证,且将一个或多个所提取的特征与所存储的用于授权用户的耳纹318(或多个所存储的耳纹)中的对应特征进行比较。
生物测定模块316可以生成生物测定结果(可以是耳纹生成成功或不成功,以及认证成功或认证不成功),且将结果输出至控制模块302。
在一些实施方案中,刺激波形可以是预定频率和幅度的音调。在其他实施方案中,刺激生成器可以被配置为将音乐施加至扬声器,例如,正常回放操作,且特征提取模块可以被配置为从刺激波形所包含的任何信号分量提取响应或传递函数。
因此,在一些实施方案中,特征提取模块314可以被设计为具有对刺激的性质的预知,例如知晓所施加的刺激信号的频谱,从而可以对响应或传递函数进行适当地归一化。在其他实施方案中,特征提取模块314可以包括第二输入以监视刺激(例如,回放音乐),且因此向特征提取模块提供关于刺激信号或其频谱的信息,使得特征提取模块314可以计算从刺激波形刺激至所接收的声波波形的传递函数,从传递函数中可以导出所需的特征参数。在后一种情况下,刺激信号还可以经由FFT模块312传递到特征提取模块314。
系统300还包括认证模块320,在所例示的实施方案中,认证模块320被耦合至控制模块302。例如,在其他实施方案中,认证模块320可以被耦合至生物测定模块316。除了在生物测定模块316中执行的耳朵生物测定认证之外,认证模块320还包括一种或多种其他认证机制,用于将用户认证为授权用户。
例如,认证模块320可以包括语音生物测定认证模块,该语音生物测定认证模块被配置为对由用户所提供且在麦克风308处所接收的或专门为捕获用户语音而设置的不同麦克风(即,语音麦克风)处所接收的语音信号执行语音生物测定算法。如果所捕获的语音与所存储的语音模型(即,所存储的声纹)匹配的程度可接受,则可以将用户认证为授权用户。
如上所述,麦克风308可操作以检测骨传导的语音信号。因此,可以对包括语音信号的音频信号执行语音生物测定算法,该语音信号已经经由用户的骨骼或头骨的一部分(例如,颌骨)传导。替代地或附加地,可以对如下音频信号执行语音生物测定算法,该音频信号包括尚未经由用户的骨骼传导的经空气传导的语音信号(且例如可以由语音麦克风检测到)。
语音生物测定算法还可包括检查骨传导语音信号(即,在麦克风308中检测到)和空气传导语音信号(即,在语音麦克风中检测到)匹配到可接受的程度,即对应。这将提供指示,即该个人音频设备(即,包括麦克风308的个人音频设备)正被向语音麦克风中说话的同一用户佩戴。
例如,认证模块320可以包括输入输出机制,用于基于用户输入的且与授权用户相关联的通行码(passphrase)、密码或个人识别号码来接受和授权用户。输入输出机制可以基于通行码、密码或个人识别号码向用户提出问题,此问题的答案不能揭示整个通行码、密码或个人识别号码。例如,问题可能与通行码、密码或个人识别号码的特定字符或数字有关(例如,“密码的第三个字符是什么?”)。问题可能需要对个人识别号码或其一部分进行数学运算(例如,“个人识别号码的第一位数字加三是多少?”)。输入输出机制可以可听地(例如,通过扬声器306上的回放)输出问题,使得只有用户才能听到问题。此外,输入输出机制可以提供可听见的答案输入(例如,通过麦克风308或某一另外的麦克风,例如语音麦克风),或通过一些其他输入机制,例如触摸屏、按键、键盘等。
根据本公开内容的实施方案,系统300可操作为在成功地将用户认证为授权用户之后为该授权用户更新所存储的耳纹318(即,所存储的耳朵模型)。这样的更新可以包括丰富所存储的耳纹318或由丰富所存储的耳纹318组成。
因此,用户通过生物测定模块316(即,通过获取耳朵模型数据——生成朝用户耳朵的声学刺激、检测响应以及从该响应中提取一个或多个特征)和为用户所存储的耳纹318进行登记。
用户稍后可以经由系统300寻求认证,且因此如上所述为此目的另外获取耳朵模型数据。如果认证成功,则生物测定模块316可以将肯定的认证消息返回至控制模块302,且基于所获取的耳朵模型数据来为用户更新所存储的耳纹318(因为所获取的耳朵模型数据不太可能准确地匹配所存储的耳朵模型)。
如果认证不成功,则生物测定模块316可以将否定的认证消息返回至控制模块302。然而,系统300包括一个或多个另外的认证机制320。如果随后通过这些机制中的一个或多个机制成功地认证了用户,则控制模块302可以向生物识别模块316发出指令,以通过作为不成功的耳朵生物测定认证尝试的一部分所获取的数据为用户更新所存储的耳朵模型318。
附加地或替代地,为用户更新所存储的耳朵模型318可以基于仅出于该目的而获取的耳朵模型数据(即,而不是作为成功或失败的认证尝试的一部分)。一旦被成功认证,控制模块302就可以控制系统300以在用户知晓或用户不知晓的情况下利用扬声器306和麦克风308来获取另外的耳朵模型数据。此类数据的获取可以是周期性的、连续的、以限定的时间表进行或根据对一个或多个限定事件的检测。扬声器306所生成的声学刺激对于用户来说可能是听不见的,因此,可以在用户不不知晓的情况下获取额外的耳朵模型数据。
为用户更新所存储的耳朵模型318可能进一步受到入耳(或耳上)检测机制的影响,该机制检测个人音频设备(即,至少扬声器306和麦克风308)是否被用户积极佩戴(且在相关期间和/或整个相关时期保持佩戴)。多种机制都适合于此目的。例如,可以分析由麦克风308所检测的信号,以确定其是否具有小容积(即,耳道内部和/或耳机外壳内的容积)的特性。例如,个人音频设备中的光学机制可以检测光的存在,因此得出结论:个人音频设备已经从用户的头部移除。例如,个人音频设备中的加速度计可以检测与用户头部的运动不一致的运动。
仅在确定个人音频设备在成功认证(通过任何机制)与获取耳朵模型数据之间未从用户头部移除的情况下,才可以执行所存储的耳朵模型318的更新。因此,如果在成功认证之后检测到从用户头部移除了个人音频设备,则可以不更新所存储的耳朵模型318,或者可以不获取附加的耳朵模型数据。
可以以固定或动态可调整的速率来更新所存储的耳朵模型318。例如,在其他实施方案中,新数据由可以动态配置的系数α加权。例如,可以基于从响应信号或生物测定数据所导出的一个或多个质量度量来配置α。
为此,系统300可以包括质量测量模块326,该质量测量模块326在一个或多个位置中被耦合至信号处理链,且可操作以接收以下各项中的一项或多项的输出:麦克风308;ADC310;傅里叶变换模块312;和特征提取模块314。因此,质量度量可以与时域、频域或所提取的特征中的信号有关。
一个或多个质量度量可以包括以下的一项或多项:信噪比;以及削波在信号中的存在;一个或多个频谱参数(例如,频谱峰值、频谱平坦度、频谱倾斜度等);每个频率区间的能量;所提取的特征的分布的统计测量等。
所计算的质量度量可以被输出至生物度量模块316,生物度量模块316然后可以基于质量度量来确定待给予新数据的权重。因此,如果生物测定数据的质量低(例如,低于某个阈值)或基于质量度量(例如,根据决策模块)确定生物测定数据无效,则可以调整加权系数(即,减小),以减小新数据对所存储的模型318的影响。在一些实施方案中,可以调整权重,使得新数据完全不用于更新所存储的模型318(即,权重为零)。
图4是根据本公开内容的实施方案的方法的流程图。
在步骤400中,生物测定系统获取耳朵模型数据。例如,生物测定系统可以从个人音频设备(该个人音频设备生成用于施加至用户耳朵的声学刺激)获取耳朵模型数据,且从经测量的对该声学刺激的响应(例如,如用个人音频设备中的麦克风检测到)提取一个或多个特征。
在步骤402,确定是否进行了成功认证。例如,系统可以通过与一个或多个授权用户的一个或多个所存储的耳朵模型进行比较,基于在步骤400中所获取的耳朵模型数据来尝试认证用户。
如果认证尝试不成功,则该方法可以进行至步骤404,在步骤404中实施一种或多种其他认证技术。
例如,用户的语音可能要经过语音生物测定算法,或者可能要求用户输入全部或部分密码、通行码或个人识别号码。
该方法返回至步骤402,在步骤402中,确定用户的认证是否已经成功(即,该用户已被识别为授权用户)。如果认证再次失败,则可能拒绝用户访问他或她尝试访问的任何受限制的操作或设备。
然而,如果认证成功(最初基于步骤400中所获取的耳朵模型数据,或者随后基于步骤404中的一种或多种其他机制),则该方法行进至可选步骤406,在可选步骤406进一步获取耳朵模型数据。因此,可以从个人音频设备(该个人音频设备生成用于施加至用户耳朵的声学刺激)以及从经测量的对该声学刺激的响应(例如,用个人音频设备中的麦克风检测到)所提取的一个或多个特征来获取耳朵模型数据。
在步骤408,使用在步骤400中、在步骤406中或在步骤400和步骤406这二者中所获取的耳朵模型数据来更新所存储的用于授权用户的耳朵模型。例如,可以按如下方式更新所存储的耳朵模型的参数:
μ新=αμ存储+(1-α)μ计算
其中α是0到1之间的系数,μ新是新的(即,经更新的)所存储的耳朵模型,μ存储是旧的(即,先前的)所存储的耳朵模型参数,μ计算是新获取的耳朵模型数据参数。因此,新的耳朵模型基于先前的耳朵模型和新获取的耳朵模型数据的组合。当然,可以使用替代表达式来实现几乎相同的效果。可以根据需要设置系数α的值,以实现所存储的耳朵模型的期望变化率。例如,可能期望耳朵模型相对缓慢地改变,以使得系统难以失灵,因此可以将α设置为接近1的值(例如,0.95或更高)。
在其他实施方案中,可以动态地配置α。例如,可以基于从在步骤400中获取的经测量的响应信号或生物测定数据所导出的一个或多个质量度量来配置α。质量度量可以与时域、频域或所提取的特征中的信号有关。
一个或多个质量度量可以包括以下一项或多项:信噪比;信号中削波的存在;一个或多个频谱参数(例如,频谱峰值、频谱平坦度、频谱倾斜度等);每个频率区间的能量等。因此,如果生物特征数据的质量低(例如,低于某个阈值)或基于质量度量(例如,根据决策模块)确定生物测定数据无效,则可以相应地调整(即,减小)加权系数α,以减小新数据对所存储的模型的影响。
因此,本公开内容提供了用于更新所存储的耳朵模型以在耳朵生物测定认证系统中使用的方法、装置和系统。
在一些实施方案中,可以通过除耳朵生物测定认证(例如,语音生物测定认证)之外的替代机制在成功认证之后更新或丰富所存储的耳朵模型。在替代实施方案中,本公开内容提供用于在经由耳朵生物测定系统成功认证之后更新所存储的语音模型(或声纹)的方法、装置和系统。
图5是根据这样的替代实施方案的方法的流程图。
在步骤500中,生物测定系统获取语音模型数据。例如,用户可以提供话语输入(例如,预定的密码或短语或自由话音),该语音输入经过处理,从而提取一个或多个生物特征(例如,如用个人音频设备中的麦克风所检测到的)。
在步骤502,确定是否成功进行了认证。例如,系统可以经由与一个或多个授权用户的一个或多个所存储的语音模型进行比较,基于在步骤500中所获取的语音模型数据来尝试认证用户。
如果认证尝试不成功,则该方法可以进行至步骤504,在步骤504中,实施一种或多种另外的认证技术。
例如,一种或多种另外的认证技术可以包括耳朵生物测定算法(例如,如上所述),其中可以从个人音频设备(该个人音频设备生成声学刺激以施加至用户耳朵)以及从经测量的对该声学刺激的响应所提取的一个或多个特征(例如,用个人音频设备中的麦克风检测到的)获取耳朵模型数据。替代地或附加地,可能要求用户输入密码、通行码或个人识别号码的全部或部分。
该方法返回至步骤502,在该步骤中,确定用户的认证是否成功(即,该用户已被识别为授权用户)。如果认证再次失败,则可拒绝用户访问他或她试图访问的任何受限制的操作或设备。
但是,如果认证成功(最初基于在步骤500中所获取的语音模型数据,或者随后基于在步骤504中的一个或多个另外的机制),则该方法行进至可选步骤506,在步骤506中获取另外的语音模型数据。例如,可能要求用户提供另一话语输入(例如,重复密码或通行码)。
在步骤508中,使用在步骤500中、在步骤506中或在步骤500和步骤506这二者中所获取的语音模型数据来更新所存储的用于授权用户的语音模型。例如,可以如下更新存储的语音模型的参数:
μ新=αμ存储+(1-α)μ计算
其中α是0到1之间的系数,μ新是新的(即,更新的)所存储的语音模型,μ存储是旧的(即,先前的)所存储的语音模型参数,μ计算是新获取的语音模型数据参数。因此,新的语音模型基于先前的语音模型和新获取的语音模型数据的组合。当然,可以使用替代表达式来实现几乎相同的效果。可以根据需要设置系数α的值,以实现所存储的语音模型的期望变化率。例如,可能期望语音模型相对缓慢地改变,以使得系统难以失灵,因此可以将α设置为接近1的值(例如,0.95或更高)。
在另外的实施方案中,可以动态地配置α。例如,可以基于从在步骤500或步骤506中获取的经测量的响应信号或生物测定数据所导出的一个或多个质量度量来配置α。质量度量可以与时域、频域或所提取的特征中的信号有关。
一个或多个质量度量可以包括以下一项或多项:信噪比;信号中削波的存在;一个或多个频谱参数(例如,频谱峰值、频谱平坦度、频谱倾斜度等);每个频率区间的能量等。因此,如果生物测定数据的质量低(例如,低于某个阈值)或基于质量度量(例如,根据决策模块)确定生物测定数据无效,则可以相应地调整(即,减小)加权系数α,以减小新数据对存储的模型的影响。
因此,本公开内容附加地提供了用于更新所存储的语音模型以在语音生物测定认证系统中使用的方法、装置和系统。
多个实施方案可以在诸如智能电话、音频播放器、移动电话或蜂窝电话、手机的电子、便携式和/或电池供电的主机设备中实施。多个实施方案可以在这样的主机设备内所设置的一个或多个集成电路上实施。多个实施方案可以在可配置为向单个人提供音频回放的个人音频设备(例如,智能电话、移动电话或蜂窝电话、耳机、耳塞等)中实施。参见图1a至1e。同样,多个实施方案可以在这样的个人音频设备内所设置的一个或多个集成电路上实现。在另外的替代方案中,多个实施方案可以在主机设备和个人音频设备的组合中实施。例如,多个实施方案可以在个人音频设备内所设置的一个或多个集成电路中以及在主机设备内所设置的一个或多个集成电路中实现。
应理解,尤其是受益于本公开内容的本领域普通技术人员应理解,本文所描述的多种操作,特别是结合附图所描述的多种操作,可以由其他电路或其他硬件部件来实施。可以改变执行给定方法的每个操作的顺序,且可以对本文中所例示的系统的多种元素进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。本公开内容旨在包含所有这样的修改和改变,因此以上描述应被认为是例示性的而非限制性的。
类似地,尽管本公开内容参考特定实施方案,但是在不脱离本公开内容的范围和覆盖本公开内容的情况下,可以对这些实施方案做出某些修改和改变。此外,本文针对特定实施方案所描述的任何益处、优点或问题的解决方案均不旨在被解释为关键的、必需的或必要的特征或要素。
同样地,受益于本公开内容的另外的实施方案和实施方式对于本领域普通技术人员将是显而易见的,且这样的实施方案应被认为包含在本文中。此外,本领域普通技术人员将认识到,可以代替所讨论的实施方案或结合所讨论的实施方案来应用多种等同技术,且所有这样的等同方式应被认为是本公开内容所涵盖的。
技术人员将认识到,上述装置和方法的某些方面,例如发现和配置方法,可以被实施为处理器控制代码,例如在诸如磁盘、CD-ROM或DVD-ROM的非易失性载体介质上、在已编程的存储器(例如,只读存储器(固件))上或在数据载体(例如,光信号载体或电信号载体)上。对于许多应用,本发明的实施方案将在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上实施。因此,该代码可以包括常规程序代码或微代码,或者例如包括用于设置或控制ASIC或FPGA的代码。该代码还可以包括用于动态配置诸如可重新编程逻辑门阵列的可重新配置设备的代码。类似地,该代码可以包括用于诸如VerilogTM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言)的硬件描述语言的代码。如本领域技术人员将理解的,代码可以在彼此通信的多个耦合部件之间分布。在适当的情况下,还可以使用在现场(可重新编程)模拟阵列或类似设备上运行的代码来实施多个实施方案,以便配置模拟硬件。
注意,如本文中所使用的,术语模块应被用于指代如下功能单元或块,所述功能单元或块可以至少部分地由诸如自定义电路的专用硬件组件来实施和/或至少部分地由一个或多个软件处理器或由在适当的通用处理器等上运行的适当代码来实施。模块本身可以包括另外模块或功能单元。一个模块可以由多个部件或子模块提供,这些部件或子模块不需要位于同一位置,且可以被设置在不同的集成电路上和/或在不同的处理器上运行。
应注意,上述实施方案例示而非限制本发明,且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求或实施方案的范围的情况下设计许多替代实施方案。单词“包括”不排除权利要求或实施方案中所列举的元件或步骤之外的元件或步骤的存在,“一”或“一个”不排除多个,且单个特征或其他单元可以实现权利要求或实施方案中记载的若干单元的多个功能。权利要求或实施方案中的任何附图标记或标签均不应被解释为限制其范围。
Claims (24)
1.一种生物测定认证系统中的方法,该生物测定认证系统用于基于从经测量的对施加至用户耳朵的声学刺激的响应所导出的耳朵模型与所存储的用于用户的耳朵模型的比较来认证该用户,该方法包括:
在成功认证用户之后:
获取用户耳朵的耳朵模型数据;以及
用所获取的耳朵模型数据来自动地更新所存储的用于用户的耳朵模型;
其中更新包括将所获取的耳朵模型数据与所存储的用于用户的耳朵模型进行组合;
其中根据所获取的耳朵模型数据的一个或多个质量度量对所获取的耳朵模型数据进行加权,以与所存储的用于用户的耳朵模型进行组合。
2.根据权利要求1所述的方法,其中用户耳朵的耳朵模型数据是周期性地或连续地获取的。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中用户耳朵的耳朵模型数据是利用个人音频设备获取的,所述个人音频设备用于生成声学刺激且检测经测量的响应。
4.根据权利要求3所述的方法,其中在将所述个人音频设备插入所述用户耳朵中时,或者在将所述个人音频设备邻近所述用户耳朵放置时,获取所述用户耳朵的耳朵模型数据。
5.根据权利要求3所述的方法,其中获取耳朵模型数据的步骤响应于确定所述个人音频设备尚未从用户耳朵移除。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中成功认证包括利用所述生物测定认证系统的成功认证。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中成功认证包括经由不同于所述生物测定认证系统的替代机制的成功认证。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述替代机制包括以下中的一项或多项:个人识别号码认证;密码或通行码认证;语音认证。
9.根据权利要求8所述的方法,其中语音认证包括以下中的一项或多项的认证:空气传导语音信号和骨传导语音信号。
10.根据权利要求9所述的方法,其中成功认证包括确定所述空气传导语音信号和所述骨传导语音信号相对应。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其中获取耳朵模型数据的步骤包括:
启动施加至用户耳朵的声学刺激的生成;以及
从经测量的用户耳朵对声学刺激的响应提取一个或多个特征作为耳朵模型数据。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述响应是通过个人音频设备的麦克风来测量的,且其中所述麦克风还能够作为有源噪声消除系统的一部分来操作。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述麦克风能操作为用于所述有源噪声消除系统的误差麦克风。
14.根据权利要求11所述的方法,其中所述声学刺激包括音频回放信号。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述音频回放信号包括音乐。
16.根据权利要求11所述的方法,其中基于所述声学刺激从经测量的响应提取所述一个或多个特征。
17.一种生物测定认证系统中的方法,包括:
在利用认证系统成功认证用户之后:
获取用户耳朵的耳朵模型数据;以及
利用所获取的耳朵模型数据来自动地更新所存储的用于用户的耳朵模型;
其中更新包括将所获取的耳朵模型数据与所存储的用于用户的耳朵模型进行组合;
其中根据所获取的耳朵模型数据的一个或多个质量度量对所获取的耳朵模型数据进行加权,以与所存储的用于用户的耳朵模型进行组合。
18.一种对用户耳朵执行一个或多个生物测定处理的装置,包括:
输入,用于在成功认证用户之后,接收用户耳朵的耳朵模型数据;以及
更新模块,被配置为在成功认证用户之后,利用所接收的耳朵模型数据来自动地更新所存储的用于用户的耳朵模型;
其中更新包括将所获取的耳朵模型数据与所存储的用于用户的耳朵模型进行组合;
其中根据所获取的耳朵模型数据的一个或多个质量度量对所获取的耳朵模型数据进行加权,以与所存储的用于用户的耳朵模型进行组合。
19.根据权利要求18所述的装置,还包括:
生物测定电路,被配置为从经测量的用户耳朵对声学刺激的响应提取一个或多个特征作为所述耳朵模型数据。
20.根据权利要求19所述的装置,其中所述生物测定电路被配置为基于所述声学刺激从经测量的响应提取一个或多个特征。
21.一种电子装置,包括处理电路和存储指令的非暂时性机器可读介质,所述指令在由所述处理电路执行时使所述电子装置实施根据权利要求1至17中的任一项所述的方法。
22.根据权利要求21所述的电子装置,其中所述电子装置包括个人音频设备或电子主机设备。
23.根据权利要求21所述的电子装置,其中所述电子装置包括智能电话、音频播放器、耳机、耳塞、移动电话或蜂窝电话中的至少一个。
24.一种非暂时性机器可读介质,该非暂时性机器可读介质存储指令,该指令在由处理电路执行时使电子装置实施根据权利要求1至17中的任一项所述的方法。
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