DE1547032A1

DE1547032A1 - Einrichtung zum Identifizieren einer Person

Info

Publication number: DE1547032A1
Application number: DE19671547032
Authority: DE
Inventors: French Walter Kennedy
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-05-02
Filing date: 1967-04-29
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1179029A; US3466394A; JPS458243B1

Description

Neue Aiiiiiti^uu^y^^rlagen

IBM Deutschland internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 24. Februar 1969 bi-kr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: P 15 47 032. 3

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket 15 270

Einrichtung zum Identifizieren einer Person

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Identifizieren einer Person aufgrund ihrer Stimme.

Die Identität von Personen festzustellen ist z. B. erforderlich beim Zutritt zu Sicherheitsbezirken, zu Fertigungs- oder Forschungsstellen oder bei Bankgeschäften. Die Identifizierung geschieht bisher gewöhnlich durch Feststellung der physischen Merkmale mittels einer Photographic oder Beschreibung. Weiter wird die Unterschrift oder Finger abdrücke als ein Identifizierung smerkmal benutzt. Das äußere Aussehen oder die Unterschrift können jedoch täuschen. Die Identifizierung mittels der Fingerabdrücke ist zwar verläßlich, sie kann jedoch nicht überall angewandt werden. Es war bisher nicht möglich, den Vorgang zu automatisieren oder ihn ohne die physische Gegenwart der Person durchzuführen.

Insbesondere für den Gebrauch von Kreditinstituten wird es jedoch wesentlich ein verläßliches und etwa auch per Telefon abwickelbares Verfahren zu haben. Ebenso ist für die Mehrfachbenutzung von Computern über Telefonleitungen die

Neue-Unterlagen ₍*i 7 §, ^ _{2 Nr}., _S3t2 ,__{dea Ändörungsgeg}.

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Identifizierung von Bedeutung, da im Speicher des Computers Daten über Personen oder Gesellschaften enthalten sein können, deren Kenntnis nicht in fremde Hände geraten darf. Ein anderes Beispiel wäre die telefonische Aufgabe großer Bestellungen oder die telefonische Anfrage über Bankkonten.

Sprachliche Identifizierung wurde zwar schon durch den Gebrauch von Losungsworten oder Kennworten geübt, wobei der Nachweis eben in der Kenntnis dieses Wortes und nicht im Erkennen der Stimme einer Person besteht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Stimme einer Person gewisse Charakteristika enthält, die nicht verborgen oder verfälscht werden können und die deshalb ebenso unveränderlich sind wie die Fingerabdrücke.

Es sind Untersuchungen bekannt, die mit Hilfe eines Spektrogramms Ähnlichkeiten der Sprache von Familienmitgliedern betrafen. Eine Automatisierung der Erkennung ist jedoch damit nicht möglich.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Identifizierungseinrichtung für Personen zu schaffen, bei dem die physische Anwesenheit der Person nicht erforderlich ist, bei dem vielmehr die durch Funk oder Leitung übermittelte Sprache der Person ausreichend ist und bei dem eine automatische Identifizierung ermöglicht wird. Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Einrichtung ein geringer Aufwand an Speicherkapazität und Schaltung erforderlich.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Einrichtung zum Identifizieren einer Person auf Grund ihrer Stimme durch Vergleich gespeicherter Merkmale bestimmter Worte mit der gesprochenen Widergabe derselben Worte. Sie ist gekennzeichnet durch ein Schieberegister zur Aufnahme mehrerer Paare von zusammengehörigen Spannungs- und Zeit-Koordinaten stimmhafter Sprachteile in digitaler Form, durch einen Analog-Digital-Wandler und Detektoren, die aus der gesprochenen Wiedergabe nacheinander die entsprechen-

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den Koordinatenwerte bestimmen, durch Vergleicher zur Ermittlung der jeweils kleinsten Differenz zwischen einem Wertepaar der gesprochenen Wiedergabe und allen gespeicherten Wertepaaren, durch Schaltungen zur Mittelwertbildung für eine vorgegebene Zahl von Vergleichsvorgängen und durch einen Vergleicher zum Vergleich des Mittelwertes mit einem Festwert.

Zur Beschleunigung des Auswertevorganges hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Vergleich der gesprochenen Wiedergabe gleichzeitig mit mehreren gespeicherten Wertepaaren vorzunehmen; dies geschieht zunächst in mehreren Addierern, denen die gespeicherten Wertepaare mit negativen Vorzeichen zugeführt werden; zur Erleichterung des nachfolgenden Vergleichs werden die so gebildeten Differenzen quadriert. Weitere Addierer vereinigen dann die quadrierten Differenzen der Spannungs-Koordinaten und der Zeit-Koordinaten, die schließlich von einem Akkumulator zum Vergleich bereitgehalten werden.

Erfindungsgemäß werden weiter die Werte von je zwei Akkumulatoren verglichen und abhängig vom Vergleich einer der Akkumulatorwerte zu einem Summenakkumulator weitergeleitet ; das Vergleichsergebnis veranlaßt außerdem einen Schiebevorgang im Schieberegister für die gespeicherten Wertepaare·

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel wird durch Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Zeit-Spannungs-Diagramm eines Sprachlautes;

Fig. 2A - EC (zusammengesetzt nach der Vorschrift der Fig. 2) zeigen das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Spracherkennung.

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Die menschliche Sprache besteht aus stimmhaften Teilen und Reibelauten, Die Reibelaute treten sporadisch auf und sind deshalb wenig geeignet, die Identität einer Person zu beweisen. Die stimmhaften Teile der Sprache jedoch sind halbperiodisch und enthalten dem Individuum eigene Iribrmationen. Jedesmal wenn ein stimmhafter Laut gebildet wird, bewegen sich die Stimmbänder, die wegen ihres anatomischen Baus besser Stimmfalten genannt werden könnten, zusammen und auseinander, so daß die Öffnung zwischen ihnen sich ändert. Diese Öffnung wird als Stimmritze bezeichnet. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Stimmfalten zusammen und auseinanderbewegen, bestimmt den Grundton des stimmhaften Lautes. Während eines Teils jeder Periode des stimmhaften Lautes, die Grundtonperiode genannt wird, ist die Stimmritze vollständig geschlossen und der Zustrom von Luft aus den Lungen verursacht einen Druckanstieg, der zu dieser Zeit seinen höchsten Wert erreicht. Wenn die Stimmritze sich öffnet, vermindert ein schlagartiger Luftdurchtritt den Druck. Bei jedem solchen Luftdurchtritt beginnt eine neue Grundtonperiode.

Der Luftdurchtritt aus der Stimmritze passiert die Höhlungen der Rachenräume. Der Mensch hat zwar bewußte Kontrolle über seine Stimmhöhe (d. h. über die Geschwindigkeit der Stimmritzenbewegung), er hat jedoch keine Kontrolle über gewisse Eigenheiten der stimmhaften Laute, die von der Resonanz in den Höhlungen der Rachenräume herrühren. Der Vokaltrakt verursacht zudem die Überlagerung gewisser höherer Frequenzkomponenten über die Kurvenform der Grundtonfrequenz. Da alle diese Harmonischen beim öffnen der Stimmritze entstehen, sind die wenigen ersten Spitzen und Täler jeder Periode im wesentlichen nicht von diesen Harmonischen beeinträchtigt. Die späteren Kurven der Impulsperiode enthalten jedoch diese Harmonischen und sind deshalb weniger aussagefähig.

Ein anderes Charakteristikum des stimmhaften Teiles der menschlichen Sprache besteht darin, daß jede Silbe eine große Zahl von Impulsperioden enthält

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(etwa 10 bis 30); nur zwei oder drei davon unterscheiden sich aber wesentlich von den übrigen.

Die verschiedenen beschriebenen Merkmale des stimmhaften Teiles der Sprache können zur Bestimmung der Identität einer Person benutzt werden, die eine bestimmte Gruppe von" Worten spricht. Diese bestimmte Wortgruppe, gesprochen mit der Stimme der Person, kann als Stimm-Ausweis der Person betrachtet werden. Der Begriff "Stimm-Ausweis" wird jedoch in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die gespeicherten Teile der gesprochenen Wortgruppe benutzt, deren Auswahl später zu beschreiben ist.

Zunächst gibt Fig. 1 die Form von drei charakteristischen Impulsperioden (A, B, C) wieder. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit abgetragen, vertikal die Spannung, Für die vorliegende Erfindung ist es bequem anzunehmen, daß die Spitzen und Täler beide positive Spannung haben; der Spannungsmaßstab wurde entsprechend verschoben. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß die ersten fünf Spitzen und Täler jeder Impulsperiode sich zwar in der Amplitude geringfügig unterscheiden, jedoch etwa die gleiche Form haben, während die übrigen Spitzen und Täler der Impulsperiode sich davon stärker unterscheiden. In Fig. 1 unterscheiden sich zwar die ersten fünf Spitzen und Täler benachbarter Impulsperioden, in Wirklichkeit sind benachbarte Impulsperioden praktisch identisch und merkliche Änderung tritt erst nach einer Anzahl von Impulsperioden ein.

Die in Fig. 2a gezeigte Einrichtung zur Durchführung der Erfindung enthält ein Schieberegister 10, in welchem die Koordinaten für V (Spannung) und t (Zeit) der wenigen ersten Spitzen und Täler der gewählten Impulsperiode gespeichert werden; diese Impulsperiode ist den stimmhaften Eingangs Signalen einer bestimmten Wortgruppe der zu identifizierenden Person entnommen. In der folgenden Beschreibung werden Spitzen und Täler manchmal als charakteristische Punkte bezeichnet. Die gewählten Impulsperioden, deren Ko-

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ordinaten zu speichern sind, können z. B. die erste Impulsperiode des stimmhaften Sprachausweises und jede folgende Impulsperiode sein, die koordinatenmäßig eine wesentliche Änderung gegenüber der vorhergehenden gespeicherten Impulsperiode zeigt. Da eine wesentliche Änderung nur für etwa 5 bis 10 % der Impulsperioden eines normalen stimmhaften Eingangssignales zu erwarten ist, brauchen nur charakteristische Koordinaten von 5 bis 10 % der Impulsperioden gespeichert zu werden. Da außerdem aus Fig. 1 zu entnehmen ist, daß nur die wenigen ersten Spitzen und Täler jeder Impulsperiode tatsächlich von Bedeutung sind, während der Rest zufallsbedingte Abweichungen enthält, brauchen auch nur diese Koordinaten der wenigen ersten Spitzen und Täler der gewählten Impulsperiode gespeichert zu werden. Dadurch ergibt sich ein geringer Umfang von gespeicherten Daten.

Aus später noch zu erläuternden Gründen werden die Werte für V und t im Schieberegister 10 als negative und nicht als positive Größen gespeichert. Eine besonders codierte Marke M wird im Schieberegister 10 am Ende des Sprachausweises gespeichert.

Das Schieberegister 10 ist zur Schleife geschlossen, so daß an der rechten Seite aus dem Schieberegister herausgeschobene Daten links wieder eingegeben werden und umgekehrt. Alle Teile des Sprachausweises sind deshalb jederzeit im Schieberegister verfügbar. Der Inhalt des Schieberegisters wird um eine Zeichenstelle (d.h. um die Zahl von Bitstellen, die zur Speicherung eines Wertes V und eines Wertes t nötig sind) durch ein Signal auf Leitung 11 nach links verschoben; durch ein Signal auf Leitung 13 erfolgt eine Verschiebung um eine Impulsperiode nach rechts; durch ein Signal auf Leitung 15 erfolgt eine Verschiebung um zwei Impulsperioden nach rechts. Die Erzeugung der Signale auf den Leitungen 11, 13 und 15 wird noch erläutert.

Es wird davon ausgegangen, daß vor der Inbetriebnahme des Systems aus den Fig. 2A bis 2C die fragliche Person sich zunächst identifiziert hat und daß

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als Ergebnis dieser Identifizierung ein Sprachausweis der Person aus einem Hauptspeicher in das Schieberegister 10 übertragen wird. Danach spricht die Person ihren "Sprachausweis" in ein Telephon, Mikrophon oder dergl... Die Einrichtung verwandelt die Stimme der Person in elektrische Signale, welche über die Leitungen 12 und den automatischen Lautstärkeregler 14 zu den Leitungen 16 gelangen. An diese Leitungen sind der Detektor zur Bestimmung des Periodenanfangs 18 und der Detektor 20 (dv/dt = 0) angeschlossen.

Diese beiden Detektoren sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ihre Wirkungsweise soll kurz erläutert werden. Der Detektor 18 arbeitet mit der Speicherung der Spitze-Spitze-Ubergänge der Sprachwellenform und vergleicht jeden Spitze-Spitze-Ubergang mit dem nächsten. Der größere von beiden wird zum Vergleich mit dem folgenden festgehalten, bis nach einer gewissen Zeit der dann größte Wert gespeichert wird. Der Zeitpunkt des Auftretens deses Maximums wird durch einen Wert in einem Zähler bestimmt. Dieser Maximum-Wert stellt den Anfangszeitpunkt einer Grundtonperiode der Sprachwelle dar. Die Schaltung 20 ist von konventioneller Art; sie bestimmt den Zeitpunkt, an dem die Steigung der Kurve zu Null wird.

Die Ausgangsleitung 22 des Detektors 18 stellt den Zeitzähler 24 und den Spitze-Tal-Zähler 26 zurück und schaltet den Zähler 28 (P; Impulsperiode) fort. Weiter wird die bistabile Schaltung 30 in ihren Zustand Eins überführt. Der Zeitzähler 24 wird über Leitung 29 aus der Taktimpulsquelle 31 fortgeschaltet. Da der Anfang einer Impulsperiode eine Spitze ist, an der der Wert (dv/dt) Null ist^ liefert der Detektor 20 gleichzeitig auf Leitung 32 ein Ausgangesignal, das den Zähler 26 fortschaltet und außerdem den Tor schaltungen 34 und 36 zugeführt, wird. Es ist davon auszugehen, daß der Zähler 26 auf dem Zählwert Eins stehenbleibt, wenn ihm gleichzeitig ein Fortschalt- und Rückstell-Impuls zugeführt wird. Wenn nötig, kann das Signal auf Leitung 32 leicht verzögert werden, um dieses sicherzustellen.

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Es soll weiter angenommen werden, daß das Signal auf Leitung 32 ausreichende Dauer hat, um die bistabile Schaltung 30 nach Eins umzuschalten, damit die Torschaltung 34 zur Weitergabe des auf Lfeitung 32 anliegenden Signals geöffnet ist. Dann entsteht auf Leitung 40 ein die T or schaltungen 42 und 44 vorbereitendes Signal. Die Informationseingänge der Torschaltungen 42 sind die Ausgangsleitungen 46 aus dem Analog-Digital-Wandler 48. Der Eingang zu diesem Wandler sind die Leitungen 16 vom automatischen Lautstärkeregler. Infolge des Signals auf Leitung 40 gelangen digitalisierte, den Analogwert der festgestellten Spitze darstellenden Beträge über die Tor schaltungen 42 und die Leitungen 50 zu der einen Gruppe von Eingangsklemmen der Addierer 52 bis 54. Die jeweils anderen Eingänge dieser Addierer sind die Leitungen 56 bis 58 aus der Speicherstelle des Schieberegisters 10, welche die V-Werte für die erste Spitze oder das erste Tal der ersten drei Impulsperioden enthalten. Wie bereits gesagt, enthält das Schieberegister 10 die Werte für V und t als negative Werte, so daß das Ergebnis der Addition die Differenz zwischen den auf Leitung 50 und auf den Leitungen 56 bis 58 vorliegenden Werten darstellt. Diese Differenzen werden in den Quadrier schaltungen 60 bis 62 quadriert und über die Leitungen 64 bis 66 als jeweils ein Eingang den Addierern 70 bis 72 zugeführt.

Das Signal auf Leitung'40 gelangt auch zum Vorbereitungseingang der Torschaltung 44 und läßt den im Zähler 24 gespeicherten Zeitwert über die Leitungen 76 als ein Eingang zu den Addierern 78 bis 80 gelangen. Die jeweils anderen Eingänge der Addierer 78 bis 80 sind die Leitungen 82 bis 84 aus den Speicher stellen des Registers 10, welche den Wert t der ersten Spitze oder des ersten Tales für die ersten drei Impulsperioden enthalten. Auch hier sind wieder die Werte t als negative Werte eröialten; die Ausgänge der Addierer 78 bis 80 auf den Leitungen 86 bis 88 stellen demnach die Differenzen der Werte auf den Leitungen 76 bzw. auf den Leitungen 82 bis 84 dar. Diese Differenzen werden wiederum in den Quadier schaltungen 92 bis 94 quadriert und über Leitungen 96 bis 98 als zweite Eingänge zu den Addierern 70 bis 72 geführt. Die Auegänge der Addierer 70 bis 72 auf den Leitungen 102 bis 104

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stellen die Summe der Differenzen zwischen den Koordinaten für die Spitzen oder Täler des Spracheingangs auf Leitung 12 bzw. den Speicherwerten des Registers 10 dar. Diese Summen gelangen zu den Akkumulatoren 106 bis 108 (Fig. 2C).

Wie schon gesagt, gelangt das* Signal auf der Leitung 32 vom Detektor 20 zum Eingang der Torschaltung 36 (Oder-Tor). Der Ausgang dieser Torschaltung führt über die Verzögerungsleitung 112 zur Leitung 11, welche im Schieberegister 10 eine Links verschiebung um ein Zeichen hervorruft. Die Verzögerungsdauer von 112 läßt den Schiebevorgang erst nach der Beendigung der Addition in den Addierern 52 bis 54 bzw. 78 bis 80 eintreten. Nach der Verschiebung liegen die Koordinatenwerte von V und t der zweiten Spitze oder des zweiten Tales (für die Kurvenform der Fig. 1 wäre es das erste Tal) für jede der drei interessierenden Impulsperioden an den Leitungen 56 bis 58 bzw. 82 bis 84.

Wenn der Detektor 20 wiederum die Bedingung (dv/dt = 0) feststellt, wird der Zähler 26 auf den Wert Zwei erhöht; da die bistabile Schaltung 30 noch in ihrem Zustand Eins ist, gelangt durch die Torschaltung 34 und über die Leitung 40 ein Signal zur Vorbereitung der Tor schaltungen 42 und 44, so daß die gegenwärtigen Werte V und t über die Leitungen 50 und 76 zu den Addierern 52 bis 54 bzw. 78 bis 80 laufen können. Zu den anderen Eingängen der Addierer gelangen aus dem Schieberegister 10 die negativen Werte V und t für das erste Tal der betrachteten Impulsperiode; die Differenzen am Ausgang der Addierer werden quadriert, summiert und in den Akkumulatoren 106 bis 108 aufaddiert. Nach Abschluß der Additionen in 52 bis 54 bzw. 78 bis 80 liefert das Oder-Tor 36 wieder ein verzögertes Signal an das Schieberegister 10, wodurch eine Linksverschiedung um ein Zeichen nun die Koordinaten für den dritten charakteristischen Punkt (die zweite Spitze der Kurvenform von Fig. 1) den Leitungen 56 bis 58 bzw. 82 bis 84 verfügbar sind.

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Die vorstehend beschriebene Operationsfolge wiederholt sich für jede Spitze und jedes Tal, die vom Detektor 20 angetroffen werden; jeweils wird den Akkumulatoren 106 bis 108 ein Wert zugefügt. Mit der Annahme, daß Spitzen- und Talwerte nach dem fünften Wert innerhalb einer Impulsperiode für das Erkennen einer individuellen Stimme wenig Bedeutung haben, würde die Prüfschaltung 112 so eingestellt, daß sie den Zählwert 5 im Zähler 26 feststellt. Wenn dann der Zähler 26 nach dem fünften vom Detektor 18 festgestellten Beginn einer Impulsperiode den Wert 5 erreicht, liefert die Schaltung 112 ein Ausgangssignal über Leitung 114 zur Rückstellung der bistabilen Schaltung 30 in den Zustand Null. Da durch das Arbeiten des Zählers 26 und der Schaltung 112 Zeit Verzögerungen enthalten sind, kann angenommen werden, daß der Impuls auf Leitung 32 die Torschaltung 34 und die Leitung 40 rechtzeitig passieren, um die Koordinatenwerte für die fünfte Spitze oder das fünfte Tal zu den Addierwerken gelangen zu lassen, ehe die bistabile Schaltung 30 rückgestellt wird und die Torschaltung 34 sperrt. Gegebenenfalls könnten noch zusätzliche Verzögerungen eingebaut werden. Die Rückstellung der Schaltung 30 auf Null verhindert den Zugang weiterer Daten zu den Bestimmung s s chaltungen.

Mittels der Vergleicher schaltungen 118 bis 120 (Fig. 2C) wird der Inhalt der Akkumulatoren 106 bis 108 fortwährend untereinander vergl ichen. Auf der Ausgangsleitung 122 des Vergleichers 118 trittyauj, wenn der Inhalt des Akkumulators 106 größer oder gleich dem Inhalt des Akkumulators 107 ist. Auf Leitung 123 tritt ein Signal auf, wenn der Inhalt des Akkumulators 107 größer oder gleich dem Inhalt des Akkumulators 108 ist; auf Leitung 124 tritt ein Signal nur dann auf, wenn der Inhalt des Akkumulators 108 größer ist als der Inhalt des Akkumulators 106. Gleiche Vorbedingungen bei den Vergleichern 118 und 119 ergeben also ein positves Ausgangs signal auf den Leitungen 122 oder 123; Gleichheit beim Vergleicher 120 verursacht ein negatives Signal auf Leitung 124. Die Ausgänge der drei Vergleicher führen zu der Schaltungslogik 126. Die Tabelle für diese logische Schaltung ist rechts daneben ge-

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daß
zeichnet» Aus ihr läßt sich entnehmen, mit einem Signal auf Leitung 124 und keinem Signal auf Leitung 122 die Und-Schaltung 130 durchlässig ist und ein Ausgangs signal auf der Tl-Leitung 134 liefert, die als ein Eingang zu der Und-Schaltung 138 dient. Liegt ein Signal auf Leitung 122 und kein Signal auf der Leitung 123 vor, so kann die Und-Schaltung 131 auf der T2-Leitung ein Signal zur Und-Schaltung 139 liefern. Führt die Leitung 123 ein Signal und die Leitung 124 keines, so liefert die Und-Schaltung 132 auf der T3-Leitung 136 ein Ausgangssignal zur Und-Schaltung 140. Die anderen Eingangsvariablen für die Und-Schaltungen 138 bis 140 liefert die Leitung 144 (Fig. die von der Null-Seite der bistabilen Schaltung 30 über Leitung 147 gespeist wird. Wenn also diese bistabile Schaltung 30 bei einem bestimmten Stand (5 angenommen) des Zählers 26 zum Zustand Null zurückkehrt, liefert die Schaltung 146 über Leitung 144 ein Signal zu den Und-Schaltungen 138 bis 140. Welche der Und-Schaltungen nun durchlässig wird, wird dadurch bestimmt, welcher der Akkumulatoren 106 bis 108 dann den niedrigsten Wert enthält. Es werde vorläufig angenommen, daß die erste Impulsperiode des Sprachausweises im Schieberegister 10 bei den Leitungen 57 und 88 gespeichert ist und daß Leerstellen bei den Leitungen 56 und 82 vorliegen. Wenn unter diesen Bedigungen das Eingangssignal bei 12 (Fig. 2A) tatsächlich von der richtigen Person stammt, so wird der Akkumulator 107 in diesem Augenblick die kleinste Summe enthalten, und die Schaltung 126 liefert auf Leitung 135 und der Und-Schaltung 131 ein Signal. Dann wird die Und-Schaltung 139 durchlässig, die Leitvng 149 bereitet die Torschaltung 153 vor und läßt den Inhalt des Akkumulators 107 durch die Oder-Schaltung 156 zum Summen-Akkumulator 158 durchlaufen. Das Signal von der Differentiations schaltung 146 auf der Leitung 144 gelangt auch zu der Oder-Schaltung 36 und der Verzögerungs schaltung 112, wodurch das Schieberegister um eine Zeichenstelle nach links verschoben wird. Dadurch kämen an die Stelle der Leitungen 56 bis 58 und 82 bis 84 die Koordinaten des ersten charakteristischen Punktes der Impulsperiode, die der früher dort befindlichen benachbart ist; mit anderen Worten, die Linksverschiebung um eine Impulsperiode des Schieberegisterinhaltes würde voll-

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endet sein. Da während der vorhergehenden Impulsperiode die beste Übereinstimmung mit der mittleren der drei Impulsperioden gefunden wurde, ist es erwünscht, diese Impulsperiode als mittlere für die Vergleiche mit den folgenden Impulsperioden des Eingangs signals zu behalten. Es wird also eine Rechtsverschiebung um eine Impulsperiode erforderlich. Um dies zu bewirken, wird das Signal auf der Leitung 149 von der Und-Schaltung 139 (Fig. 2C) über die Verzögerungsleitung 160 zur Leitung 13 geführt. Der Inhalt des Schieberegisters nimmt also dieselbe Lage ein, wie zum Beginn der Untersuchung.

Um die Arbeitsweise der Einrichtung noch besser zu verdeutlichen, soll angenommen werden, daß die erste Impulsperiode des gespeicherten Sprachausweises in der Stelle benachbart den Leitungen 56 und 82 enthalten war. Wenn dann auf Leitung 144 ein Signal erscheint, hätte der Akkumulator 106 die kleinste Summe gespeichert, und die Schaltung 126 würde auf Leitung 134 von der Und-Schaltung 130 ein Signal liefern. Dieses Signal würde die Und-Schaltung 138 durchlässig machen und über Leitung 148 die Torschaltungen 152 zur Weiterleitung des Inhalts des Akkumulators 106 über die Oder-Schaltungen 156 zum Summenakkumulator 158 veranlassen. Über die Verzögerungsleitung 162 (Fig. 2A) gelangt dieses Signal auch zur Leitung 15, so daß der Inhalt des Schieberegisters 10 um zwei Impulsperioden nach rechts, verschoben wird. Wie vorher schon gesagt, bringt die Verschiebung um eine Impulsperiode nach rechts den Inhalt dieses Registers in die zu Beginn der Impulsperiode eingenommene Lage. Die Rechtsverschiebung um eine zweite Impulsperiode bringt nun die benachbarte Impulsperiode (die ursprünglich bei den Leitungen 56 und 82 stand) zu den Leitungen 57 und 83. Die mit dem Eingangssignal am meisten übereinstimmende Impulsperiode des Schieberegisters 10 gelangt also auf diese Weise in die bei den Leitungen 57 und 83 angeordnete Stelle zum Vergleich mit der folgenden Eingangs-Impulsperiode.

Das Signal auf der Ausgangsleitung 144 von der Differentiations schaltung 146 gelangt über die Verzögerungsleitung 164 (fig. 2C) und die Leitung 166 als Rückstellsignal zu den Akkumulctoren 106 bis 108 und als Vorhereitungssig-

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nal zu den T or schaltungen 168; der Inhalt des Summenakkumulators 158 gelangt dadurch als Dividendeneingang zur Divisionseinrichtung 170, Der Divisoreingang wird vom P-Zähler 28 geliefert. Die Divisionseinrichtung 170 liefert über Leitungen 174 den Quotienten zum Mittelwertregister 176; der Quotient ist die mittlere Abweichung der Impulsperioden des stimmhaften Eingangssignales von dem besten der drei Impulsperioden des Sprachausweises, mit denen das Eingangssignal bis dato vergl ichen wurde. Der Betrag im Mittelwertregister 76 wird mit dem Vergleicher 178 mit einem im Register 180 gespeicherten Vergleichswert in Beziehung gesetzt. Wenn der Speicherwert des Registers 176 größer ist als der Wert des Registers 180, liefert der Vergleicher 178 ein Signal auf Leitung 182, das eine Fehlmeldung anzeigt. Von der gleichen Leitung wird über die Oder-Schaltung 183 (Fig. 2B) und die Leitung 185 der Zähler 28 rückgestellt.

Tritt auf Leitung 182 kein Signal auf, so kann die Einrichtung eine neue Impulsperiode des stimmhaften Eingangs signals auf Leitung 12 entgegennehmen. Es laufen dann die bereits beschriebenen Vorgänge wiederum ab, an deren Ende der Inhalt der Akkumulatoren 106 bis 108 zu der in Akkumulator 158 enthaltenen Summe aufsummiert, durch den neuen Wert des Zählers 28 in der Divisionsschaltung 170 dividiert und eine neue mittlere Abweichung im Register 176 gespeichert wird. Diese mittlere Abweichung wird dann wieder mit dem Mittelwert des Registers 180 verglichen; wenn der neue Mittelwert den Vorgabewert überschreitet entsteht wieder ein Fehl signal auf Leitung 182. Die Leitungen 134 bis 136 der Schaltung 126 steuern auch die drei Impulsperioden im Schieberegister IQ mit denen die nächste Impulsperiode des Eingangs signals zu vergleichen ist. Wie früher gesagt, sind dies drei Impulsperioden, welche diejenige mit der geringsten Abweichung als mittlere Periode haben.

Bei der ersten früher betrachteten Impulsperiode des Eingangs signals war angenommen worden, daß entweder auf der Leitung 134 oder auf der Leitung 135 ein Signal entsteht. Da bei der gewöhnlichen Sprache zwischen auf einander f öl-

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genden Impulsperioden sehr geringe Änderungen auftreten, werden die zweite und mehrere folgende Impulsperioden des Eingangs signals mit der beiden Leitungen 57 und 83 gespeicherten Impulsperiode weitgehend übereinstimmen; dieses führt zu Signalen auf Leitung 135 von der logischen Schaltung 126. Schließlich wird jedoch eine größte Übereinstimmung mit der Impulsperiode bei den Leitungen 58 und 84 auftreten; dadurch liefert die Schaltung 126 ein Signal auf Leitung 136. Infolgedessen wird dann der Inhalt des Akkumulators 108 zum Summenakkumulator 158 addiert. Das Signal auf Leitung 136 bedeutet, daß der Inhalt des Schieberegisters gegenüber der Lage beim Beginn der Impulsperiode um eine Impulsperiode nach links verschoben werden soll. Es ist erinnerlich, daß die Links verschiebung auf die Signale der Leitung 32 des Detektors 20 hin eine Verschiebung um eine Zeichenstelle weniger als eine volle Impulsperiode bewirkten. Das Signal der Aus gangs leitung 144 von der Differentiations schaltung 146 am Ende jeder Impulsperiode läuft über die Oder-Schaltung 36 und die Verzögerungsleitung 112 und bewirkt diese fehlende Linksverschiebung um ein Zeichen; der Inhalt des Schieberegisters ist dann also um eine Impulsperiode nach links verschoben. Da also das Register bereits in der gewünschten Lage ist, braucht auf ein Signal der Leitung 136 hin keine zusätzliche Schiebeoperation stattfinden.

Im Schieberegister ist eine das Ende des Sprachausweises anzeigende Markierung vorgesehen. Ein Markierungs-Detektor 186 (Fig. 2A) prüft dauernd die Stelle des Registers bei der Leitung 58. Wenn die Markierung an dieser Stelle angetroffen wird, liefert der Detektor 186 über Leitung 188 ein Signal, das der Und-Schaltung 190 (Fig. 2C) zugeführt wird. Wenn keine Fehlmeldung auf Leitung 182 vorhanden ist, kann der Inverter 192 dem anderen Eingang der Und-Schaltung 190 ein Signal zuführen. Falls beide Eingänge der Und-Schaltung erregt sind, liefert sie ein Aus gangs signal auf Leitung 196 als Zeichen dafür, daß die Identität der fraglichen Person festgestellt wurde. Das Signal auf Leitung 188 stellt auch über die Verzögerungsleitung 198, die Leitung 200, die Oder-Schaltung 183 und die Leitung 185 den Zähler 28 zurück.

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Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine automatische Prüfung der Identität einer Person aus ihrer Stimme möglich ist. Die Stimme kann von einer entfernten Stelle über Telephonleitungen oder Funkwellen kommen. Die Person braucht also nicht an der Stelle der Prüfung anwesend sein. Ein weiterer Vorteil der Einrichtung ist es, daß nur die Koordinaten von Spitzen und Täler (charakteristische Koordinaten) der ersten charakteristischen Punkte weniger aus einer größeren Zahl ausgewählter Impulsperioden des Sprachausweises gespeichert zu werden brauchen. Daraus resultiert eine beträchtliche Verminderung der Speicheranforderungen. Der Vergleich mit drei benachbarten Impulsperioden des Sprachausweises gestattet die Fortschaltung der Speicherwerte in Synchronismus mit dem Eingangssignal. Da außerdem die Identität nur bestätigt wird, wenn die Person die richtigen Worte spricht (d.h. den Sprachausweis), ist eine zusätzliche Sicherheit für die Identifizierung gegeben.

Bisher wurde angenommen, daß der Einrichtung eine vorläufige Identifizierungsmitteäung gegeben wird und der Sprachausweis der angeblichen Person in das Schieberegister verbracht wird. Natürlich ist es durch Änderung der Einrichtung möglich, ein zugeführtes Eingangssignal mit einer Mehrzahl gespeicherter Sprachausweise zu vergleichen und denjenigen Sprachausweis auszuwählen, der mit dem Eingangssignal am besten übereinstimmt. Während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. ZA bis 2C den charakteristischen Koordinaten der ersten (z. B. 5) charakteristischen Punkte das Gewicht Eins und den übrigen Koordinaten aller folgenden charakteristischen Punkte das Gewicht Null gegeben wurde, können den charakterischen Punkten auch andere, kompliziertere Gewichts Verteilungen zugeordnet und damit schwierigere Identifizierungsfragen gelöst werden. Da die Eingangswerte Analogweite sind, können als Speicherwerte auch Analogwerte für die charakteristischen Koordinaten dienen; dabei könnte die nachfolgende Einrichtung analog oder digital Signale verarbeiten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zum Identifizieren einer Person aufgrund ihrer Stimme durch Vergleich gespeicherter Merkmale bestimmter Worte mit der gesprochenen Wiedergabe derselben Worte, gekennzeichnet durch ein Schieberegister (10) zur Aufnahme mehrerer Paare von zusammenge- · hörigen Spannungs- und Zeit-Koordinaten stimmhafter Sprachteile in digitaler Form, durch einen Analog-Digital-Wandler (48) und Detektoren (18 und 20), die aus der gesprochenen Wiedergabe nacheinander die entsprechenden Koordinatenwerte bestimmen, durch Vergleicher (118-120) zur Ermittlung der jeweils kleinsten Differenz zwischen einem Wertepaar der gesprochenen Wiedergabe und allen gespeicherten Wertepaaren, durch Schaltungen (158, 170, 176) zur Mittelwertbildung für eine vorgegebene Zahl von Vergleichsvorgängen und durch einen Vergleicher (178) zum Vergleich des Mittelwertes mit einem Festwert (180).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskoordinaten und die Zeitkoordinaten der gespeicherten Wertepaare mit negativem Vorzeichen je einem Addierer (52 - 54 bzw. 78 - 80) zugeführt werden, deren zweite Eingänge mit dem Wertepaar der gesprochenen Wiedergabe gespeist werden, daß die Addierer-Ausgangssignale Quadrier schaltungen (60 - 62; 92 - 94) zugeleitet werden, daß weitere Addierer (70 - 72) die quadrierten Differenzen der beiden Koordinatenwerte vereinigen und daß Summenakkumulatoren das Ergebnis der Addi tion für die Vergleicher bereitstellen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vergleicher (118 - 120) einen Größer/Gleich-Vergleich von je zwei

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NeUe Unterlagen lArt. 7 S l Abs. 2 Nr. l Satz 3 cieä Äi*Jwuix«ie*. *.<-

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Akkumulator-Werten vornimmt, daß eine Schaltungslogik (126) den Inhalt des Akkumulators mit dem kleinsten Summenwert zu einem Summen-Akkumulator (158) weiterleitet und gleichzeitig (über Leitungen 17 oder 15) eine vom Vergleichsergebnis abhängige Verschiebung der im Schieberegister (10) gespeicherten Wertepaare als Vorbereitung für den
nächsten Vergleichsvorgang bewirkt»

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