EP1209663A1 - Zugangssteueranordnung und Verfahren zur Zugangssteuerung - Google Patents
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- EP1209663A1 EP1209663A1 EP00125914A EP00125914A EP1209663A1 EP 1209663 A1 EP1209663 A1 EP 1209663A1 EP 00125914 A EP00125914 A EP 00125914A EP 00125914 A EP00125914 A EP 00125914A EP 1209663 A1 EP1209663 A1 EP 1209663A1
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- access control
- speaker
- voice input
- control device
- access
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- Withdrawn
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- G—PHYSICS
- G07—CHECKING-DEVICES
- G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- G07C9/00—Individual registration on entry or exit
- G07C9/30—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass
- G07C9/32—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass in combination with an identity check
- G07C9/37—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass in combination with an identity check using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voice recognition
Definitions
- the invention relates to a method for access control according to the preamble of claim 10 and a corresponding Access control arrangement.
- the electronic speaker verification or identification uses methods similar to speech recognition. Your goal however, does not consist in a change of utterances in text, but in the identification or verification a person because of their speech.
- the well-known Speaker verification systems are relatively complex and expensive and have therefore not yet been widely used.
- the problem that conventional ones also contributed to this Speech recognition systems in one also referred to as "enrollment" Process initialized to the user or users or have to be trained. This problem particularly affects disadvantageous when a user has access to different Room areas, buildings, devices, networks or similar per Speaker identification must or would like to and always the individual system must train beforehand.
- This task is in terms of their device aspect by an access control arrangement with the features of the claim 1 and with regard to their procedural aspect by a Method with the features of claim 10 solved.
- the invention includes the basic idea that Overall process of access control via speaker identification (from voice input to opening or blocking access) between two subsystems or sub-procedures to split, one of the subsystems or one of the Process sections for a variety of admission control situations is usable. It is a mobile Voice input unit that is part of the speaker identification process executes while the other part of the overall arrangement - More specifically: a variety of possible overall arrangements - in each case the actual access control effecting access control device exists. In this will executed another part of the speaker identification, and here is especially one for user authorization used vocabulary saved.
- this comprises or each access control device in addition to a corresponding one Control unit vocabulary memory a control word transmission unit for transferring words from the stored vocabulary to the voice input unit, and the voice input unit has correspondingly a control word receiving unit for receiving the Control words, a microphone and a downstream LF stage for voice input, a speaker feature extraction level (Speech recognizer) and a speaker feature transmission stage for transmission an extracted set of speaker features to the respective access control device.
- the latter also has a corresponding speaker feature reception stage, one Speaker feature reference memory for storing speaker features predetermined user and a speaker feature comparator unit, which depending on the result of a Comparison of the currently determined speaker characteristics with pre-stored speaker features an access enable signal or generated access blocking signal.
- the mobile voice input unit expediently comprises one between the control word receiving unit and the speaker feature extraction stage or switched the speech recognizer Buffer for those received by the access control device selected control or identification words, as well as the access control device expediently one between the speaker feature receiving stage and the speaker feature comparing unit switched speaker feature cache for those received by the voice input unit Has speaker characteristics.
- These memories can be permanent or be semi-permanent and for one and the same access control device in cooperation with one and the same Voice input unit in an overall system of several Voice input units and / or access control devices, depending on concrete system configuration, a more or less long-term Storage of a control or identification word set or the characteristics of an opposing access person to back up.
- the next task of the mobile voice input unit is then in these words spoken by the user in one To present verification dialog to the user To request voice input and record his speech.
- Known displays with menu navigation are used for this purpose and audio front ends.
- Communication between the voice input device and the Access control device or the access control devices expediently runs as wireless communication, especially on a radio link.
- Radio link based on the Bluetooth or DECT standard (for example with a cordless telephone) and the use a cellular network with voice and data transmission viewed the GSM or UMTS standard.
- the vocabulary transmission unit and the speaker feature reception stage of the respective access control device and the Vocabulary receiving unit and the speaker feature transmission stage the voice input unit as radio transmission or reception units educated.
- the use is also fundamental of proven infrared interfaces possible.
- the speaker feature extraction stage with a phoneme-based hidden Markov model it is not necessary that those serving as a reference pre-stored speaker characteristics from the currently used as control words serving words were obtained. Rather, you can the access control device for every user willing to access and / or with every access attempt or also in periodic Intervals new control words can be specified without a new training of the speech recognizer in the speech input unit would be required.
- training or enrollment plays an important role. This is basically in two parts to subdivide, namely the inclusion of a word or a Speech and the calculation of characteristics on the Voice input unit on the one hand and the storage of the features with a speaker identification code on an access device on the other hand. These two parts of the enrollment can too be carried out separately in time, and in particular can be obtained once on a voice input device Transfer speaker features to different access devices become.
- the access control devices 3 'to 9' each have a vocabulary memory 3a to 9a, a control word selection stage connected to this 3b to 9b and one connected to it Control word transmission stage 3c to 9c for storage, selection and submission of tax words for speaker verification of a user who is willing to access the voice input unit 11 on.
- the currently determined speaker characteristics are in the access control devices 3 'to 9' each through a speaker feature receiving stage 3d to 9d received, which in turn with a speaker feature comparator unit 3e to 9e is.
- a speaker feature reference memory 3f to 9f for storing speaker characteristics of a predetermined user group as a reference for speaker verification connected and serves to compare the current determined co-stored speaker feature vectors and to output a measure of conformity in the result of a statistical comparison process.
- Threshold discriminator a classifier level (Threshold discriminator) 3g to 9g for the classification of the Comparison result at a predetermined threshold of Similarity measure.
- This classifier level ultimately gives depending on the result of the threshold discrimination an access enable signal or access lock signal as final control signal of the memory verification.
- the Threshold values can be set for the individual access control devices in Depends on the desired level of protection against unauthorized persons Use of the respective space to be secured or Systems can be chosen differently. Likewise, the vocabulary of the individual access control devices selected differently be, and the scope of each of the total vocabulary selected control word set or control text for the speaker verification can be of different sizes.
- the user who is willing to access is assigned to the user Execution by (not shown) evaluation of to the access control devices - which, of course, are a mobile radio transceiver must have - transmitted data from the SIM card of the mobile phone 1. This additionally increases the Security against unauthorized access to the devices, since already the use of the mobile phone 11 only after activation of one only the PIN known to the user is possible.
- Another embodiment sees the use of Bluetooth technology for wireless communication between a voice input unit and the access control devices.
- a voice input unit especially for the home, is used here, for example, a retrofitted with a Bluetooth module Cordless telephone or a PDA or handheld PC, into which the speaker feature extraction level mentioned above is integrated.
- the presence of the required Audio components also enable a cost-effective one Realization of the voice input unit.
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Abstract
Sprachgesteuerte Zugangssteueranordnung (1) mit mindestens einem Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') zur Freigabe oder Sperrung eines Zuganges, insbesondere zu einem abgegrenzten Raumbereich (7, 9), technischen Gerät (3, 5) oder Daten- oder Telekommunikationsnetz, und einer mit dem Zugangssteuergerät über eine, insbesondere drahtlose, Nachrichtenverbindung verbundenen mobilen Spracheingabeeinheit (11). <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugangssteuerung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 sowie eine entsprechende
Zugangssteueranordnung.
Die Steuerung des Zuganges zu abgegrenzten Raumbereichen,
komplizierten technischen Geräten mit anspruchsvoller Bedienung
und hohem Gefahrenpotential bei Fehlbedienungen sowie
auch zu Daten- bzw. Telekommunikationsnetzen stellt einen wesentlichen
Sicherheitsaspekt der Nutzung solcher Bereiche
bzw. Systeme dar. Mit der zunehmenden Vielzahl von Bereichen
oder Systemen im täglichen Leben, für die besondere Zugangsbedingungen
gelten, wächst die Anzahl der jeweils den Zugang
ermöglichenden Schlüssel bzw. Codes im Besitz vieler Benutzer
stark an. Deren sichere Aufbewahrung einerseits und der sofortige
und zuverlässige Zugriff darauf andererseits werden
daher zunehmend problematisch.
Es sind daher vielfältige Anstrengungen unternommen worden,
durch Vereinheitlichung der für verschiedene Räume, Geräte,
Netze etc. benötigten "Schlüssel" Erleichterungen für die Benutzer
zu schaffen. Hier treten aber zum einen Kompatibilitätsprobleme
zwischen verschiedenen Zugangssteuersystemen mit
unterschiedlichen Sicherheitsniveaus auf, und zum anderen
werden natürlich die mit einem Verlust oder einer Entwendung
des "Schlüssels" verbundenen Folgen für den Benutzer einerseits
und die mit diesem einen Schlüssel gesicherten Systeme
anderseits in der Summe immer schwerwiegender.
Es wird daher seit längerem auch an Möglichkeiten der Nutzung
biometrischer Daten der Benutzer - etwa der Papillarlinien,
des Retinamusters oder der Stimme bzw. Sprache - zur Zugangssteuerung
gearbeitet. Diese "Schlüssel" sind grundsätzlich
unverlierbar und auch relativ schwer zu fälschen, und vor allem
ist ihr Einsatz für den Benutzer denkbar einfach.
Die elektronische Sprecherverifikation bzw. -identifizierung
benutzt ähnliche Methoden wie die Spracherkennung. Ihr Ziel
besteht jedoch nicht in einer Wandlung von Sprachäußerungen
in Text, sondern in der Identifizierung bzw. Verifizierung
einer Person aufgrund ihrer Sprachäußerung. Die bekannten
Sprecherverifikationssysteme sind relativ komplex und teuer
und haben deshalb noch keine große Verbreitung gefunden.
Hierzu hat auch das Problem beigetragen, daß herkömmliche
Spracherkennungssysteme in einem auch als "Enrollment" bezeichneten
Prozeß auf den oder die Benutzer initialisiert
bzw. trainiert werden müssen. Dieses Problem wirkt sich besonders
nachteilig aus, wenn ein Benutzer Zugang zu verschiedenen
Raumbereichen, Gebäuden, Geräten, Netzen o. ä. per
Sprecheridentifikation erlangen muß oder möchte und jeweils
das einzelne System vorher trainieren muß.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, kostengünstig
realisierbares und für den bzw. die Benutzer leicht
zu handhabendes sprachgesteuertes Zugangssteuersystem sowie
ein entsprechendes Verfahren zur Zugangssteuerung anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes
durch eine Zugangssteueranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, den
Gesamtablauf der Zugangssteuerung per Sprecheridentifikation
(von der Spracheingabe bis zur Freigabe oder Sperrung des Zuganges)
zwischen zwei Teilsystemen bzw. Teil-Verfahrensabläufen
aufzuteilen, wobei eines der Teilsysteme bzw. einer der
Verfahrensabschnitte für eine Vielzahl von Zugangssteuersituationen
nutzbar ist. Es handelt sich hierbei um eine mobile
Spracheingabeeinheit, die einen Teil des Sprecheridentifikationsvorganges
ausführt, während der andere Teil der Gesamtanordnung
- genauer gesagt: einer Vielzahl möglicher Gesamtanordnungen
- in einem jeweils die eigentliche Zugangssteuerung
bewirkenden Zugangssteuergerät besteht. In diesem wird
ein anderer Teil der Sprecheridentifikation ausgeführt, und
hier ist insbesondere auch ein für die Autorisierung des Benutzers
eingesetzter Wortschatz gespeichert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Anordnung umfaßt das
bzw. jedes Zugangssteuergerät neben einem entsprechenden
Steuergerät-Wortschatzspeicher eine Steuerwort-Sendeeinheit
zur Übertragung von Worten aus dem gespeicherten Wortschatz
an die Spracheingabeeinheit, und die Spracheingabeeinheit hat
entsprechend eine Steuerwort-Empfangseinheit zum Empfang der
Steuerworte, ein Mikrofon und eine nachgeschaltete NF-Stufe
zur Spracheingabe, eine Sprechermerkmals-Extraktionsstufe
(Spracherkenner) und eine Sprechermerkmals-Sendestufe zur Übermittlung
eines extrahierten Sprechermerkmalssatzes an das
jeweilige Zugangssteuergerät. Letzteres verfügt außerdem über
eine entsprechende Sprechermerkmals-Empfangsstufe, einen
Sprechermerkmals-Referenzspeicher zur Speicherung von Sprechermerkmalen
vorbestimmter Benutzer sowie eine Sprechermerkmals-Vergleichereinheit,
die in Abhängigkeit vom Ergebnis eines
Vergleiches der aktuell ermittelten Sprechermerkmale mit
vorgespeicherten Sprechermerkmalen ein Zugangs-Freigabesignal
oder aber Zugangs-Sperrsignal erzeugt.
Die mobile Spracheingabeeinheit umfaßt zweckmäßigerweise einen
zwischen die Steuerwort-Empfangseinheit und die Sprechermerkmals-Extraktionsstufe
bzw. den Spracherkenner geschalteten
Zwischenspeicher für die von dem Zugangssteuergerät empfangenen
ausgewählten Steuer- bzw. Identifikationsworte, ebenso
wie das Zugangssteuergerät zweckmäßigerweise eine zwischen
die Sprechermerkmals-Empfangsstufe und die Sprechermerkmals-Vergleichereinheit
geschalteten Sprechermerkmals-Zwischenspeicher
für die von der Spracheingabeeinheit empfangenen
Sprechermerkmale aufweist. Diese Speicher können permanent
oder semi-permanent sein und für ein und dasselbe Zugangssteuergerät
im Zusammenwirken mit ein und derselben
Spracheingabeeinheit in einem Gesamtsystem aus mehreren
Spracheingabeeinheiten und/oder Zugangssteuergeräten, je nach
konkreter Systemkonfiguration, eine mehr oder weniger langfristige
Speicherung einer Steuer- bzw. Identifikationswortmenge
bzw. der Merkmale eines einsprechenden Zugangswilligen
sichern.
Nach obigem finden die Spracheingabe und die Merkmalsextraktion
an der mobilen Spracheingabeeinheit statt. In dieser ist
jedoch in der bevorzugten Ausführung nicht die Kenntnis darüber
verankert, welche Worte von einem zugangswilligen Benutzer
zum Zwecke der Sprecherverifikation eingesprochen werden
sollen. Sobald eine Spracheingabeeinheit in Verbindung
mit einem Zugangssteuergerät kommt, überträgt die Spracheingabeeinheit
beispielsweise einen Benutzernamen oder Benutzercode
an das Zugangssteuergerät. Dieses übermittelt im Gegenzug
Worte oder einen Text, anhand dessen die Sprecherverifikation
für den zugangswilligen Benutzer ausgeführt werden
soll. (Diese Worte bzw. dieser Text werden hier kurz als
"Steuerworte" bezeichnet.) Diese Steuerworte werden in einer
bevorzugten Ausführung über einen Zufallsgenerator aus einer
vorgegebenen Liste (Wortschatz) ausgewählt.
Die nächste Aufgabe der mobilen Spracheingabeeinheit besteht
dann darin, diese vom Benutzer einzusprechenden Worte in einem
Verifikationsdialog zu präsentieren, den Benutzer zur
Spracheingabe aufzufordern und seine Sprachäußerung aufzunehmen.
Hierzu werden an sich bekannte Displays mit Menüführung
und Audio-Frontends eingesetzt.
Anschließend wird mit an sich bekannten Strukturen und Algorithmen
der Spracherkennung - insbesondere auf der Basis eines
Hidden-Markov-Modells oder neuronalen Netzes - die erwähnte
Extraktion der Sprechermerkmale ausgeführt. Diese werden
dann zurück an das Zugangssteuergerät übertragen und dort
mit vorher abgelegten Sprechermerkmalssätzen bzw. -vektoren
autorisierter Sprecher - insbesondere mit dem Sprechermerkmalsvektor
des durch den Namen oder Benutzercode gekennzeichneten
speziellen Benutzers - verglichen. Eine unter Einsatz
eines Schwellwertdiskriminators ausgeführte Klassifikationsstufe
des Zugangsgerätes entscheidet dann im Ergebnis einer
statistischen Auswertung, ob die Sprachmuster einander hinreichend
ähnlich sind, und gibt im Ergebnis dieses Vergleiches
ein Zugangs-Freigabesignal oder Zugangs-Sperrsignal aus.
Es versteht sich, daß die Anordnung für einen einzelnen berechtigten
Benutzer trainiert bzw. initialisiert sein kann
und nur für diesen der Zugang freigegeben wird; im allgemeinen
wird aber der Sprechermerkmals-Referenzspeicher des Zugangssteuergerätes
eine Mehrzahl von jeweils über einen Benutzernamen
oder Benutzercode adressierbaren Sprechermerkmals-Speicherbereichen
aufweisen.
Die Kommunikation zwischen der Spracheingabeeinheit und dem
Zugangssteuergerät bzw. den Zugangssteuergeräten läuft zweckmäßigerweise
als drahtlose Kommunikation, insbesondere auf
einer Funkstrecke. Als bevorzugt werden derzeit eine
Funkstrecke auf Basis des Bluetooth- oder DECT-Standards
(beispielsweise bei einem Schnurlostelefon) und die Nutzung
eines Mobilfunknetzes mit Sprach- und Datenübertragung nach
dem GSM- oder UMTS-Standard angesehen. Hierbei sind insbesondere
die Wortschatz-Sendeeinheit und die Sprechermerkmals-Empfangsstufe
des jeweiligen Zugangssteuergerätes und die
Wortschatz-Empfangseinheit und die Sprechermerkmals-Sendestufe
der Spracheingabeeinheit als Funksende- bzw. -empfangseinheiten
ausgebildet. Grundsätzlich ist auch der Einsatz
von bewährten Infrarot-Schnittstellen möglich.
Bei der bevorzugten Ausführung der Sprechermerkmals-Extraktionsstufe
mit einem phonem-basierten Hidden-Markov-Modell
ist es nicht erforderlich, daß die als Referenz dienenden
vorgespeicherten Sprechermerkmale aus den aktuell als Steuerworte
dienenden Worten gewonnen wurden. Vielmehr können durch
das Zugangssteuergerät für jeden zugangswilligen Benutzer
und/oder bei jedem Zugangsversuch oder aber auch in periodischen
Abständen neue Steuerworte vorgegeben werden, ohne daß
ein erneutes Training des Spracherkenners in der Spracheingabeeinheit
erforderlich wäre.
In diesem Zusammenhang spielt das Training oder Enrollment
eine wichtige Rolle. Dieses ist grundsätzlich in zwei Teile
zu unterteilen, nämlich die Aufnahme eines Wortes bzw. einer
Sprachäußerung und die Berechnung der Merkmale auf der
Spracheingabeeinheit einerseits und die Ablage der Merkmale
mit einem Sprecheridentifikationscode auf einem Zugangsgerät
andererseits. Diese beiden Teile des Enrollment können auch
zeitlich getrennt voneinander durchgeführt werden, und insbesondere
können einmal auf einer Spracheingabeeinheit gewonnene
Sprechermerkmale an verschiedene Zugangsgeräte übertragen
werden.
Insgesamt erbringen die vorgeschlagene Anordnung und das vorgeschlagene
Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber
bekannten Verfahren:
- Die zur Erlangung der Zugangsberechtigung einzusprechenden Worte können (gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung) nicht durch vorab hergestellte Tonaufzeichnungen gefälscht werden, da seitens des Zugangsgerätes fallweise entschieden wird, welche Worte zur Erlangung der Zugangsberechtigung eingesprochen und analysiert werden.
- Bei den Zugangsgeräten sind als Komponenten zur Sprecherverifikation lediglich die Komponenten für die Wortauswahl, Referenzmerkmalsspeicherung und Klassifikation bzw. Schwellwertdiskriminierung vorzusehen, und dies führt zu einer Vereinfachung und Kostenreduzierung auf Seiten der Zugangsgeräte.
- Da der Merkmalsvergleich und die Klassifikation bzw. Schwellwertdiskriminierung beim Zugangsgerät stattfinden, ist das System insgesamt gut gegen ein Eindringen von außen geschützt. Eine besonders starke Verschlüsselung der Kommunikation zwischen der Spracheingabeeinheit und den Zugangsgeräten ist nicht erforderlich, da die zur Sprecherverifikation herangezogenen Worte vor Einleitung der Zugangsprozedur ohnehin nicht bekannt sind.
- Der verarbeitungsintensive Teil der Sprecherverifikation, nämlich die Merkmalsextraktion, findet bei der Spracheingabeeinheit statt, die für eine Vielzahl von Zugangssteueraufgaben genutzt werden kann. Hierdurch reduziert sich insgesamt der Hardware- und Softwareaufwand bei komplexen Zugangssteuersystemen.
- Bei geeigneten Realisierungsformen (Mobiltelefon, Schnurlostelefon o. ä.) kann auf Seiten der Spracheingabeeinheit ein Audio-Frontend (Mikrofon, A/D-Wandler, eventuell digitaler Signalprozessor) genutzt werden, das ohnehin bereits vorhanden ist.
- Der zeitintensive Teil des Enrollment, nämlich die (insbesondere mehrfache) Aufnahme und Merkmalsextraktion eines Trainings-Wortschatzes, braucht nur einmal in der Spracheingabeeinheit für verschiedene Zugangssteueranwendungen ausgeführt werden. Da die Ergebnisse bei der Anmeldung an einem neuen - natürlich systemkompatiblen - Zugangssteuergerät wiederverwendet werden, wird diese Anmeldung wesentlich verkürzt und insgesamt die Handhabung des Zugangssystems für den Nutzer vereinfacht und bequem gestaltet.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im
übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden skizzenartigen
Beschreibung von Ausführungsbeispielen, teilweise
anhand der Figur.
Diese zeigt skizzenartig in einem Funktions-Blockschaltbild
eine komplexe Zugangssteuerkonfiguration 1 aus mehreren per
Sprecherverifikation zugangsgesteuerten Geräten oder Gegenständen
bzw. Raumbereichen, nämlich einem Fernsehgerät 3, einer
Computeranlage 5, einem Safe 7 und einer Garagentoranlage
9, die jeweils ein Zugangssteuergerät 3', 5', 7' bzw. 9' aufweisen,
und einem Mobiltelefon 11 als Spracheingabeeinheit.
Die Zugangssteuergeräte 3' bis 9' weisen jeweils einen Wortschatzspeicher
3a bis 9a, eine mit diesem verbundenen Steuerwort-Auswahlstufe
3b bis 9b und eine mit dieser verbundene
Steuerwort-Sendestufe 3c bis 9c zur Speicherung, Auswahl und
Übermittlung von Steuerworten für die Sprecherverifikation
eines jeweils zugangswilligen Benutzers an die Spracheingabeeinheit
11 auf.
Diese hat eine Steuerwort-Empfangseinheit 11a zum Empfang der
jeweiligen Steuerworte und eine Anzeigeeinheit 11b zur Anzeige
der einzusprechenden Steuerworte für den Benutzer. Weiter
hat sie ein Audio-Frontend 11c für die Spracheingabe durch
den Benutzer und eine mit dem Audio-Frontend einerseits und
der Steuerwort-Empfangseinheit andererseits verbundene, als
Spracherkenner mit einem Hidden-Markov-Modell ausgeführte
Sprechermerkmals-Extraktionsstufe 11d sowie eine mit dem Ausgang
der Sprechermerkmals-Extraktionsstufe 11d verbundene
Sprechermerkmals-Sendestufe 11e zur Übermittlung von aus der
Spracheingabe extrahierten Sprechermerkmalen an die Zugangssteuergeräte
3' bis 9'. (Insoweit geht die Funktionalität der
Spracheingabeeinheit 11 über diejenige eines normalen Mobiltelefons
hinaus, es wird im Beispiel aber angenommen, daß die
Spracheingabeeinheit durch ein entsprechend "aufgerüstetes"
Mobiltelefon gebildet ist. Die üblichen Komponenten eines
solchen sind nicht dargestellt und werden hier nicht beschrieben.)
Die aktuell ermittelten Sprechermerkmale werden in den Zugangssteuergeräten
3' bis 9' jeweils durch eine Sprechermerkmals-Empfangsstufe
3d bis 9d empfangen, die ihrerseits mit
einer Sprechermerkmals-Vergleichereinheit 3e bis 9e verbunden
ist. Diese ist weiterhin mit einem Sprechermerkmals-Referenzspeicher
3f bis 9f zur Speicherung von Sprechermerkmalen eines
vorbestimmten Benutzerkreises als Referenz für die Sprecherverifikation
verbunden und dient zum Vergleich der aktuell
ermittelten mitgespeicherten Sprechermerkmalsvektoren und
zur Ausgabe eines Übereinstimmungsmaßes im Ergebnis eines
statistischen Vergleichsvorganges.
Ihr nachgeschaltet ist jeweils eine Klassifikatorstufe
(Schwellwertdiskriminator) 3g bis 9g zur Klassifizierung des
Vergleichsergebnisses an einem vorbestimmten Schwellwert des
Übereinstimmungsmaßes. Diese Klassifikatorstufe gibt letztlich
in Abhängigkeit vom Ergebnis der Schwellwertdiskriminierung
ein Zugangs-Freigabesignal oder Zugangs-Sperrsignal als
finales Steuersignal der Speicherverifikation aus. Die
Schwellwerte können bei den einzelnen Zugangssteuergeräten in
Abhängigkeit von der gewünschten Stärke des Schutzes vor unbefugter
Benutzung des jeweiligen zu sichernden Raumes oder
Systems unterschiedlich gewählt sein. Ebenso können die Wortschätze
der einzelnen Zugangssteuergeräte unterschiedlich gewählt
sein, und der Umfang des jeweils aus dem Gesamt-Wortschatz
ausgewählten Steuerwort-Satzes oder Steuertextes für
die Sprecherverifikation kann unterschiedlich groß sein.
Die Zuordnung des zugangswilligen Benutzers erfolgt bei dieser
Ausführung durch eine (nicht dargestellte) Auswertung von
an die Zugangssteuergeräte - die natürlich ein Mobilfunk-Sende-/Empfangsteil
aufweisen müssen - übermittelten Daten von
der SIM-Karte des Mobiltelefons 1. Dies erhöht zusätzlich die
Sicherheit vor unbefugtem Zugang zu den Geräten, da bereits
die Benutzung des Mobiltelefons 11 nur nach Aktivierung einer
ausschließlich dem Nutzer bekannten PIN möglich ist.
In einer modifizierten, nicht dargestellten Ausführung ist
als erster Schritt des Zugangs-Procederes das Einsprechen des
Namens des Benutzers und dessen Übertragung an das jeweilige
Zugangssteuergerät zur Adressierung eines Sprechermerkmals-Referenzspeichers
vorgesehen, der eine Mehrzahl von über die
Benutzernamen adressierbaren Speicherbereichen für Sprechermerkmalssätze
aufweist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht den Einsatz der Bluetooth-Technologie
für die drahtlose Kommunikation zwischen
einer Spracheingabeeinheit und den Zugangssteuergeräten vor.
Als Spracheingabeeinheit, insbesondere für den Heimbereich,
dient hier beispielsweise ein mit einem Bluetooth-Modul nachgerüstetes
Schnurlostelefon oder auch ein PDA bzw. Handheld-PC,
in das bzw. den die oben erwähnte Sprechermerkmals-Extraktionsstufe
integriert ist. Das Vorhandensein der erforderlichen
Audio-Komponenten ermöglicht auch hier eine kostengünstige
Realisierung der Spracheingabeeinheit.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen
Beispiele beschränkt, sondern im Rahmen der anhängenden
Ansprüche auch in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich,
die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
Claims (18)
- Sprachgesteuerte Zugangssteueranordnung (1) mit mindestens einem Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') zur Freigabe oder Sperrung eines Zuganges, insbesondere zu einem abgegrenzten Raumbereich (7, 9), technischen Gerät (3, 5) oder Daten- oder Telekommunikationsnetz, und einer mit dem Zugangssteuergerät über eine, insbesondere drahtlose, Nachrichtenverbindung verbundenen mobilen Spracheingabeeinheit (11).
- Zugangssteueranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das oder jedes Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') einen Steuergerät-Wortschatzspeicher (3a, 5a, 7a, 9a) zur Speicherung eines vorbestimmten Wortschatzes,
eine Steuerwort-Sendeeinheit (3c, 5c, 7c, 9c) zur Übertragung von Worten aus dem gespeicherten Wortschatz an die Spracheingabeeinheit (11) als Steuerworte,
eine Sprechermerkmals-Empfangsstufe (3d, 5d, 7d, 9d) zum Empfang von in der Spracheingabeeinheit extrahierten Sprechermerkmalen,
einen Sprechermerkmals-Referenzspeicher (3f, 5f, 7f, 9f) zur Speicherung von Sprechermerkmalen vorbestimmter Benutzer als Merkmalsvektoren sowie
eine Sprechermerkmals-Vergleichereinheit (3e, 5e, 7e, 9e) zum Vergleich aktuell ermittelter mit gespeicherten Sprechermerkmalsvektoren und zur Ausgabe eines Zugangs-Freigabesignals oder Zugangs-Sperrsignals in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis aufweist und
die Spracheingabeeinheit (11) eine Steuerwort-Empfangseinheit (11a) zum Empfangen der von dem Steuergerät übertragenen Steuerworte,
eine Steuerwort-Anzeigeeinheit (11b),
Mittel zur Spracheingabe (11c),
eine mit den Mitteln zur Spracheingabe und mindestens mittelbar mit der Wortschatz-Empfangseinheit verbundene Sprechermerkmals-Extraktionsstufe (11d) zur Gewinnung eines Sprechermerkmalssatzes und
eine Sprechermerkmals-Sendestufe (11e) zur Übermittlung des extrahierten Sprechermerkmalssatzes an das Zugangssteuergerät aufweist. - Zugangssteueranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spracheingabeeinheit (11) einen zwischen die Steuerwort-Empfangseinheit (11a) und die Sprechermerkmals-Extraktions-stufe (11d) geschalteten Steuerwort-Zwischenspeicher und
das Zugangssteuergerät einen zwischen die Sprechermerkmals-Empfangsstufe (3d, 5d, 7d, 9d) und die Sprechermerkmals-Vergleichereinheit (3e, 5e, 7e, 9e) geschalteten Sprechermerkmals-Zwischenspeicher aufweist. - Zugangssteueranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das oder jedes Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9'), insbesondere dessen Steuerwort-Sendeeinheit (3c, 5c, 7c, 9c) und Sprechermerkmals-Empfangsstufe (3d, 5d, 7d, 9d), und die mobile Spracheingabeeinheit (11), insbesondere deren Steuerwort-Empfangseinheit (11a) und Sprechermerkmals-Sendestufe (11e), als Funksende- bzw. -Empfangseinheiten, insbesondere Mobilfunk-Sende- bzw. -Empfangseinheiten oder Bluetooth- oder DECT-Sende- bzw. -Empfangseinheiten, ausgebildet sind. - Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die mobile Spracheingabeeinheit (11) Mittel (11b) zur Benutzerführung bei der Spracheingabe aufgrund der vom Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') empfangenen Steuerworte aufweist. - Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das oder jedes Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') eine, insbesondere nach dem Zufallsgenerator-Prinzip arbeitende, Auswahleinrichtung (3b, 5b, 7b, 9b) zur fallweisen Auswahl eines Satzes von Steuerworten aus dem gespeicherten Wortschatz aufweist. - Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sprechermerkmals-Referenzspeicher (3f, 5f, 7f, 9f) des oder jedes Zugangssteuergerätes (3', 5', 7', 9') eine Mehrzahl von über einen Benutzernamen oder einen Benutzercode adressierbaren Sprechermerkmals-Speicherbereichen und
die Spracheingabeeinheit (11) einen Zwischenspeicher (11b) zur Speicherung eines eingegebenen Benutzernamens oder Benutzercodes aufweist, welcher mit der Sprechermerkmals-Sendestufe (11e) zur Übermittlung an das Zugangssteuergerät in Verbindung mit den extrahierten Sprechermerkmalen verbunden ist. - Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sprechermerkmals-Extraktionsstufe (11d) der Spracheingabeeinheit (11) als Spracherkenner ausgeführt ist, in dem ein zur Sprecherverifikation geeignetes Hidden-Markov-Modell oder neuronales Netz implementiert ist, welches für mindestens einen Benutzer, insbesondere für eine Mehrzahl von Benutzern, initialisiert bzw. initialisierbar ist. - Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine als Mobilfunk-Endgerät ausgebildete Spracheingabeeinheit (11) zur Übertragung von Benutzerdaten von der SIM-Karte an das Zugangssteuergerät ausgeführt ist und
das Zugangssteuergerät eine Auswertungseinrichtung zur Auswertung der übermittelten Benutzerdaten in Verbindung mit bei der Sprechermerkmals-Extraktion ermittelten Daten aufweist. - Verfahren zur Zugangssteuerung, insbesondere zu einem abgegrenzten Raumbereich (7, 9), technischen Gerät (3, 5) oder Daten- oder Telekommunikationsnetz, unter Auswertung von Sprachäußerungen mindestens eines Benutzers, aus denen mit Methoden der Spracherkennung ein Sprechermerkmalssatz abgeleitet wird, der mit mindestens einem vorgespeicherten Sprechermerkmalssatz verglichen wird, wobei im Ergebnis des Vergleiches der Zugang freigegeben oder gesperrt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Extraktion der Sprechermerkmale aus der Sprachäußerung und der Vergleich des Sprechermerkmalssatzes mit dem vorgespeicherten Sprechermerkmalssatz verteilt in einem Spracheingabegerät (11) einerseits bzw. einem Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') andererseits ausgeführt werden. - Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
für die Sprachäußerung vorgespeicherte Steuerworte aus einem Wortschatz vorgegeben, insbesondere nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, werden. - Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Wortschatz im Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') gespeichert wird, die Auswahl der Steuerworte im Zugangssteuergerät erfolgt und die ausgewählten Steuerworte in der Spracheingabeeinrichtung (11) zwischengespeichert und im Rahmen einer Benutzerführung an den Benutzer ausgegeben werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch
eine drahtlose Übertragung der ausgewählten Steuerworte vom Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') an die Spracheingabeeinheit (11) und der Sprechermerkmale von der Spracheingabeeinheit an das Zugangssteuergerät. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Spracheingabeeinheit (11) vor der Durchführung des Verfahrens in einem Enrollment ein Hidden-Markov-Modell oder ein neuronales Netz zur Spracherkennung initialisiert wird,
wobei sich jeder Sprecher durch Einsprechen von Identifizierungsworten identifiziert und aus den von ihm eingesprochenen Sprachdaten ein vorbestimmter Sprechermerkmalssatz extrahiert und zusammen mit dem Benutzernamen oder einem Benutzercode gespeichert wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, insbesondere Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sprachdaten zusammen mit dem gesprochenen Steuerwort und/oder einer entsprechenden phonetischen Transkription des Steuerwortes an ein Zugangssteuergerät übertragen und dort in einem Sprechermerkmals-Referenzspeicher abgelegt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß des Enrollment in die Schritte(1) Aufnahme des Steuerwortes und Extraktion der Sprechermerkmale und(2) Übertragung der Merkmale mit dem entsprechenden Steuerwort, der phonetischen Transkription und eines Benutzercodes oder -namens an ein Zugangssteuergerät aufgeteilt wird, - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
für jeden Vergleich eines aktuell gewonnenen Sprechermerkmalssatzes mit einem vorgespeicherten Sprechermerkmalssatz statistisch ein Übereinstimmungsmaß der Sprechermerkmale ermittelt,
eine Diskriminierung des Übereinstimmungsmaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert ausgeführt und
eine Freigabe des Zugangs nur dann ausgelöst wird, wenn das Übereinstimmungsmaß für den einsprechenden Benutzer oberhalb des Schwellwertes liegt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ablage der Steuerworte in dem Wortschatzspeicher der Zugangssteuergeräte jeweils durch die Ablage der entsprechenden phonetischen Transkription erweitert wird, um eine Spracherkennung auf Phonem-Basis zu erleichtern.
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