EP1342229A1 - Zugangssteueranordnung und verfahren zur zugangssteuerung - Google Patents

Zugangssteueranordnung und verfahren zur zugangssteuerung

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Publication number
EP1342229A1
EP1342229A1 EP01991751A EP01991751A EP1342229A1 EP 1342229 A1 EP1342229 A1 EP 1342229A1 EP 01991751 A EP01991751 A EP 01991751A EP 01991751 A EP01991751 A EP 01991751A EP 1342229 A1 EP1342229 A1 EP 1342229A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
access control
speaker
voice input
control device
access
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01991751A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Meinrad Niemöller
Reinhart Vogl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP01991751A priority Critical patent/EP1342229A1/de
Publication of EP1342229A1 publication Critical patent/EP1342229A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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.
  • Electronic speaker verification or identification uses similar methods to speech recognition. However, their goal is not to convert speech into text, but to identify or verify a person based on their speech.
  • the known speaker verification systems are relatively complex and expensive and have therefore not yet been widely used.
  • the problem that conventional speech recognition systems have to be initialized or trained for the user or users in a process also called “enrollment” has also contributed to this. This problem has a particularly disadvantageous effect if a user has access to different areas of space, buildings , Devices, networks or the like must or would like to be obtained by speaker identification and each individual system must be trained beforehand.
  • the invention includes the basic idea that
  • the or each access control device comprises a corresponding one
  • Control unit vocabulary memory a control word transmission unit for transmitting words from the stored vocabulary to the voice input unit, and the voice input unit accordingly has a control word reception unit for receiving the control words, a microphone and a downstream LF stage for voice input, a speaker feature extraction stage (voice recognizer ) and a speaker feature transmission stage for transmitting an extracted speaker feature set 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 of predetermined users and a speaker feature comparator unit, which generates an access release signal or an access blocking signal depending on the result of a comparison of the currently determined speaker features with pre-stored speaker features.
  • the mobile voice input unit expediently comprises a buffer for the selected control or identification words received by the access control device, which is connected between the control word reception unit and the speaker feature extraction stage or the speech recognizer, as well as the access control device expediently one between the speaker feature reception stage and the speaker feature comparator unit switched speaker feature
  • Has buffer for the speaker features received by the voice input unit can be permanently nent or semi-permanent and for one and the same access control device in cooperation with one and the same voice input unit in a total system of several voice input units and / or access control devices, depending on the specific system configuration, a more or less long-term storage of a control or identification word set or the Ensure characteristics of an opposing access person.
  • the voice input and the feature extraction take place on the mobile voice input unit.
  • this does not anchor knowledge of which words should be spoken by a user willing to access for the purpose of speaker verification.
  • the voice input unit transmits, for example, a user name or user code to the access control device.
  • this transmits words or a text on the basis of which the speaker verification is to be carried out for the user willing to access.
  • control words are selected from a predetermined list (vocabulary) via a random generator.
  • the next task of the mobile voice input unit is then to present these words to be spoken in by the user in a verification dialog, to prompt the user for voice input and to record his voice utterance.
  • Known displays with menu navigation and audio front ends are used for this.
  • the structures and algorithms of speech recognition known per se - in particular on the basis of a hidden Markov model or neural network - are used to carry out the extraction of the speaker features mentioned. These are then transferred back to the access control device and there with previously stored speaker feature sets or vectors of authorized speakers - in particular with the speaker feature vector of the special user identified by the name or user code - compared.
  • a classification level of the access device implemented using a threshold value discriminator then decides in the result of a statistical evaluation whether the speech patterns are sufficiently similar to one another and, as a result of this comparison, outputs an access release signal or access blocking signal.
  • the arrangement can be trained or initialized for an individual authorized user and only for this access is released; in general, however, the speaker feature reference memory of the access control device will have a plurality of speaker feature memory areas, each of which can be addressed via a user name or user code.
  • the communication between the voice input unit and the access control device or the access control devices expediently runs as wireless communication, in particular on a radio link.
  • a radio link based on the Bluetooth or DECT standard (for example in the case of a cordless telephone) and the use of a mobile radio network with voice and data transmission according to the GSM or UMTS standard are currently regarded as preferred.
  • the vocabulary transmission unit and the speaker feature reception stage of the respective access control device and the vocabulary reception unit and the speaker feature transmission stage of the voice input unit are designed as radio transmission or reception units.
  • the use of proven infrared interfaces is also possible.
  • the access control device is given new control words for each user willing to access and / or with each access attempt or also at periodic intervals without the need for a renewed training of the speech recognizer in the speech input unit.
  • training or enrollment plays an important role. This is basically to be divided into two parts, namely the inclusion of a word or a speech and the calculation of the characteristics on the
  • the words to be spoken in order to obtain access authorization cannot be falsified by pre-produced sound recordings, since the access device decides on a case-by-case basis which words are spoken and analyzed in order to obtain access authorization.
  • the processing-intensive part of the speaker verification takes place at the voice input unit, which can be used for a variety of access control tasks. This reduces the overall hardware and software expenditure for complex access control systems.
  • an audio front end can be used on the part of the voice input unit, which is already present anyway.
  • this shows a complex access control configuration 1 consisting of several devices or objects or room areas controlled by speaker verification, namely a television set 3, a computer system 5, a safe 7 and a garage door system 9, each of which has an access control unit 3 ', 5 ', 7' and 9 ', and a mobile phone 11 as a voice input unit.
  • a complex access control configuration 1 consisting of several devices or objects or room areas controlled by speaker verification, namely a television set 3, a computer system 5, a safe 7 and a garage door system 9, each of which has an access control unit 3 ', 5 ', 7' and 9 ', and a mobile phone 11 as a voice input unit.
  • the access control devices 3 'to 9' each have a vocabulary memory 3a to 9a, a control word selection stage 3b to 9b connected to it and a control word transmission stage 3c to 9c connected to this for storing, selecting and transmitting control words for speaker verification each accessable user to the voice input unit 11.
  • Speaker feature transmission stage 1 for transmitting speaker features extracted from the voice input to the access control devices 3 'to 9'.
  • the functionality of the voice input unit 11 goes beyond that of a normal mobile telephone, but it is assumed in the example that the voice input unit is formed by an appropriately “upgraded” mobile phone. The usual components of such are not shown and are not described here .
  • the currently determined speaker characteristics are each in the access control devices 3 'to 9' by a speaker mals reception stage 3d to 9d received, which in turn is connected to a speaker feature comparator unit 3e to 9e. This is also connected to a speaker feature reference memory 3f to 9f for storing speaker features of a predetermined user group as a reference for speaker verification and is used to compare the currently determined speaker feature vectors and to output a measure of conformity as a result of a statistical comparison process.
  • a classifier stage for classifying the comparison result at a predetermined threshold of the measure of conformity.
  • this classifier stage ultimately issues an access enable signal or access lock signal as the final control signal for the memory verification.
  • the threshold values for the individual access control devices can be selected differently depending on the desired level of protection against unauthorized use of the respective room or system to be secured.
  • the vocabulary of the individual access control devices can be selected differently, and the scope of the control word set or control text for the speaker verification selected from the overall vocabulary can be of different sizes.
  • the assignment of the user willing to access is carried out in this embodiment by an evaluation (not shown) of data transmitted to the access control devices - which of course must have a mobile radio transmitter / receiver section - from the SIM card of the mobile phone 1. This additionally increases the Security against unauthorized access to the devices, since the use of the mobile phone 11 is only possible after activation of a PIN known only to the user.
  • the first step in the access procedure is to speak the Name of the user and its transmission to the respective access control device are provided for addressing a speaker feature reference memory which has a plurality of memory areas for speaker feature sets which can be addressed via the user names.
  • Another exemplary embodiment provides for the use of Bluetooth technology for wireless communication between a voice input unit and the access control devices.
  • a cordless telephone retrofitted with a Bluetooth module or a PDA or handheld PC serves as the voice input unit , into which the above mentioned speaker feature extraction stage is integrated.
  • the presence of the required audio components also enables the voice input unit to be implemented inexpensively.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

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).

Description

Beschreibung
ZugangsSteueranordnung und Verfahren zur ZugangsSteuerung
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 Be- nutzer 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 einer- seits 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 Zugangs- Steuerung 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 be- sonders 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 Sprecheridentifika- tionsVorganges 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 Ü- bermittlung eines extrahierten Sprechermerkmalssatzes an das jeweilige Zugangssteuerger t. Letzteres verfügt außerdem über eine entsprechende Sprechermerkmals-Empfangsstufe, einen
Sprechermerkmals-Referenzspeicher zur Speicherung von Sprechermerkmalen vorbestimmter Benutzer sowie eine Sprechermerk- mals-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 Sprecher- merkmals-Extraktionsstufe bzw. den Spracherkenner geschalteten Zwischenspeicher für die von dem Zugangssteuergerät empfangenen ausgewählten Steuer- bzw. Identifikationsworte, e- benso wie das Zugangssteuergerät zweckmäßigerweise eine zwischen die Sprechermerkmals-Empfangsstufe und die Sprecher- merkmals-Vergleichereinheit geschalteten Sprechermerkmals-
Zwischenspeicher für die von der Spracheingabeeinheit empfangenen Sprechermerkmale aufweist. Diese Speicher können perma- nent 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 wer- den 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 Sprecherverifi- kation 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 aufzuneh- men. 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 ei- nes 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 Klassifikations- stufe 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 Be- nutzernamen oder Benutzercode adressierbaren Sprechermerkmals-Speicherbereichen aufweisen.
Die Kommunikation zwischen der Spracheingabeeinheit und dem Zugangssteuergerät bzw. den Zugangssteuergeräten läuft zweck- mäßigerweise 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. -emp- fangseinheiten 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 Spracheinga- beeinheit 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 insbe- sondere können einmal auf einer Spracheingabeeinheit gewonnene Sprechermerkmale an verschiedene Zugangsgeräte übertragen werden.
Insgesamt erbringen die vorgeschlagene Anordnung und das vor- geschlagene Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren:
- Die zur Erlangung der Zugangsberechtigung einzusprechenden Worte können (gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfin- düng) 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, Re- ferenzmerkmalsspeicherung und Klassifikation bzw. Schwell- Wertdiskriminierung vorzusehen, und dies führt zu einer Vereinfachung und Kostenreduzierung auf Seiten der Zugangsgerä- te. - 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 Kommunika- tion 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 Merkma1sextraktion, findet bei der Spracheingabe- einheit statt, die für eine Vielzahl von Zugangssteueraufgaben genutzt werden kann. Hierdurch reduziert sich insgesamt der Hardware- und Softwareaufwand bei komplexen Zugangssteu- ersystemen.
- Bei geeigneten Realisierungsformen (Mobiltelefon, Schnurlostelefon o. ä.) kann auf Seiten der Spracheingabeeinheit ein Audio-Frontend (Mikrofon, A/D-Wandler, eventuell digita- 1er 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 skiz- zenartigen 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, ei- ner 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 Wort- schatzspeicher 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 Spracheingabe- einheit 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 lld sowie eine mit dem Aus- gang der Sprechermerkmals-Extraktionsstufe lld verbundene
Sprechermerkmals-Sendestufe lle zur Übermittlung von aus der Spracheingabe extrahierten Sprechermerkmalen an die Zugangs- Steuergeräte 3' bis 9'. (Insoweit geht die Funktionalität der Spracheingabeeinheit 11 über diejenige eines normalen Mobil- telefons 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 Sprechermerk- mals-Empfangsstufe 3d bis 9d empfangen, die ihrerseits mit einer Sprechermerkmals-Vergleichereinheit 3e bis 9e verbunden ist. Diese ist weiterhin mit einem Sprechermerkmals-Referenz- Speicher 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 (Schwellwertdiskri inator) 3g bis 9g zur Klassifizierung des Vergleichsergebnisses an einem vorbestimmten Schwellwert des Übereinstimmungsmaßes. Diese Klassifikatorstufe gibt letzt- lieh 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 un- befugter 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-Wort- schatz 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-Sen- de-/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 Sprecher- merkmalssätze 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 erfor- derlichen 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

Patentansprüche
1. Sprachgesteuerte Zugangssteueranordnung (1) mit mindestens einem Zugangssteuergerät (31, 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) .
2. ZugangsSteueranordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das oder jedes Zugangssteuergerät (3', 51, 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 Emp- fang 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 Sprecher- merkmals-Extraktionsstufe (lld) zur Gewinnung eines Sprechermerkmalssatzes und eine Sprechermerkmals-Sendestufe (lle) zur Übermittlung des extrahierten Sprechermerkmalssatzes an das Zugangssteuergerät aufweist.
3. Zugangssteueranordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spracheingabeeinheit (11) einen zwischen die Steuerwort- Empfangseinheit (11a) und die Sprechermerkmals-Extraktions- stufe (lld) geschalteten Steuerwort-Zwischenspeicher und das ZugangsSteuergerät einen zwischen die Sprechermerkmals- Empfangsstufe (3d, 5d, 7d, 9d) und die Sprechermerkmals-Vergleichereinheit (3e, 5e, 7e, 9e) geschalteten Sprechermerk- mals-Zwischenspeicher aufweist .
4. Zugangs Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das oder jedes Zugangssteuergerät (31, 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 (lle) , als Funksende- bzw. -Empfangseinheiten, insbesondere Mobilfunk-Sende- bzw. -Empfangseinheiten oder Bluetooth- oder DECT-Sende- bzw. -Empfangseinheiten, ausgebildet sind.
5. Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mobile Spracheingabeeinheit (11) Mittel (11b) zur Benutzerführung bei der Spracheingabe aufgrund der vom Zugangs- Steuergerät (3', 5', 7', 9') empfangenen Steuerworte auf- weist.
6. Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das oder jedes Zugangssteuergerät (31, 5', 7', 9') eine, ins- besondere nach dem Zufallsgenerator-Prinzip arbeitende, Auswahleinrichtung (3b, 5b, 7b, 9b) zur fallweisen Auswahl eines Satzes von Steuerworten aus dem gespeicherten Wortschatz aufweist.
7. Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sprechermerkmals-Referenzspeicher (3f, 5f, 7f, 9f) des oder jedes Zugangssteuergerätes (31, 5', 7', 9') eine Mehr- zahl 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-Sendestu- fe (lle) zur Übermittlung an das Zugangssteuergerät in Verbindung mit den extrahierten Sprechermerkmalen verbunden ist.
8. Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden An- sprüche, insbesondere einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sprechermerkmals-Extraktionsstufe (lld) 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.
9. Zugangssteueranordnung nach einem der vorangehenden An- sprüche, insbesondere einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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.
10. 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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 (31, 5', 7', 91) andererseits ausgeführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für die Sprachäußerung vorgespeicherte Steuerworte aus einem Wortschatz vorgegeben, insbesondere nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine drahtlose Übertragung der ausgewählten Steuerworte vom Zugangssteuergerät (3', 5', 7', 9') an die Spracheingabeeinheit (11) und der Sprechermerkmale von der Spracheingabeein- heit an das Zugangssteuergerät .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, insbesondere Anspruch 14 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Prozeß des Enrollment in die Schritte
(1) Aufnahme des Steuerwortes und Extraktion der Sprecher- merkmale und
(2) Übertragung der Merkmale mit dem entsprechenden Steuerwort, der phonetischen Transkription und eines Benutzercodes oder -namens an ein Zugangssteuergerät aufgeteilt wird, wobei Schritt (2) für mehrere Zugangssteuergeräte jeweils einzeln durchgeführt werden kann.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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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