Изобретение относится к области управления различными объектами, в частности, транспортными средствами, имеющими системы безопасности, например, с защитой от несанкционированного доступа посторонних лиц, на основе автоматического анализа речи пользователей, и может быть использовано при проектировании противоугонных систем автомобилей.
Известны технические решения по использованию речевого управления различными системами автомобиля без идентификации личности пользователя (US, патент N 4797924, кл. G 10 L 5/06, 1989 и US, патент N 4797924, кл. G 10 L 5/06, 1989 и US, патент N 5214707, кл. G 10 L 5/06, 1993).
Однако известные системы не реализуют функции дистанционного речевого кодирования и последующей верификации говорящего для целей защиты объектов от несанкционированного доступа, то есть не используют внешний канал связи для передачи кодированной информации пользователя именно для целей защиты, полностью исключающий вмешательство посторонних лиц.
Известна система безопасности транспортных средств, приводимая в действие голосом, и связанный с такой системой способ защиты от несанкционированного доступа (US, патент N 4856072, кл. H 04 B 1/00, 1989). Данное техническое решение, используемое в качестве прототипа, обеспечивает включение или выключение системы безопасности автомобиля на основе сравнения произносимых пользователем паролей с ранее записанными образами аналогичных паролей санкционированных пользователей. Такая система имеет внешний микрофон, подающий речевые сигналы в блок обработки, а микроЭВМ управляет блоком распознавания и синтеза речи, формирует управляющие сигналы для блока переключения сенсоров (предупредительная сирена, движение автомобиля, клавиатура набора кода оператором, зажигание, закрытие капота, блокировка дверей и зажигание фонарей). МикроЭВМ также контролирует блок ввода-вывода управляющих сигналов для сенсоров, команды речевого управления при сравнении с шаблонами одного или двух пользователей и обеспечивает цифровые сигналы, преобразуемый АЦП для внутреннего и внешнего громкоговорителей (блока формирования речевых сообщений для пользователя). ЭВМ анализирует речевую информацию, поступающую от оператора (пользователя), и при согласовании ее с образами распознавания формирует выбранные управляющие сигналы для блока распознавания, обеспечивающие функционирование соответствующих узлов автомобиля (стартер, зажигание и т.п.). Кроме того, ЭВМ обеспечивает обучение персонала (водителя) по принципу включения и отключения предупредительной сигнализации и исполнительных узлов транспортного средства. Предусмотрены система идентификации личности говорящего и блок управления узлами автомобиля.
Недостатком верификации с использованием голосовых образов (шаблонов) санкционированного пользователя является создание непреодолимых трудностей доступа такого пользователя в случае изменения его психофизиологического состояния, также влияющего на параметры голоса. В указанных системах отсутствует также возможность адаптации система верификации и индивидуальной вариативности голоса.
Последнее обстоятельство наиболее актуально для случая использования системы верификации в автомобиле, где санкционированный пользователь является хозяином и не должен иметь никаких сложностей в обращении с системой. Однако в упомянутом техническом решении (прототипе) полностью отсутствует возможность адаптации системы к пользователю, который может изменять по желанию степени защиты объекта, пороги принятия решений при верификации и распознавании команд в зависимости от речевых способностей и возможностей пользователя, отсутствует также регистрация голоса злоумышленника при несанкционированном доступе, что может быть существенно при его поиске и дальнейшем судебном разбирательстве.
Недостатком указанной системы является, кроме того, отсутствие в подобной системе эффективных способов защиты от насильственного захвата автомобиля ("Car Jacking"), а также наличие дополнительного электромеханического средства управления системой ("Train Swisch").
Настоящее изобретение касается способа управления функциональными органами транспортного средства с предотвращением его угона, а также систем для реализации такого способа, обеспечивающих недоступность к объекту несанкционированного пользователя и простоту и удобство работы санкционированного пользователя.
Подобные способ и система эффективны при обстоятельствах, когда голос пользователя изменен из-за болезни либо по другим физиологическим причинам, т.е. они адаптированы к речевым изменениям индивидуального пользователя.
Кроме того, изобретение создает необходимую защиту от насильственного захвата транспортного средства, создает возможность выбора требуемой степени защиты, обеспечивает регистрацию речи несанкционированных лиц, пытающихся проникнуть в транспортное средство и управлять им.
Для решения поставленных задач в способе управления функциональными органами транспортного средства с предотвращением его угона, заключающемся в инициализации системы защиты, введении пользователем в систему защиты речевых сообщений, анализе последних с речевой верификацией личности пользователя и распознаванием сущности сообщений, запоминании проанализированных речевых сообщений в качестве эталонных образов паролей и команд, сопоставлении вновь полученных образов паролей и команд с хранимыми эталонными образами и приведении в действие исполнительных механизмов управления или предупредительной сигнализации и блокировки функциональных органов транспортного средства в зависимости от результатов сопоставления в режиме обучения и рабочем режиме системы защиты, в режиме обучения последовательно формируют для пользователя речевые запросы на поэтапное введение им речевого верификационного пароля, речевых служебных паролей и речевых управляющих команд, при этом на первом этапе обучения анализируют поступивший от пользователя речевой верификационный пароль для верификации личности пользователя с учетом текстозависимых и текстонезависимых параметров, а на втором и третьем этапах соответственно речевые служебные пароли и речевые управляющие команды для распознавания их сущности с учетом только текстозависимых параметров, после завершения процедуры обучения формируют для пользователя речевое подтверждение завершения обучения и переводят систему защиты в рабочий режим.
Решению поставленных задач способствуют частные существенные признаки предложенного способа.
В режиме обучения речевой верификационный пароль вводят в систему защиты последовательно заданное число раз. Каждый из введенных в систему защиты речевых служебных паролей и каждую из введенных в систему защиты речевых управляющих команд анализируют и запоминают индивидуально.
Перед переводом отключенной системы защиты в рабочий режим формируют для пользователя речевой запрос на введение в систему речевого верификационного пароля, а после получения положительного результата верификации и перевода системы в рабочий режим речевое подтверждение перевода. В случае отрицательного результата первоначальной верификации личности пользователя вводят в систему защиты речевой верификационный пароль повторно до получения положительного результата верификации в пределах заданного числа раз.
Поступивший от пользователя речевой верификационный пароль анализируют для речевой верификации личности пользователя с учетом текстозависимых и текстонезависимых параметров. В рабочем режиме системы защиты поступившие от пользователя после подтверждения верификации речевые служебные пароли анализируют для распознавания их сущности с учетом текстозависимых параметров, а после получения положительного результата распознавания формируют для пользователя речевое подтверждение распознавания. Поступившие от пользователя после распознавания служебных паролей управляющие команды анализируют для распознавания их сущности также с учетом текстозависимых параметров, а после получения положительного результата распознавания опять же формируют для пользователя речевое подтверждение распознавания.
Перед обучением системы с дополнительным пользователем или переобучением с основным пользователем в систему защиты, находящуюся в рабочем режиме, верифицированным пользователем вводят сначала речевой служебный пароль, соответствующий процедуре обучения или переобучения, а после формирования в системе защиты речевого запроса о пользователе речевой служебный пароль, характеризующий выбранный режим обучения или переобучения.
При преднамеренной временной передаче управления транспортным средством несанкционированному пользователю в систему защиты, находящуюся в рабочем режиме, вводят речевой служебный пароль, характеризующий сопровождение пользователя, после его распознавания переводят систему защиты в состояние выжидания с отключенными исполнительными механизмами предупредительной сигнализации и блокировки функциональных узлов транспортного средства, затем вводят речевой служебный пароль на отмену данного состояния системы защиты и после его распознавания переводят систему в рабочий режим.
При насильственном захвате транспортного средства вводят речевой служебный пароль, характеризующий насильственный захват, и после его распознавания по истечении заданного периода времени приводят в действие исполнительные механизмы предупредительной сигнализации и блокировки функциональных органов транспортного средства.
При переобучении системы защиты, вызванном изменением голоса пользователя вследствие заболевания или изменения психофизиологического состояния, вводят в систему защиты речевой служебный пароль, характеризующий изменение голоса, после его распознавания речевой служебный пароль, соответствующий процедуре обучения, а после речевого запроса системы о пользователе речевой служебный пароль, характеризующий выбранный режим обучения.
При необходимости изменения степени защиты транспортного средства верифицированным пользователем вводят в систему защиты речевой служебный пароль, характеризующий изменение степени защиты, после его распознавания изменяют согласование между огибающей и речевым сообщением, а затем переходят к первому этапу обучения.
Для решения поставленных задач в систему защиты транспортного средства от угона по первому варианту, содержащую установленные на транспортном средстве узел речевой верификации личности пользователя и узел распознавания сущности речевых сообщений от пользователя, связанные входами с дистанционным микрофоном, узел адаптивного управления, входы которого соединены с выходом узла инициализации системы и через интерфейсный узел с выходами узла речевой верификации пользователя и узла распознавания сущности речевых сообщений от пользователя, а выходы подключены ко входу узла формирования речевых сообщений для пользователя и исполнительным механизмам управления, предупредительной сигнализации и блокировки функциональных органов транспортного средства, введен взаимосвязанный с узлом адаптивного управления узел памяти логических функций, предназначенный для хранения программ управления параметрами режимов системы и выбором текстонезависимых и текстозависимых параметров, узел речевой верификации личности пользователя выполнен с возможностью верификации на основе анализа текстонезависимых и текстозависимых параметров с формированием первого множества управляющих сигналов, узла распознавания сущности речевых сообщений от пользователя с возможностью выделения управляющих сигналов из первого множества с выработкой соответствующих команд исполнительным механизмам предупредительной сигнализации и блокировки функциональных органов транспортного средства, а также выделения управляющих сигналов из второго множества при выборе режима системы и изменении параметров на основе программ узла памяти логических функций с выработкой соответствующих команд узлу формирования речевых сообщений для пользователя и исполнительным механизмам управления функциональными органами транспортного средства.
Решению поставленных задач способствуют частные существенные признаки первого варианта предложенной системы защиты.
Узел речевой верификации личности пользователя содержит блок выделения текстонезависимых параметров для селекции параметров речи, специфичных для голоса пользователя, блок выделения текстозависимых параметров для выбора параметров речи, необходимых для распознавания высказывания пользователя, и подсистему верификации речевого верификационного пароля, входами соединенную с выходами узлов выделения текстонезависимых и текстозависимых параметров, объединенные входы которых являются входом данного узла.
Узел распознавания сущности речевых сообщений от пользователя содержит, в частности, блок выделения текстозависимых параметров для выбора параметров речи, необходимых для распознавания высказывания пользователя, и подсистему распознавания произведенных пользователем служебных паролей и управляющих команд, входом соединенную с выходом блока выделения текстозависимых параметров, вход которого является входом данного узла.
Для решения поставленных задач защиты транспортного средства от угона по второму варианту, содержащую установленные на транспортном средстве и соединенные последовательно узел речевой верификации личности пользователя и распознавания сущности речевых сообщений от пользователя, интерфейсный узел и узел адаптивного управления, один из входов которого соединен с выходом узла инициализации системы, а выходы подключены ко входу узла формирования речевых сообщений для пользователя и исполнительным механизмам управления, предупредительной сигнализации и блокировки функциональных органов транспортного средства, дистанционный микрофон, введены блок выделения текстонезависимых параметров для селекции параметров речи, специфичных для голоса пользователя, блок выделения текстозависимых параметров для выбора параметров речи, необходимых для распознавания высказывания пользователя, и взаимосвязанный с узлом адаптивного управления узел памяти логических функций, предназначенный для хранения программ управления процедурами защиты при перестройке режимов работы и параметров системы, а узел речевой верификации личности пользователя и распознавания сущности речевых сообщений от пользователя выполнен с подсистемой для верификации речевого верификационного пароля и подсистемой для распознавания произнесенных пользователем служебных паролей и управляющих команд, при этом входы первой подсистемы соединены с выходами блоков выделения текстонезависимых и текстозависимых параметров, а вход второй подсистемы с выходом блока выделения текстозависимых параметров, входы блоков выделения текстонезависимых и текстозависимых параметров связаны с дистанционным микрофоном, а выходы обеих подсистем являются выходами узла речевой верификации личности пользователя и распознавания сущности речевых сообщений от пользователя.
Решению поставленных задач способствуют частные существенные признаки, общие для обоих вариантов предложенной системы защиты.
Узел инициализации включает в себя ключ зажигания, а узел формирования речевых сообщений пользователя соединенные последовательно генератор речевых сообщений и громкоговоритель.
В систему защиты может быть введен блок записи речи при регистрации разговоров в транспортном средстве в ситуации несанкционированного доступа, причем его вход связан с дистанционным микрофоном, а выход с соответствующим входом узла адаптивного управления.
Узел адаптивного управления выполнен с возможностью управления задаваемыми голосами пользователя режимами включения и отключения системы защиты, изменения степени защиты, обучения и переобучения с основным пользователем, обучения с дополнительным пользователем, преднамеренной временной передачи управления транспортным средством несанкционированному пользователю, доступа в транспортное средство санкционированного пользователя при изменении его голоса вследствие заболевания или изменения психофизиологического состояния, защиты от насильственного захвата транспортного средства, регистрации голосов несанкционированных пользователей.
В систему защиты может быть введен узел верификации личности пользователя на основе физиологических параметров пользователя в виде отпечатков пальцев или подписи, или изображения лица, соединенный входом с блоком специальных сенсоров, а выходом с соответствующим входом узла адаптивного управления.
Дистанционный микрофон установлен в компактном автономном блоке, выполненном в виде брелка или очков, или часов, или медальона с возможностью передачи речевых сообщений по каналу радио-, теплового или иного излучения.
На фиг.1 представлена схема системы защиты транспортного средства от угона; на фиг.2 -диаграмма, определяющая символы, использованные на последующих диаграммах состояний; на фиг.3 -диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы в режиме обучения для распознавания речи основного пользователя; на фиг.4 диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы в режиме речевой верификации пользователя и контроля подсистем объекта; на фиг.5 диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы в режиме обучения для распознавания дополнительного пользователя и в режиме переобучения системы; на фиг.6 диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы, когда она использована для транспортного средства в режиме парковки камердинером ("Valet"); на фиг.7 -диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы, когда она использована для транспортного средства в режиме "Car Jacking" (насильственного захвата транспортного средства); на фиг.8 -диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы в режиме обучения системы для распознавания основного пользователя в случае изменения его(ее) голоса; на фиг.9 диаграмма состояний, иллюстрирующая работу системы в режиме изменения степени защиты объекта.
Система защиты транспортного средства от угона содержит (фиг.1) блок 1 выделения текстонезависимых параметров для речевой верификации пользователя, блок 2 выделения текстозависимых параметров для речевой верификации пользователя и целей управления и блок 3 записи речи несанкционированного пользователя, связанные входами с дистанционным микрофоном 4.
Из всей возможной совокупности спектрально-временных параметров речи блок 1 изолирует лишь те, которые являются в совокупности явно индивидуальными характеристиками голоса и манеры речи пользователя и не зависят от текста, который им произносится. Такими параметрами могут быть:
усредненный речевой основной тон, диапазон его девиации, форма частотного распределения основного тона и другие его характеристики;
усредненный речевой частотный спектр данного диктора в пределах всего диапазона анализа или поддиапазонов;
индивидуальный речевой ритм, определенный как смена тональных и нетональных частей речи;
значения индивидуальных высокочастотных формант.
Помимо этого, для данной цели могут быть использованы другие параметры, несущие информацию об индивидуальности говорящего.
Из упомянутой выше совокупности речевых параметров блок 2 выбирает набор, достаточный для надежного распознавания высказывания (слова или предложения). Такими параметрами могут быть, например, динамический спектр или другие динамические параметры, такие как изменения коэффициентов линейного предсказания во времени, причем распознаваемый элемент представляет речевую команду (слово или группу слов) как целое. Кроме того, могут быть использованы не только параметры, индивидуальные для речевого пароля или речевой команды как целое, но также те параметры, которые представляют индивидуальную характеристику для отдельных элементов речи, таких как фонемы или слоги, например, частоты формант.
Блок 3 служит для записи разговоров на объекте (в пассажирском салоне транспортного средства) в случае установления системой факта несанкционированного доступа.
Выходы блоков 1, 2 соединены с подсистемой 5 речевой верификации личности пользователя, которая использует следующие три уровня верификации личности говорящего.
Во-первых, проверяется семейство паролей. Этот режим распознавания близок к режиму независимости от говорящего ("Speaker-independent"). Могут быть использованы любые процедуры распознавания речи (слова, команды), принятые в теории автоматического распознавания речи, такие как динамическая временная свертка, маскируемые марковские модели или пофонемное распознавание.
Во-вторых, используются те же процедуры, которые упомянуты выше, но в режиме зависимости от говорящего ("Speaker-dependent"). В этом случае пороги распознавания являются узкими, а отсечки представляют пользователей, знающих пароли, но имеющих различные голоса или манеру произношения.
В-третьих, определяется индивидуальность говорящего на основе речи с учетом комбинации тесктонезависимых и текстозависимых параметров (описание блоков 1 и 2). Существует большое количество таких параметров, и решение принимается путем выбора, учитывая информативность параметров.
Выход блока 2 соединен также с подсистемой 6 распознавания сущности служебных паролей и управляющих команд (речевых сообщений). Подсистема 6 функционирует с использованием принципов, аналогичных им в подсистеме 5. Она использует процедуры, близкие к процедурам типа независимости от говорящего при распознавании управляющей команды, и типа зависимости от говорящего при распознавании служебного пароля.
Используя текстонезависимые и текстозависимые параметры, подсистема 5 формирует в курсе обучения образ голоса санкционированного пользователя, устанавливает в процессе верификации, является ли говорящий санкционированным пользователем, и формирует соответствующий сигнал для узла 7 адаптивного управления. В процессе обучения подсистема 6 формирует образы упомянутых выше речевых сообщений (при этом для служебных паролей формируются образы для распознавания в режиме "Speaker-dependent", а для управляющих команд образы для распознавания в режиме "Speaker-independent"), а в процессе распознавания осуществляет формирование управляющих сигналов в соответствии с каждым запомненным и распознанным ею сообщением служебным паролем или управляющей командой, а также передачу управляющих сигналов в узел 7 адаптивного управления.
Узел 7 соединен также с узлом 8 памяти логических функций, интерфейсным узлом 9 и ключом 10 зажигания, который служит для инициализации системы и является единственным ручным механическим средством, управляющим системой. Взаимодействие узла 7 адаптивного управления, с одной стороны, и блока 3, подсистем 1 и 2, генератора 11 речевых сообщений, формирующего такие сообщения, передаваемые через громкоговоритель 12 для извещения и инструктирования пользователя, и подсистем 13 объекта, с другой стороны, происходит предпочтительно через интерфейсный узел 9. Для такого объекта, как транспортное средство, подсистемы 13 означают замки дверей, стеклоподъемника, стеклоочистители, отопление-кондиционирование, освещение кабины, освещение салона, фары, зажигание, телефон, навигационную систему и т.п.
В соответствии с управляющими сигналами, сформированными подсистемами 5 и 6, и логическими функциями, хранимыми в узле 8, узел 7 управления контролирует выбор параметров, используемых этими подсистемами. Кроме того, он регулирует формирование эталонов (и способы такого формирования) и параметры алгоритмов распознавания подсистем 5, 6. Узел 7 также управляет рабочими режимами всей системы и ее взаимодействием с подсистемой транспортного средства. Узел 8 обеспечивает хранение программ рабочих режимов системы и упомянутого взаимодействия, а также выводит хранимые данные к узлу 7 управления в соответствии с распознанным служебным паролем.
Система защиты транспортного средства от угона функционирует следующим образом.
Речевой сигнал от пользователя поступает через микрофон 4 в блоки 1 и 2, причем блок 1 выделяет индивидуальные параметры речи пользователя, зависящие от лингвистической структуры (содержаний) высказывания, а блок 2 выделяет параметры, связанные с указанной структурой. Подсистема 6 формирует признаковые пространства и эталоны, необходимые для распознавания служебных паролей в режиме "Speaker-dependent" и управляющих команд в режиме "Speaker-independent". Служебные пароли предназначены для перестройки режимов системы и не должны быть доступны несанкционированному пользователю.
Управляющие сигналы, сформированные подсистемами 5 или 6, поступают в узел 7 адаптивного управления, который на основе поступающих сигналов считывает из узла 8 соответствующие программы выбора режимов системы (для случаев верификации или распознавания служебных паролей) или формирует управляющие сигналы непосредственно для приводов (исполнительных механизмов) (не показаны) систем транспортного средства (для случаев распознавания управляющих команд). Управляющие сигналы и программы выбора режимов системы транслируются через интерфейсный узел 9 на исполнительные механизмы автомобиля, а также на блоки и подсистемы самой системы.
В результате этих воздействий могут быть приведены в действие исполнительные механизмы систем автомобиля, перестроены параметры и алгоритмы речевых подсистем, организованы различные виды диалога пользователя с системой, переписаны в ПЗУ речевые сообщения несанкционированных пользователей, осуществлены различные режимы блокировки жизненно важных систем автомобиля, включены или выключены различные системы предупредительной сигнализации.
Блоки 1 и 2 могут быть реализованы на базе специальных аналоговых или цифровых устройств, например, на базе цифровых сигнал-процессоров, таких как TMS 320 или /pD 7720. Подсистемы 5 и 6, а также узел 7 адаптивного управления могут быть реализованы на базе универсальных микропроцессоров, например, Intel 188, 286, 386 и т.п. Для выполнения этих процедур могут быть использованы бортовые компьютеры автомобиля. В качестве генератора 11 может быть использована любая система синтеза речи, но более предпочтительна прямая запись в память необходимого объема речевых сообщений. Также на основе ЗУ или ЗУПВ могут быть реализованы блок 3 записи речи и узел 8 памяти логических функций, который может быть также программируемым блоком памяти (например, электрически программируемым ПЗУ).
Рассмотрим более подробно возможные режимы работы системы, которые инициализируются служебными паролями и обеспечиваются хранимыми в узле 8 логическими функциями (программами функционирования). Примеры таких режимов представлены на фиг.3-9.
На фиг.2 показаны определения символов, использованные на диаграммах состояний. Кружок 202 с символом громкоговорителя использован для определения речевых сообщений, сформированных системой, а кружок 204 с символом микрофона для определения речевых сообщений пользователя, направленных к системе.
На фиг. 3 представлен режим обучения системы голосу основного пользователя (хозяина). Предполагается, что в начальный момент система не обучена и находится в исходном состоянии 301. Инициализация системы в данном случае, т.е. этап 303, производится поворотом ключа 10 "Зажигание" в последнее устойчивое положение перед включением стартера. Система готова для начала процедуры обучения верификационному паролю, служебным паролям и управляющим командам.
Разделение высказываний пользователя на верификационные пароли, служебные пароли и управляющие команды вызывает соответствующие требования к ним в терминах распознавания и к их функциональному разделению.
Самое жесткое требование предъявляется к распознаванию верификационного пароля, используемого при идентификации "Друг или недоброжелатель". Следовательно, оно производится в строгом режиме "Speaker-dependent". Требуемый пароль повторяется N раз для обобщения его "в пределах" голоса пользователя и получения заключений "Держитесь с другом и избегайте недоброжелателя" по возможности с более высокой надежностью. Режим формирования отпечатка пароля в системе назначает первый тип формирующих образов и алгоритмических параметров.
Требования к служебному паролю менее строгие. Такой пароль служит для установки (или переустановки) системы в заданный режим работы, например, обучение, переобучение, "Valet", "Голос" и т.п. обсуждаемые более детально ниже. Ввод и верификация служебных паролей производятся в менее жестком режиме "Speaker-independent", который не требует их повторения при обучении системы и назначает второй тип формирующих образов и алгоритмических параметров.
Еще менее критично обучение управляющих команд, третий тип формирующих образов и алгоритмических параметров. Команды ("Двери", "Окна", "Фары" и т. п.), функцией которых является управление функциональными органами (подсистемами) транспортного средства, вводят и верифицируют в режиме "Speaker-independent", и они не требуют повторения.
Как только система готова к началу процедуры обучения паролю, служебным паролям и управляющим командам, на этапе 305 декларируется с помощью генератора 11 и громкоговорителя 12: "Система не обучена. Обучение. Произнесите Ваш пароль для верификации". Пользователь произносит пароль (этап 307) и для повышения надежности выполняет это N раз, где N предпочтительно равно 3. Система запоминает пароль на этапе 309. Запоминание может быть выполнено путем группового усреднения или обобщения, которое использует огибающую всех N выборок, и т.п. Переход "Нет" 309 305 действует, когда количество произнесенных повторений пароля меньше N.
Затем система переходит к последующей стадии запоминания K служебных паролей и запрашивает пользователя (на этапе 311): "Произнесите служебный пароль i" (1≅i≅K). На этапе 313 пользователь произносит соответствующий служебный пароль, система запоминает этот пароль на этапе 315 и запрашивает последующий один из K служебных паролей, который должен быть произнесен (например, "Valet", "Голос" и т.п.). Среди служебных паролей может быть пароль резервной верификации, выполняемой в режиме "Speaker-independent". Резервный пароль представляет второй ввод в систему.
Последняя стадия обучения представляет разучивание L управляющих команд, которое по аналогии со служебными паролями имеет этапы 317 ("Произнесение управляющей команды j", 1≅j≅L), 319 (ввод команды) и 321 (запоминание команды).
Окончательно система объявляет пользователю на этапе 323: "Обучение завершено. Счастливого пути" и устанавливает себя в рабочее состояние (325). В этом состоянии система формирует сигнал для разблокировки подсистем транспортного средства, способна принимать и выполнять все управляющие команды, а также оценивать служебные пароли. Как обсуждается ниже, система также может переупорядочивать саму себя при произнесении паролей в соответствии с логическими функциями, хранимыми в узле 8. Система остается в рабочем состоянии 325 до момента отключения ключа 10. После этого система переходит в режим "Откл" 401 (фиг.4), характеризующийся формированием сигнала для блокировки подсистем транспортного средства.
Фиг. 4 иллюстрирует процедуру верификации пользователя при посадке в автомобиль. Предполагается, что пользователь открывает автомобиль с использованием штатных (базовых) средств. Например, с помощью ключа или дистанционного пульта, воздействующего на штатную (базовую) систему безопасности (Security"), открывающую замки дверей и снимающую предусмотренные данной моделью "Security" блокировки автомобиля. После этого пользователь вставляет ключ 10 "Зажигание" и переводит его в последнее устойчивое положение перед положением "Стартер". При этом перевод пользователем ключа в положение "Стартер" не позволит завести автомобиль, поскольку система имеет единственные средства блокировки цепей автомобиля, которые могут быть сняты только при правильной верификации санкционированного пользователя.
В последнем устойчивом положении ключа "Зажигание" система инициализирована (этап 403). После этого система запрашивает на этапе 405: "Назовите Ваш пароль". Пользователь в течение заданного времени, скажем, пяти секунд, произносит пароль (этап 407). Система выполняет процедуру речевой верификации (этап 409) пользователя с использованием как лингвистической структуры пароля (содержание), так и индивидуальных характеристик голоса. В случае успешного завершения верификации система переходит в рабочее состояние, о чем сообщает фразой "Счастливого пути" (411), и снимает все свои блокировки с подсистем автомобиля. В случае отрицательного результата верификации система на этапе 413 дает пользователю еще две попытки. Если результат также отрицательный, система включает (415) средства оповещения о попытке несанкционированного доступа (сирена, мигание фарами, радиосигнал и т.п.) и может дополнительно включить другие аварийные средства, например, блокировку дверей и т. п. Тот же результат будет возникать, если пароль не будет произнесен три раза в течение заданного временного интервала, установленного по желанию пользователя.
В рабочем состоянии 417, которое в основном аналогично рабочему состоянию 325, система готова воспринимать пользователя, который высказывает на этапе 419 инструкцию в форме управляющей команды или служебного пароля. Система реагирует на произнесенную инструкцию и формирует управляющий сигнал для передачи к узлу 7 адаптивного управления (этап 421), после чего последовательность этапов 419 421 может быть повторена с другим служебным паролем или управляющей командой (см. фиг.4 без позиций).
На фиг.5 представлена диаграмма режима обучения дополнительного пользователя (пользователей) или переобучения при начальном состоянии 501 системы, таком же, как состояние 417 на фиг.4. Процедура обучения может быть инициирована только основным пользователем. После произнесения (503) служебного пароля, связанного с процедурой обучения, хранимой в узле 8 памяти логических функций, система запрашивает на этапе 505: "Который пользователь?". Далее возможны три реакции основного пользователя по выбору.
Переход, начинающейся на этапе 507 с вопросом пользователя: "Основной?", далее следует к описанной выше процедуре, иллюстрированной на фиг. 3 от этапа 305 ниже к рабочему состоянию. В этом случае происходит переобучение системы на голос основного пользователя по новому паролю вместо предыдущего пароля, который может быть указан для дополнительного пользователя, либо новый пароль может быть совместно использован с предшествующим для собственных целей основного пользователя.
Второй переход начинается на этапе 509 с вопроса к системе: "Первый дополнительный" или "Второй дополнительный?" и т.д.
Затем следует описанная выше процедура, иллюстрированная на фиг.3 для обучения системы на голос дополнительного пользователя, только за исключением ввода пароля для запроса процедуры обучения. Этот вариант также завершается при достижении исходного состояния.
Третий выбор представляет исключение (отмену). После соответствующей команды на этапе 511 система возвращается в рабочее состояние.
Фиг. 6 иллюстрирует режимы "Valet" ("Камердинер" или "Сопровождение"). Необходимость указанного режима связана с наличием практических ситуаций, когда пользователь вынужден временно передать управление транспортным средством другим лицам (несанкционированным пользователям), например, при парковке в отелях, на стоянках, технических станциях и т.п. В этих случаях целесообразно временно отключить систему, оставив невозможность быстрого ее включения. Начальное состояние системы рабочее (этап 601, который соответствует 417). После произнесения пользователем (603) пароля, соответствующего процедуре "Valet", система адекватно реагирует на этап 605 и управляющий сигнал поступает в узел 7 управления. Он инициирует режим "Valet", извлекая из узла 8 памяти соответствующую логическую функцию. При управлении от этой функции (программы) система переходит к этапу 607 ожидания, характеризующемуся тем, что во все время действия этого режима, независимо от положения ключа "Зажигание", включены все блокировки системы и она реагирует только на служебный пароль, отменяющий режим "Valet" (609), игнорируя все остальные команды и пароли пользователя. В этом случае при инициализации ключом "Зажигание" система не переходит из режима "Valet" ни в одном из режимов ("Верификация" и т. п. ), до момента произнесения пользователем служебного пароля, соответствующего отмене режима "Valet", после чего система переходит в рабочее состояние и выводит соответствующий сигнал к узлу 7 управления на этапе 611, когда система установлена в рабочем состоянии 613 (эквивалентном 601).
На фиг.7 показана диаграмма состояний, иллюстрирующая режим "Car-jackling". Введение такого режима вызвано необходимостью противодействия распространенному насильственному захвату автомобиля. Сам захват автомобиля может осуществляться при различных обстоятельствах.
Первая ситуация. Двигатель автомобиля выключен (позиция 701, аналогичная 401). С помощью угроз преступники могут заставить пользователя инициировать систему защиты (используя ключ зажигания 10, на этапе 703, аналогичном 403), перевести ее в рабочее состояние с помощью верификационного пароля и/или далее перевести в режим "Valet". В этом случае пользователь на запрос системы "Назовите Ваш пароль" (на этапе 707) сообщает служебный пароль, соответствующий режиму "Car-jackling". Возникает полная имитация рабочего состояния. Однако, говоря "Счастливого пути" на этапе 709, система синхронно вырабатывает управляющую команду, направленную в узел 7 управления. По этой команде узел 7 инициирует выполнение логической функции "Car-jacklind", извлекаемой из узла 8 памяти. В результате через определенные интервалы задержек последовательно включаются (711) сигналы угона (радиосигнал, мигание фар, сирена и т.п.) и в дальнейшем блокировки. Первый интервал задержки дает возможность пользователю удалиться на безопасное расстояние от места происшествия. При действии сигналов сигнализации могут быть включены соответствующие системы тревоги автомобиля. Их описание выходит за рамки изобретения, хотя системы защиты инициируют такие сигналы.
Состояние "Car-jackling" снимается выключением ключа" "Зажигание" (713) и система переходит в состояние "Система выключена" (этап 715, аналогичный 401), когда она подготовлена к циклу верификации. Сигналы предупредительной сигнализации могут быть отключены, например, снятием питания сирены или некоторыми другими действиями в используемой системе "Sicurity" автомобиля. Хотя даже после снятия предупредительных сигналов автомобиль может быть приведен в действие только с использованием голоса основного пользователя.
Вторая ситуация. Двигатель автомобиля включен. Система находится в рабочем состоянии (717). Под действием угроз пользователь вынужден покидать салон автомобиля. Если при этом он (она) может (719, аналогичен 707) произнести служебный пароль, соответствующий включению режима "Car-jackling", система не реагирует и переходит к этапу 711, с вводом которого повторяется первая ситуация. Если пользователь выключает ключ "Зажигание", то может повториться вся вышеописанная ситуация.
Фиг. 8 представляет диаграмму состояний, соответствующую режиму "Голос", который может быть инициирован пользователем при существенных изменениях его (ее) голоса, вызванный заболеванием или изменением психофизилогического состояния. Система отключена (этап 801, аналогичный 401). После инициализации системы (на этапе 803, повторяющем 403) последняя запрашивает: "Назовите Ваш пароль" (этап 805, аналогичный 405) и пользователь произносит (на этапе 807) запасной вариант легко произносимого служебного пароля, эталоны которого сформированы в режиме "Speaker-independent". Образы "легко произносимого пароля" могут быть сформированы как в режиме "Speaker-independent", так и в режиме "Speaker-dependent". Это обеспечивает дополнительную защиту от возможного имитирования пароля, если он каким-то образом стал известен злоумышленнику. В случае любых сомнений при идентификации пользователя должна быть выполнена процедура повторного запроса пароля. В том случае, когда этот пароль был произнесен под угрозой, система может быть снабжена дополнительной подсистемой распознавания эмоционального стресса (не показана). В этом случае система будет вновь переходить в состояние 805 ("Назовите ваш пароль") вместо перехода в состояние 805 ("Выбор режима") и при попытке произнесения пароля еще раз (что не должно быть ситуацией, соответствующей параметрам режима "Голос") устанавливается режим "Car-jaekling".
При отсутствии описанных выше проблем система легко опознает данный пароль и запрашивает режим на этапе 809. Здесь возможны две ситуации.
Если в течение заданного интервала (такого, как пять секунд) команды не произнесены (отсутствует реакция пользователя), система переходит в режим "Valet" (этап 813, аналогичный 605), к этапу 815 ожидания в нем (аналогичному 607) и далее.
В случае произнесения (на этапе 817) пароля, соответствующего режиму обучения, система реагирует на этап 819 с вопросом: "Который пользователь?" (аналогично этапу 505) и может быть осуществлен режим обучения (точнее переобучения) системы к новому (измененному) состоянию голосе пользователя. Этот режим более сходен с процедурой, иллюстрированной на фиг.5.
Наконец, на фиг.9 иллюстрирован еще один режим работы системы, связанный с изменением степени защиты системы. Идея, лежащая в основе степени защиты, заключается в мере как бы "спрямленности" огибающей, проходящей над голосовым сообщением пользователя (пароль или служебный пароль, или управляющая команда). Чем более тесное согласование существует между огибающей и голосовым сообщением, тем меньше вероятность имитации сообщения санкционированного пользователя, что имеет первостепенную важность для пароля. Первоначальная настройка системы ориентирована на среднестатистического пользователя. В то же время существует ситуация, когда требуется другая степень защиты, диктуемая различными речевыми способностями пользователей и различными уровнями требований, предъявляемых ими к защищенности автомобиля данной системой. Этот режим варьирует порог принятия решений, изменяя, например, одну из констант верификационного алгоритма.
При нахождении системы в рабочем состоянии (этап 901, аналогичный 417) выполнение этого режима начинается с произведения (на этапе 903) служебного пароля, соответствующего изменению степени защиты. Система реагирует вопросом: "Степень защиты. Увеличить или уменьшить?". После произнесения соответствующей команды (этап 907 для "увеличить" или этап 909 для "уменьшить") пользователем система изменяет степень защиты на один шаг в направлении увеличения или уменьшения путем передачи управляющего сигнала к узлу 7 адаптивного управления на этапах 911 и 913 соответственно. Затем следует процедура, аналогичная показанной на фиг.3 (этапы 305, 307, 309), переобучения системы на данного потребителя с новым уровнем защиты. Переобучение заканчивается с возвращением системы в рабочее состояние.
Набор режимов, предписанных логическими функциями, может изменяться по желанию пользователя в сторону расширения или сокращения их перечня. Аналогичным образом можно проиллюстрировать другие режимы, такие как запись и воспроизведение голоса несанкционированного пользователя при попытках его проникновения в автомобиль при режиме "Car-jackling" (разговоры в салоне).
Использование: управление транспортными средствами с применением систем безопасности, в частности, для защиты транспортных средств от угона. Сущность изобретения: система защиты от угона с управлением транспортным средством на основе автоматического анализа речи содержит блок выделения текстонезависимых параметров, выбирающий спектро-временные параметры речи, специфичные для голоса пользователя и манеры разговора, и блок выделения текстозависимых параметров для верификации личности пользователя и целей управления, который выбирает набор параметров, достаточный для надежного распознавания произношения слова или предложения. Блоки выделения входами связаны с микрофоном и подключены к подсистеме верификации личности пользователя и подсистеме распознавания сущности служебных паролей и управляющих команд. Такие подсистемы вырабатывают сигналы для узла адаптивного управления, который связан с узлом памяти логических функций, ключом зажигания, служащим для инициализации системы защиты, и функциональными органами транспортного средства. В соответствии со способом, реализованном в подобной системе, последняя после обучения ее пользователем к его (ее) голосу способна распознавать голос, даже если он изменен, например, вследствие заболевания, и воздействует на соответствующие подсистемы оповещения транспортного средства в ситуациях несанкционированных попыток доступа к транспортному средству и обеспечивает различные другие процедуры, включая режимы "Переобучение", "Сопровождение", "Насильственный захват". 3 с. и 28 з.п. ф-лы, 9 ил.
| Патент США N 4856072, кл.H 04B 1/00,1989. |
