專利名稱：交互系統(tǒng)和用于控制交互系統(tǒng)的方法
交互系統(tǒng)和用于控制交互系統(tǒng)的方法 本發(fā)明涉及一種交互系統(tǒng)和用于控制交互系統(tǒng)的方法。最近幾年，通信電子學領域中的快速技術進步已導致開發(fā)出交互 系統(tǒng)，所迷交互系統(tǒng)可以與其用戶進行交互。通常來說，交互系統(tǒng)經 由一種或更多輸入和輸出模式與其環(huán)境進行通信.其系統(tǒng)行為可以是 對可允許輸入的固定且預定的響應，也可以是隨時間變化的響應，并 且可以依賴于系統(tǒng)過去的經歷和當前的情況而變化.在當前可得到的 廣泛使用的交互系統(tǒng)當中，語音對話系統(tǒng)尤其能夠解釋用戶語音并例 如通過執(zhí)行任務或通過輸出可視或聲學數據來對其作出反應.除語音 對話系統(tǒng)之外，全世界現在正集中開發(fā)例如裝備有作為交互裝置的傳 感器、顯示器和攝影機的類似機器人的交互系統(tǒng).開發(fā)交互系統(tǒng)的 一個目標是設計一種最直觀和最自然的與用戶進 行交互的方式和方法。已經為此目的創(chuàng)建了可用性實驗室，在其中觀 察并分析用戶與最新開發(fā)的交互系統(tǒng)的交互以便最優(yōu)化交互系統(tǒng)的行 為，從而最好地適應用戶的需求。迄今的開發(fā)通常被限制到以容易被用戶理解的形式呈現交互系統(tǒng) 的輸出，并使用戶選擇的輸入盡可能地容易，用戶和交互系統(tǒng)的接口 被稱為人機接口。這強調了當前的開發(fā)仍集中在改進人類和機器之間 的交互的事實。本發(fā)明的 一個目的是提供一種用戶友好的交互系統(tǒng)和用于控制交 互系統(tǒng)的方法。為此，根據本發(fā)明的交互系統(tǒng)包括一個交互裝置和一個用于控制 該交互裝置的控制裝置。該控制裝置對包括一個或多個繼承參數(inherited parameter)和一個或多個交互參數的控制參數作出響應. 所述繼承參數是恒定的，而所述交互參數受外部因素影響。外部因素 對交互參數的影響至少部分地(或全部)依賴于繼承參數。該交互裝置優(yōu)選地包括擬人描繪設備。其可以包括用來描繪人、 動物、乃至想象圖形(例如機器人)的裝置，
優(yōu)選地描繪人臉，由此該描繪在外表上可以是寫實的或僅僅是象 征性的，在象征性表示的情況下，可以只呈現眼睛、鼻子或嘴巴等的 輪廓。如果將這種描繪顯示在計算機監(jiān)視器上，可以很容易地改變交 互裝置的外表，例如面部參數、顏色、發(fā)型等等。如果這種描繪是物 理實體，例如以木偶的形式，則可以對交互裝置的外表進行物理調整。 例如，可以通過調整電壓而在"頭發(fā)"中引發(fā)化學反應從而改變發(fā)色 和發(fā)型，同時可以通過機械裝置來調整面部構造.所述交互裝置可以是機械可移動的，并且在一個實施例中作為用 戶的對話伙伴。這種交互裝置的實際物理形式可以具有多種不同的實 施例。其例如可以是與交互系統(tǒng)的主外殼不同的、以某種可移動的方 式提供的外殼或外軍.該交互裝置可以將一個可識別的正面呈現給用 戶，當這個正面面向用戶時，用戶會感覺該設備正在"注意"，即可 以對所說出的命令作出響應。該交互裝置優(yōu)選地可以以某種方式確定用戶的位置。這可以借助 于聲學或光學傳感器來實現.然后控制該交互裝置的動作，以使得該 交互裝置的正面移動到面向該用戶。因而用戶會感覺該交互系統(tǒng)正在 注意及"傾聽"，優(yōu)選地，該交互裝置還包括一個用來輸出語音信號的裝置.語音 識別與解釋用于控制電子設備的輸入命令相關，同時使用 一個語音輸出裝置來發(fā)出應答、確認和請求.這可以是先前存儲的語音信號或者 新合成的語音的榆出。通過使用語音榆出裝置，可以實現完整的對話 控制。也可以為了娛樂而與用戶進行對話。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述交互裝置包括多個麥克風和/ 或至少一個攝影機。可以用單個麥克風來實現對語音輸入信號的記 錄，然而，通過利用多于一個麥克風來記錄用戶的語音，精確定位該 用戶的位置變成可能.攝影機允許觀察周圍環(huán)境.對由攝影機拍攝的 畫面的適當圖像處理允許對用戶的位置進行定位，在交互裝置被配置 為模仿人類頭部的情況下，可以將攝影機安裝在專用于"眼晴"的位 置處，可以將揚聲器放置在"嘴巴"中，并將麥克風放置在"耳朵" 中。所述交互系統(tǒng)可以是電子設備的一部分.這種設備可以是例如家庭娛樂電子設備(例如TV、 VCR、卡帶錄音機)或電子玩具。在這種
情況下，將交互系統(tǒng)優(yōu)選地實現為該設備的用戶接口。該設備也可以 具有另外的用戶接口，比如鍵盤.作為選擇，根據本發(fā)明的交互系統(tǒng) 可以是充當控制設備的獨立設備，以用來控制一個或更多單獨的電子 設備.在這種情況下，將被控制的設備具有電控制接口 (例如，無線 電控制的、無線、或借助于合適的控制總線)，其中交互系統(tǒng)通過該 電控制接口來根據用戶發(fā)出的命令(說出的或以其它方式給出的命 令)控制所述設備。特別地，本發(fā)明的交互系統(tǒng)充當用戶與用于數據存儲和/或檢索的 裝置之間的接口。在這里，數據存儲/檢索裝置優(yōu)選地具有本地數據存 儲器容量，或者可以例如通過計算機網絡或經由因特網連接到外部數 據存儲器。借助于適當的對話，用戶可以存儲數據(例如電話號碼、備忘錄等等)，或者可以檢索數據(例如時間、新聞項、當前TV節(jié)目 表等等).
通過兩種類型的控制參數(恒定的繼承參數和可變的交互參數) 以類似于它們對人類行為的影響的方式來實現對本發(fā)明的交互裝置的 控制.特別在初始化之后、重新初始化之后或者復位之后，繼承參數保 持恒定，因此適于描迷在外部影響下也保持不變的類人的特征.短語 "繼承參數"想要表示從一個設備向另一個傳遞的或者在制造過程期 間寫入設備的存儲器中的所有類型的參數。
如果交互裝置包括類人或類動物的交互形態(tài)，例如人或動物的頭 部或面部或者其中的諸如鼻子、眼睛、頭發(fā)、嘴唇等部位，則繼承參 數特別適于生物統(tǒng)計參數的表示，例如鼻子的長度和形狀、眼睛顏色、 頭發(fā)顏色、嘴唇大小等等.
依賴于交互裝置的類型和范圍，繼承參數也適于表示諸如自然攻 擊性、自然內向性、學習能力等繼承特性，或者交互裝置對外部影響 的自然反應。
另一方面，可變的交互參數可以受外部因素影響，并適于描繪也 可以被外部因素修改的類人特征.依賴于交互裝罝的類型和范圍，例 如下面的類人特征可以由交互參數表示情緒、詞匯、社交風格，其 可以依賴于交互系統(tǒng)當前交互的對象、交互系統(tǒng)看起來的變化(例如 唇裂、由于憤怒而臉色變紅)或者聽起來的變化(例如快速高聲的呼
吸表示吃力)。例如通過交互裝置、特別是傳感器來對外部因素進行 登記. 一種特定類型的外部因素是用戶的行為或另一個交互設備的交 互裝置的行為.在后一種情況下，帶有特定優(yōu)選特性的交互系統(tǒng)可被 用來"培養(yǎng)"或"養(yǎng)育"另一個交互系統(tǒng)。不同于旨在改進人類和機器之間的交互的其它已知的交互系統(tǒng)， 本發(fā)明在交互系統(tǒng)以類人方式工作的情境中示范了交互系統(tǒng)的控制裝 置的構造。因此，與用戶和機器之間的接口相比較，本發(fā)明的更著重 于交互系統(tǒng)。與在迄今的開發(fā)中所采取的方向相比，采用了一種新的 并且更基本的方法。本發(fā)明允許交互系統(tǒng)展示出類人特征，這導致本 發(fā)明的交互系統(tǒng)的類人行為.這自動導致交互系統(tǒng)和用戶之間的更自 然、直觀并且用戶友好的接口。本發(fā)明允許創(chuàng)建多種交互系統(tǒng)，其中 每一種都是唯一的，并且有其獨特的方式來學習以及適應其環(huán)境.繼承參數的初始化或者重新初始化優(yōu)選地基于一個或更多另外的 交互系統(tǒng)的繼承參數.因此，交互系統(tǒng)的類人特征基于繼承信息，在 這種情況下就是一個或更多的其它交互系統(tǒng)給予所討論的交互系統(tǒng)的 繼承參數。通過這種方式，可以創(chuàng)建新的交互系統(tǒng)，其特性和行為類 似于現有的交互系統(tǒng).這使用戶更容易從熟悉的交互系統(tǒng)變換到新的 交互系統(tǒng)，其具有用戶可以以現在慣用的方式與新的交互系統(tǒng)交互的 特定優(yōu)點，并可以照常操作該新的交互系統(tǒng).根據本發(fā)明的其它實施例，繼承參數的初始化基于兩個或更多另 外的交互系統(tǒng)的繼承參數的隨機組合，或者繼承參數的初始化基于另一個交互系統(tǒng)的隨機修改。這樣做具有下迷優(yōu)點沒有一個交互系統(tǒng) 4象另一個一樣工作。類似于關于交互系統(tǒng)的繼承參數的初始化的可能性，例如可以在 購買時將交互參數初始化，但是也可以不同于繼承參數，即稍后由外 部因素來修改交互參數.連同交互系統(tǒng)，本發(fā)明還包括一種用于控制交互系統(tǒng)的方法。相 應于系統(tǒng)權利要求書的從屬權利要求的方法權利要求的進一步擴展也 落在本發(fā)明的范圍內.參照下面與附困一起考慮的詳細描述，本發(fā)明的其它目的和特征 將變得明顯.然而應當理解，附圖只是為圖解而設計，并不是為了限 定本發(fā)明的范圍，對本發(fā)明的限定應當參考所附權利要求書.
圖l是交互系統(tǒng)的框圖，圖2示出分布函數P(X<x)=f(x)， 圖3示出累積分布函數g(x)。

圖1的框圖示出一個包括交互裝置2和控制裝置6的交互系統(tǒng)1。 交互裝置2包括一個輸入傳感器子系統(tǒng)3和一個輸出模式子系統(tǒng)4,輸 入傳感器子系統(tǒng)3由例如麥克風的用于語音的輸入設備、例如攝影機 的用于視頻信號的輸入設備、以及例如鍵盤的文字輸入設備組成.輸 出模式子系統(tǒng)4由例如揚聲器的用于語音的輸出、例如圖形顯示器的 視頻輸出、以及例如人工手指、激光指針等的用于指示設備的輸出組 成.此外，給輸出模式子系統(tǒng)4賦予某種類人的物理特征(頭發(fā)顏色，膚色、氣味等等)。將輸入傳感器子系統(tǒng)3的輸入信號提供到輸入分析模塊5進行語 音分析、姿勢分析和/或內容分析。從輸入信號中提取或推導出相應的 外部因素EF并將其提供到控制裝置6.為了交互管理的目的，實質上將控制裝置6分成邏輯功能塊"知 識表示"、"輸入響應計劃"、以及"情緒和內部狀態(tài)管理"。主要 由處理器裝置7和相關的存儲器設備8來實現控制裝置6,將交互參數和繼承參數存儲在存儲器設備8中.根據當前的外部 因素EF、由上述各功能塊持續(xù)地或以固定的或可變的離散時間間隔來 更新交互參數EP.被持續(xù)更新的交互參數EP連同存儲在存儲器中的 繼承參數1P—起給出控制參數CP的至少一個子集，其被應用在輸出 管理模塊9中來控制該交互裝置。控制參數CP借此影響交互裝置2以 及整個交互系統(tǒng)1的特性和行為.例如，為了控制交互裝置2的輸出詞匯，將同義詞權重參數提供 作為交互參數EP，其確定一個單詞的若干可能的同義詞當中的哪一個 將被使用，例如large、 huge、 gigantic、 humungous, mega、 whopping. 而上述外部因素EF又影響所述權重參數.同樣的，將句子結構參數提供作為交互參數EP，以確定哪些語法 結構是優(yōu)選的，以及是否將它們應用于文本和/或語音輸出.通過用外 部因素EF來適配句子結構參數，交互系統(tǒng)可以學習并應用與例如人類
用戶的交互伙伴相同的語法。將情緒參數用作交互參數以便影響交互系統(tǒng)的下一個內部狀態(tài)變 化。例如，情緒參數可以確定用戶的命令是否可以被忽略、接收到粗 魯的應答、或得到有禮貌的應答。情緒參數也可以用來影響諸如同義 詞權重參數或句子結構參數之類的其它交互參數。作為交互參數的意見參數例如可以描述交互系統(tǒng)關于用戶、關于 某一主題、或者關于其應當完成的某一任務的意見。意見參數例如可 以影響情緒，以及因此還影響同義詞權重參數或句子結構參數.另一 方面，情緒參數也可以影響意見參數.還提供影響先前描述的交互參數的自然特性參數。例如，情緒變 動參數描述情緒變動大概多久發(fā)生一次以及到何種程度。攻擊性參數 描述交互系統(tǒng)展現出攻擊性行為的可能性，服從性參數確定交互系統(tǒng)服從用戶以及學習理解用戶需要的程度.IQ參數表示交互系統(tǒng)的智 能，從而表示交互系統(tǒng)學習得有多快以及有多好.外表參數例如表示 面部尺寸、顏色、發(fā)型等等.借助于參數接口 10，可以例如在購買交互系統(tǒng)時將繼承參數IP初 始化，或者可以在之后的某一天將其重新初始化到某些其它的值或者 將其復位到原始值。為了這種初始化，本發(fā)明提供下面的實施例 -繼承參數是另一個現有交互系統(tǒng)的直接拷貝。 -在沒有來自親代交互系統(tǒng)的輸入時隨機設置繼承參數。 -將繼承參數設置為一組標準交互系統(tǒng)當中的一個的繼承參數， -繼承參數是一個親代交互系統(tǒng)的繼承參數的隨機修改拷貝. -以限定的方式(無隨機化)組合兩個親代交互系統(tǒng)的繼承參數， -以隨機的方式(特別是在星星、太陽和行星位置的某種影響下) 組合來自兩個親代交互系統(tǒng)的繼承參數。這意味著交互系統(tǒng)繼承來自 其親代交互系統(tǒng)的特性，但不同于它們。同樣，由于隨機成分，相同 的兩個親代系統(tǒng)的每一個"孩子"都是不同的。在根據上一個例子的方法中的繼承參數產生的可能實現方式中， 在隨機化之前使用一個合并步猓。然后用一個輸入參數組來執(zhí)行隨機 化。這借助于下面的例子進行描迷.為了簡單起見，只考慮一個繼承 參數(例如，鼻子長度)的情況.將隨機變量X定義為具有如圖2所 示的累積分布函數P(X〈x)-f(x)的繼承參數(鼻子長度).函數f(x)給
出隨機變量在整個總體中的分布，固2示出關于一個參數的累積分布 函數，其概率分布呈現矩形的形式。諸如鼻子長度之類的許多繼承函 數優(yōu)選地用高斯概率分布來表示.然而，為了清楚起見，將在下面假 定如圖2所示的累積分布函數合并步驟包括下面的部分步驟 笫一親代交互系統(tǒng)的繼承參數xl給出參數xl， xl，=f(xl),第二親代交互系統(tǒng)的繼承參數x2給出參數x2， x2，=f(x2)。使用xl，和x2，，中間的合并繼承參數m，由下面的等式確定 m，=(xl，+x2，)/2.將f(x)的反函數應用于m，以導出合并的繼承參數m: m-f1(111，)?？傊?，可以如下表示合并的繼承參數 m-f、(f(xl)+f(x2))/2)。以這種方式使用累積分布函數確保合并的繼承函數的實際值。當然也可以使用反映繼承參數在總體之中的分布的其它分布函數?；诟咚狗植嫉姆植己瘮堤貏e適于描述類人特征在總體之中的出現概率。 在第二步驟中，這個合并的參數m被隨機化.為了在隨機化之后產生一個合并的參數y，設想m，-f(m)。現在從 具有如圖3所示的累積分布函數g(m)的分布中提取y，并規(guī)定y-fi(y，)， 以找到帶有接近m的值的隨機化的合并繼承參數.上一個隨機化步驟也可以被用來對僅從一個親代交互系統(tǒng)取得的 繼承參數進行隨機化，而不考慮是從哪一個親代交互系統(tǒng)取得的。為了創(chuàng)建基于兩個其它交互系統(tǒng)的繼承參數的若干繼承參數，可 以實現所給出的一個參數例子的多維版本.于是函數f和g是多于一個 變量的函數?？梢栽跒榇四康奶貏e設計的繼承參數產生單元中完成對繼承參數 的初始化，其從各親代交互系統(tǒng)中接收輸入繼承參數并給出新的子代 繼承參數以作為輸出。同樣地，可以僅使用沒有附加硬件的各親代交 互系統(tǒng)和各子代交互系統(tǒng)來物理地實現對交互系統(tǒng)的繼承參數的初始 化，其前提是對各交互系統(tǒng)進行相應的裝配.可以以紅外、藍牙或實
際的物理參數接口 IO來實現在子代交互系統(tǒng)、親代交互系統(tǒng)或繼承參數產生單元之間的繼承參數的傳遞.這種物理參數接口可以具有特殊 的結構，以便以更為圖形化的方式創(chuàng)建新系統(tǒng)繼承參數。有時也希望 覆蓋或者調整某些繼承參數。
盡管已經以各優(yōu)選實施例及其變型的形式公開了本發(fā)明，但是應 當理解，也可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下作出許多附加的修改或 變化，例如，所描述的分布函數僅僅是例子，在不脫離本發(fā)明范閨的 情況下可以由本領域技術人員對其進行適配或修改.
為了清楚起見，應當理解，遍及本申請的"一個"不排除多個的 情況，并且"包括" 一詞不排除其它步稞或元件。
權利要求
1、 一種交互系統(tǒng)(1)，-該交互系統(tǒng)(l)包括交互裝置(2)和用于控制該交互裝置(1) 的控制裝置(6)，-該控制裝置(6)對控制參數(CP)作出響應， -所述控制參數包括繼承參數(IP)和交互參數(EP)， -其中繼承參數(IP)是恒定的， -其中交互參數(EP)受外部因素(EF)影響，以及 -其中外部因素(EF)對交互參數(EP)的影響依賴于繼承參數 (IP),
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述繼承參數(IP)在初始化 之后是恒定的，
3、 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述繼承參數(IP)的初始化基于一個或更多其它的交互系統(tǒng)的繼承參數(IP)。
4、 如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中隨機組合包括一個合并步驟，在該合并步驟中將兩個或更多其它的交互系統(tǒng)的繼承參數(IP)進行 合并。
5、 如權利要求3或4所迷的系統(tǒng)，其中所述繼承參數(IP)的初始化基于兩個或更多其它的交互系統(tǒng)的繼承參數(IP)的隨機組合。
6、 如權利要求3、 4或S所述的系統(tǒng)，其中所迷繼承參數(IP)的初始化基于對另一個交互系統(tǒng)的繼承參數(IP)的隨機修改。
7、 一種用于控制交互系統(tǒng)(1)的方法，該交互系統(tǒng)(1)包括交 互裝置(2)和用于控制該交互裝置(2)的控制裝置(6),-其中該控制裝置(6)對控制參數作出響應，陽其中所述控制參數包括繼承參數(IP)和交互參數，-其中繼承參數(IP)是恒定的，-其中交互參數受外部因素(EF)影響，以及-其中外部因素(EF)對交互參數的影響依賴于繼承參數(IP),
8、 一種機器人設備，其包括交互裝置(2)和用于控制該交互裝 置(2)的控制裝置(6)，該控制裝置(6)被安排成-該控制裝置(6)對控制參數作出響應，-所迷控制參數包括繼承參數(IP)和交互參數，-繼承參數(IP)是恒定的，-交互參數受外部因素(EF)影響，并且外部因素(EF)對交互參數的影響依賴于繼承參數(IP)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種交互系統(tǒng)(1)，其包括交互裝置(2)和用于控制該交互裝置(2)的控制裝置(6)。該控制裝置(6)對控制參數作出響應。所述控制參數包括繼承參數(IP)和交互參數，其中繼承參數(IP)是恒定的，交互參數受外部因素(EF)影響，并且其中外部因素(EF)對交互參數的影響依賴于繼承參數(IP)。
文檔編號G06F3/01GK101124528SQ200480031790
公開日2008年2月13日 申請日期2004年10月19日 優(yōu)先權日2003年10月28日
發(fā)明者E·特倫, M·D·哈里斯, V·費洛明 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司