Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ПРИ МНОГОМОДАЛЬНОМ ПРЕДСТАВЛЕНИИ ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к технике связи, а именно процессам мультиплексирования цифровых сигналов при многомодальном представлении информации, и может быть использовано для повышения эффективности межличностной коммуникации через технические средства связи.

Модальность - физически регистрируемый элемент коммуникации (человеко-машинной и/или межличностной), включающий как собственно передаваемую информацию (сообщение), так и информацию о самом индивиде (его состоянии; отношении к сообщению, к собеседнику, к коммуникации и пр.).

Полимодальная инфокоммуникационная система (ПИКС) - взаимоувязанная совокупность систем обработки и хранения информации, телекоммуникационных систем, их объединяющих, функционирующих под единым управлением с целью сбора, обработки, хранения, защиты, передачи и распределения, отображения и использования многомодальной информации в интересах требуемого качества.

Модальное представление информации - индивидуальная и автономная обработка двух и более модальностей.

Полимодальное представление информации - взаимоувязанная комбинированная обработка модальностей, позволяющая манипулировать с избыточностью передаваемой информации.

Абонентский терминал - это совокупность технических и программных средств, применяемых абонентом и (или) пользователем при пользовании телематическими услугами связи для передачи, приема и отображения электронных сообщений и (или) формирования, хранения и обработки информации, содержащейся в информационной системе [Правила оказания телематических услуг связи. утверждены Постановлением Правительства РФ от 10 сентября 2007 г. №575].

Известен способ передачи информации и системы для его осуществления (патент РФ 2480840, G08C 19/28, 2011), заключающийся в сборе сигналов от источников сообщений, синхронизации их по времени, формировании уплотненного сигнала из синхронизированных собранных сигналов, формировании сигнала несущей частоты, модуляции сигнала несущей частоты уплотненным групповым сигналом на основе сформированного видеокода, передаче промодулированного сигнала по каналу связи, отличающийся тем, что для передачи информации двоичный видеосигнал служебных и информационных сообщений после его уплотнения преобразуют в замещающий троичный помехоустойчивый код, который формируют на основе принятого логического правила кодирования, и на основе принятого логического правила кодирования, на первом этапе преобразований двоичного кода формируют две составляющие модулирующего видеосигнала, предназначенного для модуляции несущей частоты передаваемого сигнала, каждая из которых имеет по три символа кодирования, условно определяемых как «S₀» и «T₀», «S₁» и «1,5T₀», «S₂» и «2T₀», первую модулирующую составляющую преобразованного первого трехосновного видеосигнала, содержащую символы троичного кода «S₀», «S₁» и «S₂», представляют в виде амплитудно-импульсной модуляции, а вторую модулирующую составляющую видеосигнала с символами трехосновного кода «T₀», «1,5T₀», «2Т₀», где Т₀ - продолжительность одного символа исходного двоичного кода используют для широтно-импульсной модуляции второго видеосигнала, при этом на втором этапе преобразований, связанном с модуляцией несущей передаваемого сигнала, амплитудно-импульсную модуляцию сформированного видеокода преобразуют, например в частотную модуляцию с тремя фиксированными значениями частоты передаваемого сигнала: «ƒ₂=ƒ_н-Δƒ_д», «ƒ₁=ƒ_н+Δƒ_д» и «ƒ₀=ƒ_н» соответственно, где ƒ_н - значение несущей частоты сигнала, a Δƒ_д - значение девиации частоты, а вторую составляющую сформированного видеосигнала используют для фазовой модуляции передаваемого сигнала путем изменения фазы на 180° на границах временных интервалов, соответствующих троичным символам «T₀», «1,5T₀» и «2T₀».

Известен способ мультиплексирования (патент РФ 2491759, H04N 7/52, 2010), включающий адаптивную идентификацию и буферизацию входного кодового потока, извлечение подкадров мультиплексирования входного кадра мультиплексирования из буферизованного входного кодового потока в соответствии с типом входного кодового потока или формирование подкадров мультиплексирования из входной аудиоинформации и видеин-формации, осуществление распределения служб по подкадрам мультиплексирования в соответствии с конфигурационной информацией управления службами, назначение подкадров мультиплексирования соответствующему кадру мультиплексирования и сохранение упомянутых подкадров мультиплексирования в заданном буфере и получение подкадров мультиплексирования из упомянутого буфера, формирование кадра мультиплексирования в соответствии с конфигурационной информацией мультиплексирования и преобразование сформированных кадров мультиплексирования в мультиплексированный кодовый поток для вывода.

Известен способ мультиплексирования логических каналов в системе мобильной связи (патент РФ 2280951, H04B 7/26, 2003) заключающийся в том, что отображают два или более общих логических каналов одного и того же типа на общий транспортный канал с назначением, по меньшей мере, одного идентификатора логического канала блокам данных общих логических каналов, и пересылают блоки данных, имеющие, по меньшей мере, один идентификатор логического канала, назначенный им, по общему транспортному каналу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости передачи данных (патент РФ 2192100, H04L 12/00, 1997), содержащий этапы совместного мультиплексирования множества информационных потоков для формирования общего информационного кадра, причем общий информационный кадр включает в себя кадр из каждого информационного потока множества, мультиплексирования значения, представляющего число битов в каждом из кадров, включенных в общий информационный кадр, в кадр информации по скорости передачи битов, канального кодирования общего информационного кадра и кадра информации по скорости передачи битов, мультиплексирования общего информационного кадра совместно с кадром информации по скорости передачи битов, для формирования мультиплексированного кадра, демультиплексирования мультиплексированного кадра в по меньшей мере один канальный кадр, и передачи каждого из по меньшей мере одного канального кадра по отдельному кодовому каналу, причем кодовые каналы включают в себя первичный кодовый канал, содержащий информацию по скорости передачи битов.

Недостатком предметной области является то, что каждый информационный поток несет данные об услуге связи в стандартной инфокоммуникационной системе (речь, видео и др.). При таком подходе, для повышения целостности передаваемой информации необходимо включение дополнительных средств контроля за исполнителями и экстенсивное наращивание пропускной способности каналов связи.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение является повышение целостности передаваемой информации в системе связи. Под целостностью информации будем понимать свойство инфокоммуникационной системы, отражающее ее способность обеспечивать требуемые полноту и точность воспроизведения передаваемой информации (сообщений) заданного объема:

Ц^инф=П^инф⋅Т^инф,где П^инф - свойство ПИКС обеспечивать на выходе абонентского терминала такое количество (объем) объектов учета, какое требуется для достоверного восприятия принятой информации получателем, Т^инф - свойство ПИКС обеспечивать получение согласованных результатов обработки и передачи объектов учета, необходимых для достоверного восприятия принятой информации.

Сформированную проблему можно решить посредством трансформации классической инфокоммуникационной системы в полимодальную. При реализации услуги ПИКС обрабатываются и передаются не сигналы традиционных услуг связи, а сигналы наиболее информативных модальностей, в зависимости от управленческой ситуации в системе связи.

Под управленческой ситуацией в системе связи (S_B) будем понимать событие, вызванное одной или несколькими нижеследующими причинами:

1. изменение назначения инфокоммуникационной системы;

2. изменение уровня иерархии соответствующей системы управления (государством, отраслью, хозяйствующим субъектом, технологическим процессом);

3. изменение уровня управленческой иерархии (начальник-подчиненный или исполнитель-исполнитель).

Таким образом, заявленный способ расширяет арсенал средств данного назначения и повышает целостность передаваемой информации.

Техническая проблема решается тем, что в способе мультиплексирования цифровых сигналов при многомодальном представлении информации, заключающиеся в совместном мультиплексирования множества информационных потоков для формирования общего информационного кадра, причем общий информационный кадр включает в себя кадр из каждого информационного потока множества, мультиплексирования значения, представляющего число битов в каждом из кадров, включенных в общий информационный кадр, в кадр информации по скорости передачи битов и канального кодирования общего информационного кадра и кадра информации по скорости передачи битов, дополнительно перед совместным мультиплексированием множества информационных потоков выделяют сигналы наиболее информативных модальностей для предоставления услуги ПИКС в зависимости от контекста управленческой ситуации. Обрабатывают и кодируют выделенные сигналы наиболее информативных модальностей и представляют их в виде множества информационных потоков. Мультиплексируют значения, представляющие служебную информацию о переданных сигналах наиболее информативных модальностей в кадр служебной информации, а затем совместно мультиплексируют общий информационный кадр с кадром информации по скорости передачи битов и служебной информации о сигналах наиболее информативных модальностей для формирования мультиплексированного кадра.

Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет организации трактов обмена информации в многомодальном представлении в соответствии с управленческой ситуацией S_B в системе связи.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа мультиплексирования цифровых сигналов при многомодальном представлении информации, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное изобретение поясняется подробным описанием, приводимое со ссылкой на соответствующие фигуры:

фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая взаимодействие между абонентскими терминалами;

фиг. 2 - множество информационных потоков;

фиг. 3 - блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления способа мультиплексирования цифровых сигналов при многомодальном представлении информации;

фиг. 4 - общий информационный кадр;

фиг. 5 - кадр с информацией по скорости передачи битов;

фиг. 6 - кадр с служебной информации о сигналах наиболее информативных модальностей;

фиг. 7 - мультиплексированный кадр.

На фиг. 1 показана блок-схема взаимодействия между двумя абонентскими терминалами (AT) сети связи. При первоначальном установлении соединения между терминалами прежде всего устанавливается соединение, включающее в себя только один заранее заданный служебный поток. Этот поток является специальным каналом управления (СКУ), по которому осуществляется дополнительная сигнализация для установки других потоков данных. Через СКУ первоначально определяется длина кадрового интервала и размер кадров информации по скорости передачи битов. Также в течение установления вызова определяется способ кодирования и управленческая ситуация в системе связи.

На фиг. 2 представлены информационные потоки. Каждый информационный поток синхронизирован таким образом, что каждый кадр имеет длину кадрового интервала T_k секунд. T_k является системной постоянной, обычно находящейся в диапазоне от 1 до 20 мс. N_i (где i обозначает i-ый информационный поток) битов информации содержатся в каждом кадровом интервале информационного потока. Мгновенная скорость передачи битов для каждого информационного потока задана равенством . Для потоков данных с переменной скоростью N_i варьируется от кадра к кадру.

На фиг. 3 представлен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Мультиплексор представляет собой устройство с K-входами для множества информационных потоков несущих данные услуг ПИКС. В зависимости от контекста управленческой ситуации в блоке анализа контекста из всех сигналов выделяются сигналы с наиболее информативными модальностями для реализации определенной услуги ПИКС. Наиболее информативные модальности каждой услуги ПИКС определяются в результате проведения экспериментов, с помощью которых изучают и регистрируют параметры невербального поведения пользователя и их влияние на решающий вывод.

Биты каждого информационного потока, подлежащие передаче, поступают в течение кадрового интервала Т_k и мультиплексируются мультиплексором в поток общих информационных кадров (фиг. 4).

Каждый общий информационный кадр содержит по одному кадровому интервалу T_k из каждого потока битов в течение конкретного кадрового интервала. Одновременно число битов (N_i) для каждого информационного потока в общем информационном кадре преобразуют на блоке в двоичные представления и совместно мультиплексируют в кадр информации по скорости передачи битов (ИСПБ). Таким образом, кадр ИСПБ (фиг. 5) состоит из преобразованного и мультиплексированного числа битов для каждого кадра информационного потока в общем информационном кадре.

Одновременно с формированием ОИК и ИСБП формируется кадр с служебной информацией (КСИ) о сигналах переданных модальностей услуги ПИКС. Данный кадр (фиг. 6) включает в себя информацию о том, сигналы каких из модальностей передаются в ОИК. Это делается для того, чтоб при демультиплексировании было известно, каким решающим устройством обрабатывать конкретные сообщения модальностей, с дальнейшем выводом, на периферические устройства определенной услуги ПИКС.

ОИК, ИСПБ и КСИ независимо друг от друга канально кодируют на соответствующих блоках. Процесс канального кодирования может включать в себя этапы добавления хвостовых битов в конец мультиплексированных по времени информационных потоков и/или кодирование при помощи сверточного кодера на заранее заданной скорости, после чего все кадры совестно мультиплексируют. При этом создается мультиплексированный кадр (фиг. 7), состоящий из кодированных данных информационного потока, кодированных данных ИСПБ и КСИ.

Заявленный способ мультиплексирования цифровых сигналов при многомодальном представлении обеспечивает обработку, объединение и передачу сигналов наиболее информативных модальностей для реализации услуги ПИКС в соответствии с управленческой ситуацией в системе связи и позволяет повысить целостность передаваемой информации.

Правомерность теоретических предпосылок проверялась на основе услуги ПИКС. Предположим, что наряду с обменом сообщениями абонентов при коммуникативном взаимодействии интересует их истинность (ложность). Тогда целостность передаваемой информации будет равна:

где М - минимально необходимое число объектов учета,

m - показатель полноты,

Д_m - достоверность определения объекта учета.

Объектами учета в данном случае становятся смысл (с показателем полноты ) и оценка истинности (с показателем ) сообщения. Тогда целостность передаваемой информации можно определить следующим образом:

где Д₁ и Д₂ - достоверность определения смысла и истинности передаваемых сообщений соответственно.

Будем считать, что при осуществлении сеанса видеотелефонии абоненты способны полностью определить смысл передаваемых сообщений , но не имеют специальной подготовки для определения истинности передаваемой информации . Тогда с учетом введенной декомпозиции, а также формул:

где V^ИНФ - гипотетический объем обрабатываемой информации,

С^ИНФ - допустимые приведенные затраты на построение и эксплуатацию,

где Б^ИНФ - быстродействие системы,

Пр^ИНФ - производительность источника информации,

t_ОБР - время ввода/вывода и обработки полимодальной информации, для эффективности соответствующей бимодальной системы можно записать:

Для определения истинности в таких системах необходимо применение дополнительных аппаратно-программных средств (например полиграфа). Использование последних неизбежно приведет к увеличению времени обработки t_0БР входных сигналов и/или увеличению затрат С^ИНФ на их реализацию, а в итоге - к уменьшению удельной себестоимости инфокоммуникационных систем с аддитивным наращиванием модальностей:

При поли модальном представлении информации возможна оценка ложности сообщаемой информации по динамике параметров невербального поведения абонента , представляющей собой одно из наиболее перспективных направлений в области теоретической и прикладной психологии. Перспективность этого направления доказана результатами многих научных исследований, а реализация подразумевает наличие методического обеспечения выявления и подтверждения наиболее информативных параметров и способа реагирования, типичного для того или иного индивида.

Точность оценки параметров невербального поведения определяет достоверность определения истинности Д₂, при этом удельная себестоимость соответствующей ПИКС

будет выше обобщенного показателя эффективности (6).

Полученный результат свидетельствует о повышении удельной себестоимости ПИКС минимум в Д₂ раз по отношению к инфокоммуникационным системам с аддитивным наращиванием модальностей и наглядно иллюстрирует эффект от применения способа мультиплексирования цифровых сигналов при многомодальном представлении информации.

Выделение сигналов наиболее информативных модальностей для предоставления услуги ПИКС в зависимости от контекста управленческой ситуации реализуется на основе блока анализа контекста и выделения сигналов модальностей. Наиболее информативные модальности каждой услуги ПИКС определяются в результате проведения экспериментов, с помощью которых изучают и регистрируют параметры невербального поведения пользователя и их влияние на решающий вывод. Блок анализа контекста и выделения сигналов модальностей может быть реализован в соответствии с описанием в статье Струева Д.А., Бондаревой Н.В., Будкова В.Ю., Басова О.О, Ронжина А.Л. Концептуальная модель многомодального интерфейса абонентского терминала // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Экономика. Информатика. 2016. №23 (244). URL: http://cyberleninka.ru/article/n/kontseptualnaya-model-mnogomodalnogo-interfeysa-abonentskogo-terminala (дата обращения: 30.10.2017).

Обработка и кодирование выделенных сигналов наиболее информативных модальностей и представление их в виде множества информационных потоков осуществляется с помощью блока обработки и кодирования.

Мультиплексирование множества информационных потоков для формирования общего информационного кадра;

значений, представляющего число битов в каждом из кадров, включенных в общий информационный кадр, в кадр информации по скорости передачи битов,

значений, представляющих служебную информацию о переданных сигналах наиболее информативных модальностей в кадр служебной информации;

общего информационного кадра с кадром информации по скорости передачи битов и служебной информации о сигналах наиболее информативных модальностей для формирования мультиплексированного кадра реализуется с помощью устройства - мультиплексора.

Канальное кодирование общего информационного кадра и кадра информации по скорости передачи битов реализуется с помощью блока канального кодирования, который предназначен для преобразования мультиплексированного значения в цифровой сигнал, параметры которого согласуются с характеристиками направляющей системы.

Описанные блоки можно реализовать как указано в прототипе (патент РФ 2192100, H04L 12/00, 1997).