СПОСОБ И СРЕДСТВО ДЛЯ ДОСТАВКИ, ОБРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОДИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИИ
METHOD AND MEANS FOR DELIVERING, HANDLING AND USING CODED INFORMATION

Данное изобретение, описанное здесь и в шведских патентных заявках 0600315-6 от 13 февраля 2006 г. и 0700070-6 от 8 января 2007 г., в соответствии с которыми заявлен приоритет, относится к способу и устройству для доставки информации, читаемой человеком и компьютером, в мобильный телефон с дисплеем и для использования указанной информации в таких приложениях, как распространение билетов, предоставление купонов, управление доступом к закрытым зонам или учреждениям.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В международных заявках с публикациями WO 2001/95267 и WO 2004/027662, а также в заявке GB 2362012 описан способ доставки билетов на мобильный телефон. Однако известные способы имеют заметные практические недостатки, поскольку они требуют использования одно- или двумерных кодов. Такие коды не могут быть переданы с помощью стандартных протоколов коротких текстовых сообщений, которые поддерживаются практически всеми мобильными телефонами и сетями. Точнее, такие коды требуют специальных техник передачи изображений, например, EMS, Smart Messaging (фирмы Nokia) и MMS, либо электронной почты, которые не входят в обычный набор поддерживаемых услуг мобильной сети и мобильного телефона, в частности, в развивающихся странах; также такие коды более дороги в использовании и требуют большей пропускной способности при передаче данных. MMS обычно требует специальных настроек в мобильных телефонах. В случае EMS необходима информация о конкретной модели телефона принимающей стороны и характеристиках его дисплея. Такие данные могут храниться в базе данных, однако в связи с быстрым появлением новых моделей мобильных телефонов и распространением дешевых моделей в развивающихся странах, поддержание базы данных в актуализированном состоянии затруднено. Одно- или двумерные коды, являясь основой известных способов, обычно не могут быть прочитаны стандартными продаваемыми на рынке и подобными им сканерами, а требуют специальных сканеров. Также такие коды трудны для чтения на дисплее мобильного телефона, который может быть грязным или поцарапанным, что делает чтение плотно упакованных линий и битов весьма трудным.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является преодоление вышеуказанных проблем и обеспечение способа, который применим практически ко всем мобильным телефонам во всех сетях операторов, прост в адаптации и эффективен по стоимости при использовании. Концепция мобильного телефона, использующаяся здесь и далее, включает все типы наладонных мобильных устройств с дисплеем, включая (но не ограничиваясь этим) так называемые персональные цифровые ассистенты (PDA) и смартфоны, и использование средств беспроводной связи любого типа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Указанная цель достигается посредством способа и устройства согласно отличительным частям пунктов 1 и 6 формулы изобретения соответственно.
Зависимые пункты описывают предпочтительные варианты реализации данного изобретения.
Сети для мобильных телефонов разработаны так, чтобы иметь возможность передачи коротких текстовых сообщений с типами, описанными далее. Дисплеи мобильных телефонов, соответственно, способны к приему и показу стандартных коротких текстовых сообщений, которые могут содержать некоторую кодированную информацию в виде набора букв и/или цифр. Кодированная информация, которая используется приемным мобильным телефоном как билет, ваучер, дисконтный купон или подобный документ, дающий право владельцу на некоторые товары или услуги, или позволяющий владельцу принять меры, начать действие или активировать функцию, может быть без ограничений дополнена также информацией в виде обычного буквенно-цифрового текста. Все подобные сообщения, содержащие кодированную информацию с использованием стандартного набора букв короткого текстового сообщения, включая знаки пунктуации и пробелы, далее называются билетами.
Данное изобретение, как оно описано здесь и в приоритетных документах, основано на том факте, что связь посредством короткого текстового сообщения чрезвычайно широко распространена, является весьма недорогостоящей и поддерживается практически всеми операторами мобильных сетей и мобильными телефонами. Следовательно, коды, подходящие для универсального использования и не зависящие от информации о любых особенностях телефонов, на которые эти коды доставляются, должны быть основаны на наборах букв и символов, поддерживаемых стандартными службами коротких текстовых сообщений. Код этого типа, описываемый в данном изобретении, будет называться элементным кодом.
Хотя преимущества элементного кода наиболее заметны при использовании со стандартными службами коротких текстовых сообщений (например, SMS, SkyMail и ShortMail, рассмотренными далее), в рамках изобретения, конечно, возможно передавать код с помощью других протоколов и средств, таких как EMS, Smart Messaging, MMS и электронная почта.
ОБМЕН КОРОТКИМИ ТЕКСТОВЫМИ СООБЩЕНИЯМИ
Передаваемые и принимаемые мобильными устройствами в режиме точка-точка или точка - много точек, основанные на тексте Службы Коротких Сообщений (Short Message Services, SMS) были впервые представлены как функциональные возможности, определенные несколькими протоколами SMS в системе GSM, однако сейчас SMS распространены в широком круге сетей, включая 3G и выше. Обмен короткими текстовыми сообщениями на сотовом уровне вещания позволяет отправлять сообщения на все мобильные устройства в определенной географической области. Прием, сохранение и перенаправление коротких текстовых сообщений в мобильной сети выполняется посредством Центров Службы Коротких Сообщений (Short Message Service Centers, SMSC), с использованием таких протоколов, как SMPP (Short Message Peer-to-Peer, Одноранговое Короткое Сообщение).
Обмен короткими текстовыми сообщениями также реализован в других протоколах, помимо SMS, например японском SkyMail (фирмы J-Phone) и Short Mail (фирмы NTT DoCoMo). Короткие текстовые сообщения могут быть также доставлены посредством протоколов электронной почты, например SMTP, по TCP/IP.
Полезная информация коротких сообщений, переданных посредством SMSC, определяется различными протоколами. В стандарте GSM MAP framework полезная нагрузка ограничена 140 байтами (=1120 бит). Это позволяет иметь 160 7-битных букв, 140 8-битных букв или 70 16-битных букв. Как следствие, использование латинских букв, кодированных как 7-битные слова в кодировке ASCII, позволяет иметь сообщение из 160 букв, а использование, например, оусских, китайских, корейских или японских букв, кодированных 16-битной кодировкой UCS-2, позволяет иметь только 70 букв.
В случаях когда отправитель билета желает добавить дополнительную информацию к билету, например, если общая длина сообщения превышает указанные выше лимиты числа букв на одно сообщение, контент может быть сегментирован на несколько объединенных сообщений. Поскольку информация о сегментации использует до 48-и бит, действительная полезная информация каждого сегментированного сообщения будет короче, например, только 67 букв для 16-битных букв.
Таким образом, для более широкого применения элементный код должен быть предпочтительно короче 67 букв. Однако дисплеи большинства мобильных телефонов не позволяют обеспечить одновременную демонстрацию кода такого размера. Следовательно, размер элементного кода, в соответствии с данным изобретением, должен быть предпочтительно ограничен в терминах числа строк и числа знаков в строке так, чтобы код мог быть показан целиком на подавляющем большинстве всех дисплеев мобильных телефонов. Тогда дисплей со всем кодом может быть представлен автоматическому считывателю кодов, как описано далее.
Все режимы передачи мобильной информации, использующие элементные коды и разработанные так, чтобы практически все дисплеи мобильных телефонов были способны показывать весь код, будут здесь и далее называться передачами текстового (txt) элементного кода.
ПРЕИМУЩЕСТВА, СВОЙСТВЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТНОМУ КОДУ
Наиболее важной характеристикой элементного кода является то, что он основан на стандартных буквах и знаках SMS. Увеличивая практическую универсальность, в передачи текстового элементного кода может быть добавлена дополнительная информация:
1. Кодовая часть сообщения SMS может быть предварена обычным текстом (предпочтительно ограниченным одной строкой на дисплее), относящемся к конкретному применению билета. В географических областях, где может быть много мобильных телефонов с маленькими дисплеями, эта информация может быть добавлена после кода, для гарантии отображения билета сразу целиком, без прокручивания.
2. За билетом может следовать обычная текстовая информация от отправителя к конечному пользователю, расширяя, если нужно, общую длину сообщения использованием последовательно сегментированных раздельных или соединенных сообщений.
Дальнейшая универсальность может быть достигнута кодированием информации для обеспечения действительности билета для нескольких лиц («семейный билет»).
Используя присущие службам коротких текстовых сообщений одноранговые и широковещательные функциональные возможности, билет можно легко перенаправить от начального получателя к другим лицам либо распространить в массовом порядке эмитентом билета. В случае уникальных индивидуальных билетов для однократного использования, после первого представления и использования билет будет исключен из реестра в применяемой системе управления билетами и, таким образом, будет недоступен для многократного использования. Системные аспекты системы распространения билетов описаны более подробно далее.
Путем замены бумажных билетов на билеты в виде текстового элементного кода может быть достигнута весьма заметная рационализация, с точки зрения как эмитента билета, так и конечного пользователя.
СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТНОГО КОДА
Далее будут описаны альтернативные варианты элементного кода со ссылками на чертежи.
Фиг.1-4 - примеры кодов, разработанных в соответствии с изобретением.
Фиг.5 - элементный код, отображенный на экране мобильного телефона.
Фиг.6 - блок-схема, иллюстрирующая типичные этапы обработки изображения элементного кода.
Фиг.7 - система для генерирования и администрирования билета.
На фиг.1-2 показаны бинарные элементные коды, разработанные в соответствии с изобретением.
Бинарный элементный код использует только две буквы из стандартного набора букв служб коротких сообщений, включая, без ограничения, знаки пунктуации и пробел. Преимущества бинарного кода:
- Во-первых, при ограничении кода только двумя элементами облегчено распознавание и интерпретация кодовых элементов в считывающем устройстве и декодере.
- Во-вторых, могут быть применены хорошо известные способы обнаружения и коррекции ошибок, например коррекция ошибок Рида-Соломона.
- В-третьих, могут быть выбраны элементы, эйлеровы числа которых сильно различаются, что облегчает быстрое распознавание в считывающем устройстве.
Фиг.1А показывает бинарный код, использующий в качестве элементов только цифру 1 и пробел. Эксперименты показывают, что такой код не является оптимальным с точки зрения надежности.
Фиг.1В показывает улучшенный бинарный код, использующий цифры 1 и 8 в качестве элементов. Эти элементы имеют относительные эйлеровы числа Е=+1 и Е=-1. Существуют быстрые способы расчета эйлеровых чисел; их использование является преимуществом с точки зрения вычислений, когда задачей является различение символов.
Царапины и частицы пыли на дисплее могут влиять на изображение, видимое считывающим устройством и декодером, и, таким образом, на вычисленное эйлерово число. Перед вычислением эйлерова числа могут быть, однако, использованы морфологическая фильтрация и другие техники улучшения изображения, что делает декодирование надежным с точки зрения состояния области изображения.
Преимущество использования цифр для элементного кода, в отличие от использования других символов (например, букв) состоит в том, что цифры часто бывают напечатаны или отображены эквидистантно, что позволяет представлять код как совершенную решетку, что дополнительно облегчает чтение и интерпретацию в декодере. При использовании функции возврата каретки, которая поддерживается обменом короткими текстовыми сообщениями, можно обеспечить достаточный запас по расстоянию между элементами и краями дисплея.
Мобильные телефоны используют различные начертания шрифтов/фонты, которые могут быть пропорциональными или моноширинными, с засечками или без них, и т.д. Как результат, символы, выбранные в качестве элементов для элементного кода могут быть представлены по-разному, что влияет на надежность распознавания.
Поэтому возможно получить преимущество при использовании других цифр/символов для элементного кода, кроме цифр 1 и 8.
Фиг.2 иллюстрирует вариант осуществления бинарного элементного кода с элементами в виде заглавной буквы «b» и «i». Эти элементы имеют такие же эйлеровы числа, как и цифры 8 и 1, и могут быть использованы альтернативно. Однако эквидистантные промежутки в этом случае будут потеряны.
Фиг.1 и 2 показывают пример кода с промежутками между элементами, с 5 пятью строками по 8 элементов в каждой строке, с получением 40-битного кода.
Хотя промежутки между элементами облегчают надежное считывание и декодирование, использование промежутков в соответствии с изобретением является опцией, а не необходимым условием. В рамках изобретения возможно использование символа промежутков, поддерживаемого стандартным обменом короткими текстовыми сообщениями, например дефиса между элементами.
Кроме того, использование режима возврата каретки является опцией, которая облегчает интерпретацию, а не необходимым условием. Было проверено экспериментально, что стабильное декодирование может быть достигнуто без заранее запрограммированного режима возврата каретки для задания длины строки.
40-битный бинарный код позволяет иметь достаточное на практике число комбинаций. Однако мобильные телефоны начального уровня могут не обеспечивать одновременного отображения 5 пяти строк. С меньшим количеством строк комбинаторный объем может быт увеличен путем использования трехэлементного кода. Это показано на фиг.3, где использованы элементы 8, 0 и 1, имеющие эйлеровы числа Е=-1, Е=0 и Е=+1 соответственно. С тремя строками по 8 элементов комбинаторный объем такого кода (без элементов, отведенных на обнаружение и коррекцию ошибок) равняется приблизительно 282 миллиардам.
В соответствии с изобретением возможно варьировать число кодовых элементов и выбирать для кода любой набор ясно различимых букв стандартного обмена текстовыми сообщениями, предпочтительно таких, чтобы эйлерово число любых двух элементов в коде отличалось по меньшей мере на единицу.
Дополнительной характеристикой структуры элементного кода и декодирующих программ в соответствии с изобретением является частичная или полная вращательная инвариантность. В случае полной вращательной инвариантности интерпретация кода возможна вне зависимости от того, как повернут дисплей вокруг оптической оси считывающего устройства/декодера. Вращательная инвариантность может быть достигнута, например, введением подходящих маркеров в коде.
Коды, показанные на фиг.1-3, декодируются посредством техники оптического распознавания символов (OCR), которая может быть основана на нейросетях, для возможности распознавания считывающим устройством букв, используемых для элементного кода, вне зависимости от типа шрифта, примененного на дисплее конкретного мобильного телефона.
Это предполагает, что использующиеся алгоритмы обучаются для распознавания символов на различных дисплеях мобильных телефонов при плохом освещении и контрастности, а также, возможно, с большим и не вполне известным набором шрифтов, наличие которых может изменяться со временем. Эта трудность может быть преодолена путем использования концепции кодовой книги, проиллюстрированной элементным кодом в соответствии с фиг.4.
На фиг.4 первые две строки элементного кода содержат 9 элементов, выбранных из набора цифр 0-9, каждая, с исключенными в данном примере цифрами 1 и 8. Эти две строки содержат закодированный номер билета. Третья строка является кодовой книгой, которая не содержит закодированной информации, а используется только как шаблон для обеспечения возможности распознавания считывающим устройством набора закодированных символов. Использование симметричных свойств кодовой книги, например таких, при которых некоторая цифра всегда находится в середине кодовой книги, дополнительно облегчает интерпретацию.
Практические тесты на большом ряде мобильных телефонов различных поколений, с сильно отличающимися дисплеями и их фоновыми параметрами, подтвердили надежность элементного кода с кодовой книгой. Дополнительные преимущества использования кодовой книги - большой диапазон символов, которые могут быть практически применены как элементы, и, как следствие, больший комбинаторный объем при данной длине кода. В случае примера на фиг.4, когда используется четыре цифры для обнаружения ошибок и остаются 14 цифр для полезной информации кода, комбинаторный объем равняется 8^14, или приблизительно 4398 миллиардов.
Фиг.5 иллюстрирует мобильный телефон, отображающий сообщение с текстовым элементным кодом в соответствии с фиг.4.
Для считывания и интерпретации элементного кода используется специально запрограммированный и адаптированный считыватель/сканер, основанный на камере CCD или CMOS. Надежное машинное считывание кодов с дисплея мобильного телефона может быть затруднено из-за отражений, плохого контраста и иногда из-за фона с неоднородностями и пятнами. Следовательно, в считывателе/декодере могут быть использованы средства, обеспечивающие минимизацию указанных проблем, например герапатитовый/поляризованный экран и оптимизированное освещение. Однако практические тесты показали, что дисплеи с подсветкой в мобильных телефонах дают достаточный контраст для считывания элементных кодов практически со всех экранов мобильных телефонов без специального освещения или поляризующих средств в считывающем устройстве.
Встроенная декодирующая программа может осуществлять геометрическую коррекцию угловых и вращательных эффектов. Путем выбора линз с достаточной глубиной резкости минимизируются эффекты изменения расстояний до изображения и неровности экранов. Смазывание изображения при движении контролируется высокоскоростным кадрированием, обработкой и/или дифференциальными методами. Для лучшего решения проблем, вызванных неоднородным фоном, использующимся по умолчанию в некоторых мобильных телефонах, на ранних этапах обработки изображения может быть использовано квантование пиксельных областей. Обработка изображения может включать использование техники обнаружения краев и обобщенное преобразование Хафа, вычисление бинарных моментов и ориентации присоединенных компонент и т.д.
Фиг.6 иллюстрирует типичный захват изображения и этапы обработки в считывающем устройстве элементного кода, включающие:
- захват изображений на достаточной скорости для уменьшения смазывания изображения при движении,
- фильтрацию изображения для уменьшения шума,
- использование адаптивного порога для получения изображения в бинарном формате,
- обработку изображения в бинарном формате для определения характеристик бинарных присоединенных компонент; в частности, для элементного кода, показанного на фиг.4 и 5, определение компонент, которые могут соответствовать тире (или другим подходящим разделительным знакам) в начале и в конце строк,
- нахождение местоположения кода; в частности, для элементного кода, показанного на фиг.4 и 5, поиск комбинаций тире, отмечающих местоположение кода; определение местоположения индивидуальных цифр после нахождения местоположения кода,
- интерпретацию цифр в коде; в случае элементного кода с кодовой книгой, использование для интерпретации корреляции и совпадения с кодовой книгой,
- декодирование номера билета и, если нужно, его верификацию с помощью техники обнаружения и коррекции ошибок,
- предоставление результата подходящей системе распространения билетов, предоставления купонов, управления доступом (системе ТСАС).
Считывающее устройство или терминал, подключенный к считывающему устройству, оборудован средством связи, включающим (но не ограниченным этим) беспроводную связь с компьютером или сервером в локальной сети, где билеты могут быть проверены на достоверность и заблокированы для исключения неоднократного использования.
Фиг.7 иллюстрирует систему А управления доступом, имеющую три входа, со считывающими устройствами С элементного кода, интегрированными в систему распространения билетов для организаторов мероприятий. В этой системе билеты или пропуска на доступ генерируются средством (TCGE) генерации билетов и купонов, загружаемым посредством Интернета с веб-сайта в систему управления пользователями организаторов мероприятий (CRM). Система CRM, которая может быть расположена далеко от места проведения мероприятия, комбинирует билеты с любой дополнительной коммерческой или другой информацией, и распространяет SMS с билетами на номера мобильных телефонов, перечисленных в базе данных. Система CRM связывается посредством Интернета с локальным узлом управления билетами (FMUT), расположенным на месте проведения мероприятия и содержащим локальный сервер, на который CRM постоянно отправляет информацию о номерах выпущенных билетов, для какого количества лиц действителен любой билет, подлинность билета/дата завершения его действия и т.д. FMUT хранит эту информацию в постоянно обновляемой локальной базе данных. FMUT также принимает информацию о считанных билетах от терминалов D контроля дверей, сверяет свои номера с указанной локальной базой данных и отправляет назад на указанные терминалы информацию о действительности билета. Таким образом предотвращается многократное использование билетов. CRM может в любое время запросить из FMUT статистику о том, сколько билетов и каких было использовано в любой конкретный период времени. WLAN допускает расстояния максимум 50-100 метров между входами и FMUT без использования ретрансляторов. Структура номеров билетов и купонов, алгоритмы для генерации элементного кода, включая способы администрирования номеров билета/купона и способы реверсивной перестановки или шифрования последовательных номеров билетов для предотвращения подделок не являются предметом этой патентной заявки. Однако большой объем полезных данных и универсальность концепции элементного кода позволяет удовлетворять различным практическим требованиям. Например, часть полезной информации элементного кода может быть использована для кодирования информации об ограничении действительности билета по времени и географической действительности билета. Билеты с подобными ограничениями могут быть распространены и использованы в транспортных системах без необходимости постоянной связи между считывающим устройством мобильного элементного кода и центральной системой проверки действительности билетов.
Важное преимущество системы выдачи билетов, основанной на текстовом элементном коде, связывающейся по радио и интегрированной в систему базы данных, состоит в том, что она также пригодна к использованию в поездах и других системах с тарифами и входными платежами, где нет пропускных турникетов, а контроль билетов осуществляется либо систематически билетером, ходящим по поезду или автобусу, либо время от времени контролером, осуществляющим необъявляемую проверку билетов. Номер билета, считываемый считывающим устройством элементного кода, будет передан в центральную систему посредством GPRS или 3G, и вся необходимая информация о действительности билета может быть предоставлена из этой системы. Билетер или контролер может иметь считывающее устройство элементного кода в ранце или наплечной сумке. Для мобильных применений считывающее устройство может быть предпочтительно легким и эргономичным, в виде пистолета, который на своей задней стороне имеет хорошо видимый небольшой экран. На этом экране немедленно отображается информации о билете, как только "дуло" считывающего пистолета помещается над дисплеем мобильного телефона с билетом SMS. Это намного быстрее, чем проверка и отрывание бумажных билетов, и очень удобно как для путешественника, так и для билетера или контролера.
Такое же построение системы, кроме билетов для мероприятий и входного доступа, подходит к приложениям с использованием купонов, включая, например, дисконтные купоны на базе элементного кода для предъявления кассирам в торговых организациях.
Данное изобретение описано со ссылками на наилучшие варианты его осуществления, какими они видятся на настоящий момент. Понятно, однако, что данное изобретение допускает изменения в режимах функционирования и вариантах осуществления в пределах возможностей специалистов и в рамках обычной технической разработки; объем данного изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.