BR102019001427A2

BR102019001427A2 - Sistema de sincronização temporal off-line de múltiplos aparelhos celulares e tablets através de fotografia digital

Info

Publication number: BR102019001427A2
Application number: BR102019001427-0A
Authority: BR
Inventors: Giovanni Mamao Gouveia
Original assignee: Giovanni Mamao Gouveia
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-08-04

Abstract

a presente invenção demonstra um sistema que permite a sincronização temporal de múltiplos aparelhos celulares e/ou tablets, através da utilização de suas respectivas câmeras digitais. como todos os relógios internos destes dispositivos estão sujeitos a consideráveis imprecisões ou distorções no registro do tempo entre eles, várias aplicações deixam de operar com a performance desejada, ou simplesmente não funcionam. o sistema aqui proposto visa obter uma diferença mínima de tempo entre os aparelhos do conjunto sincronizado, que pela sua simplicidade de execução e custo possibilita o funcionamento e um aumento significativo na performance de inúmeras aplicações. o sistema de sincronização temporal tem a grande vantagem em ser operado totalmente off-line. apesar de ser previamente instalado online, é composto de aplicativo com funcionamento off-line em um conjunto de aparelhos celulares e/ou tablets, obrigatoriamente dotados de câmera digital, operados pelos seus respectivos usuários, e de um cronômetro externo com precisão mínima de 5 ms e que seja de fácil visualização e leitura por todos os usuários que desejam executar uma determinada ação em seus aparelhos, estabelecida pelo respectivo aplicativo, em um mesmo momento, ou de forma sincronizada. durante a operação de sincronização do aplicativo, uma foto do cronômetro é solicitada ao usuário. após o registro desta fotografia, o algoritmo do aplicativo acessa a hora exata do relógio interno que cada aparelho marcava no momento do click da fotografia, com precisão de até 1 ns. em seguida, a hora registrada na imagem da foto é informada ao aplicativo pelo próprio usuário, ou interpretada por processamento de imagem, permitindo assim determinar o atraso ou avanço do tempo interno (relógio do aparelho) em relação ao tempo externo (cronômetro externo). essa diferença (atraso ou avanço) pode ser então repassada a outra aplicação ou ao próprio aplicativo, que se tiver que tomar uma ação conjunta no tempo t registrado no cronômetro, basta que aquela diferença seja somada ou diminuída do tempo interno corrente do aparelho para a obtenção deste mesmo tempo t de referência da hora externa, para que aquela ação se inicie simultaneamente em todos os aparelhos do conjunto habilitado pela operação de sincronização.

Description

SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFF-LINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES E TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL

[1] A presente invenção consiste em um sistema que permite a sincronização temporal de múltiplos aparelhos celulares e/ou tablets, através da utilização de suas respectivas câmeras digitais. Como os relógios internos destes dispositivos estão sujeitos a consideráveis imprecisões ou distorções de registro de tempo entre eles, várias aplicações deixam de operar com a performance desejada, ou simplesmente não funcionam. O sistema aqui proposto visa obter uma diferença mínima de tempo entre os aparelhos do conjunto, que pela sua simplicidade de execução e custo, possibilita um aumento significativo no número de aplicações em sistemas distribuídos que dependem de sincronização. Este sistema de sincronização tem a grande vantagem de ser operado totalmente off-line. É composto de aplicativo com funcionamento offline, apesar de ser previamente instalado online, um conjunto de aparelhos celulares e/ou tablets, obrigatoriamente dotados de câmera digital e operados pelos seus respectivos usuários, e de um cronômetro externo com precisão mínima de 5 ms e que seja de fácil visualização e leitura por todos os usuários que desejam sincronizar seus aparelhos para uma determinada aplicação em conjunto.

[2] Durante a operação do sistema, o aplicativo com a função de sincronização solicita ao usuário uma foto do cronômetro. Após o registro desta fotografia, o algoritmo do aplicativo acessa a hora exata do relógio interno que cada aparelho marcava no momento do “click” da fotografia, com precisão de até 1 ns. Em seguida, o algoritmo obtém a hora impressa na imagem da foto, podendo assim determinar o atraso ou avanço do tempo interno (relógio do aparelho) em relação ao tempo externo (cronômetro fotografado). Essa diferença (atraso ou avanço) pode ser então repassada a outra aplicação ou aplicativo, que se tiver que tomar uma ação conjunta num tempo tex do cronômetro, basta que aquela diferença seja somada ou diminuída do tempo interno corrente do aparelho para a obtenção deste mesmo tempo com referência da hora externa, de modo que a ação se inicie simultaneamente em todos os aparelhos sincronizados do conjunto.

[3] Notar que os programas dos aplicativos citados são vistos como ferramentas para o alcance do objetivo proposto aqui, mas não fazem parte do escopo da presente invenção. Mesmo assim, o nível de explicação de tecnologias já de domínio público, das variáveis de entradas e requisitos de saídas, bem como dos critérios relevantes e soluções de decisão apresentados pelo algoritmo do sistema serão suficientes para que um profissional da área de programação de computadores e celulares seja capaz de produzir os códigos computacionais que compõem estas ferramentas.

Estado da técnica

[4] Até o momento, além da comunicação, estamos familiarizados com as outras inúmeras aplicações e utilidades dos aparelhos celulares e tablets, sendo grande parte delas de forma individualizada. Através destes dispositivos temos acesso a uma infinidade de informações em textos, som, imagem, desenho, vídeo, entretenimentos e mesmo comunicações e aplicações entre grupos. Mesmo assim, devido a falta de sincronização temporal entre os aparelhos, muitas aplicações são restritas. Afim de contornar esta dificuldade e explorar as inúmeras possibilidades de utilização em conjunto destes dispositivos, muitas pesquisas e métodos de sincronização interna e externa tem sido desenvolvidos e implementados. Na sincronização externa, uma fonte de tempo externa é usada, como por exemplo Protocolo de Tempo em Rede (NTP-Network Time Protocol) e Sistema de Posicionamento Global (GPS-Global Positioning System) (REF 1). Considerando o NTP como fonte externa, o tempo de viagem de sinal (latency) para a obtenção deste valor de tempo tem um grande impacto sobre o resultado final, podendo alcançar até 10 ms (1x10-3 s) em uma Rede de Área Local (LAM-Local Area Network) e 100 ms em condições de internet (REF 2) apesar da precisão na origem anunciada da ordem de 1 ns (1x10-9 s) (REF 3) (REF 4). Já o GPS como fonte externa, pode fornecer a fornecer a precisão de 1 ns (REF 5) e pode ser acessado de qualquer lugar do mundo, mas requer uma linha de visão direta entre o receptor e os satélites de referência, além de que o estabelecimento de uma conexão entre o receptor e satélites de referência pode levar um tempo longo. Outro método com fonte de sincronização externa através de um transmissor dedicado é o serviço de difusão por Bluetooth de Baixa Energia (BLE-Bluetooth Low Energy) (REF 6). Com o sinal de referência chegando diretamente ao hardware podem alcançar uma precisão de 10 μs (1x10-6 s). Outra abordagem de referência externa de tempo é a geração de sinais de ultrassom através da propagação de uma rede mestra em direção a outra rede de usuários(REF 7), podendo alcançar uma precisão média de 720 ps. Uma metodologia similar descreve a sincronização de múltiplos aparelhos por emissão de som audível, mas completamente off-line. Esta metodologia possibilita a sincronização entre as leituras dos sensores embarcados em um grupo de aparelhos para aplicações de verificação estrutural (REF 8).

[5] Já para que uma sincronização interna de uma determinada rede ocorra, todos os nós devem aceitar a referência de tempo de apenas um nó no interior da mesma. Mesmo assim, esses métodos acabam dependendo da existência de uma fonte externa de tempo como referência. Um exemplo é a combinação do uso do tempo de referência fornecido pelo NTP com o cálculo de tempo decorrido a partir de um certo evento interno num dado aparelho (REF 9).

Problemas do estado da técnica:

[6] Alguns dos métodos de sincronização de aparelhos celulares ou tablets apresentados aqui possuem várias vantagens e alternativas na obtenção de um tempo comum entre os dispositivos, mas não conseguem cobrir todas as aplicações, ou por uma questão de precisão, ou das condições de operação do ambiente e extensão do alcance, ou custo de instalação e regulagem do aparato técnico necessário, ou da complexidade da própria operação de sincronização. A sincronização pelo NTP, pode até atender em termos de precisão a muitas aplicações, mas exigem a complexidade de instalação de uma LAM para a obtenção de até 10 ms de atraso, ou pior ainda 100 ms no caso de utilizado em ambiente de internet. Nos dois casos, podem existir também o custo, a complexidade de instalação e ajuste do aparato técnico.

[7] Apesar de atender bem no requisito de precisão, simplicidade de operação e baixo custo, a sincronização temporal de um conjunto de aparelhos por meio do GPS pode limitar aplicações em ambientes onde não há contato direto e instantâneo com os satélites emissores dos sinais com referência de tempo.

[8] Já o método proposto em (REF 10), sincronização por sinal sonoro, limita as aplicações onde alguns celulares do conjunto a ser sincronizado estão longe da fonte de referência, devido a baixa velocidade inerente ao sinal propagado por uma onda mecânica e seu longo tempo de trajeto, dependendo da distância da fonte ao receptor.

[9] O método proposto em (REF 11), que usa a frequência de oscilação de luz fluorescente para a sincronização dos relógios dos diferentes dispositivos é similar ao método sonoro e não depende da distância da fonte de emissão luz, mas a calibração do aparato de hardware acaba sendo um limitador na utilização. Esse é o principal fator limitante de outros métodos propostos que usam o mesmo princípio, tais como energia eletromagnética de radiação de corrente alternada de linhas de transmissão (REF 12) e onda FM de rádio para calibração de relógios funcionando em rede (REF 13).

Vantagens da invenção

[10] O “SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL” é único e inovador na simplicidade de execução de operação coletiva de sincronização temporal de aparelhos celulares ou tablets, já que é realizado offline, sem a complicação da utilização e da calibração de hardware, sendo realizado através da operação de dispositivos e funções comuns presentes em todos os dispositivos mais recentes: a câmera fotográfica. Através de um aplicativo e de um cronômetro visível, (2) da Figura 1, ao campo de visão da câmera do celular ou tablete, (1) da Figura 1, o usuário precisa apenas tirar uma foto do relógio de referência, (2) da Figura 1, comum a todos os outros aparelhos, (1) da Figura 1. Quando a hora impressa na imagem, Ti, for informada ao aplicativo, o mesmo também busca a hora exata do “click” da foto com referência ao relógio interno do aparelho tij, encontrada no meta arquivo gerado pelo sistema operacional do dispositivo, denominado EXIF (REF 14). A diferença obtida dtij é simplesmente adicionada ao tempo de referência interno, resultando um tempo sincronizado com a referência externa.

Descrição detalhada da Tecnologia

[11] O “SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL” é composto de:

[12] A) Dois ou mais aparelhos celulares ou tablets, (1) da Figura 1, dotados de câmeras fotográficas, que requerem um tempo, ou momento exato, em comum para executarem uma tarefa em sincronismo. Estes aparelhos devem ser dotados também de sistemas operacionais que registram informações adicionais às informações de imagem, como data, local e principalmente o momento exato do “click”, com referência ao relógio interno do próprio sistema, em um meta arquivo. A hora deste relógio interno será denominada tij, com i correspondente ao tempo do “click” de registro de Ti externo no aparelho j e será sempre informada no formato hh:mm:ss:cc.

[13] B) Um relógio de referência externa com tempo estável, (2) da Figura 1, com resolução de 1 centésimo de segundo, precisão de 5 ms e com frequência mínima de atualização de 100 Hz. Deve possuir dimensões e localização adequadas para facilitar a leitura e visualização simultânea pelas câmeras dos aparelhos, (1) da Figura 1, sem a necessidade da utilização da função de aumento “Zoom”. A hora deste relógio externo será denominada Ti e será sempre informada no formato HH:MM:SS:CC.

[14] C) Programas ou aplicativos com a função de sincronização off-line previamente instalados, ou baixados, em todos os aparelhos disponibilizados, presentes no ambiente do relógio externo de referência descrito em B).

[15] A operação do sistema é bastante simples e acontece de acordo com as seguintes etapas ou fases descritas abaixo e representadas no algoritmo da Figura 2:

[16] i) Um aplicativo ou programa com a função de sincronização é instalado nos aparelhos, (1) da Figura 1, celulares ou tablets;

[17] ii) Um relógio de referência externa, (2) da Figura 1, é disponibilizado de tal modo, num determinado ambiente ou área, onde todos os usuários que desejam sincronizar seus aparelhos, (1) da Figura 1, para uma determinada aplicação tenham acesso visual;

[18] iii) Quando acionada, a função de sincronização, Figura 2, disponibiliza a câmera fotográfica do aparelho e solicita ao usuário que dispare a foto para registrar uma imagem legível do relógio de referência externa descrito em B). Neste momento, o sistema operacional do aparelho registra em um meta arquivo EXIF o momento exato em que a câmera foi disparada, de acordo com a referência do relógio interno do próprio sistema. Este momento ou tempo é recuperado pelo aplicativo requisitante da sincronização e armazenado na variável de nome tij, no formato hh:mm:ss:cc.

[19] iv) O aplicativo requisitante da sincronização é então informado do tempo, ou momento, de referência externa, contido na imagem do relógio de referência externa descrito em B). Este valor é armazenado na variável de nome Ti, no formato HH:MM:SS:CC.

[20] v) De posse de tij e de Ti em um mesmo momento Ti o aplicativo determina a diferença dTij entre os dois tempos. A diferença dTij é supostamente constante, ou seja, se os dois relógios são estáveis e não apresentam variação na contagem de seus incrementos temporais do momento ti ao momento tn, tij - Ti = dTij (constante) para qualquer instante entre ti e tn.

[21] vi) O aplicativo executa a ação desejada em um tempo predeterminado tex entre ti a tn, de forma sincronizada com o relógio externo de referência, simplesmente com um comando condicional de algoritmo “se tex <= tij + dTij, faça...ˮ em todos os aparelhos j, sendo tex o tempo corrente do relógio externo, especificado previamente pelo aplicativo para início de uma determinada ação.

Claims

“SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL”, caracterizado pela utilização das câmeras digitais inerentes aos aparelhos celulares ou tablets modernos, para que esses aparelhos possam iniciar uma ação com base em um mesmo tempo de referência externa.
“SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possibilitar a sincronização através da captura do tempo externo que deverá estar registrado na imagem digital, ou seja, na fotografia obtida.
“SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por possibilitar a sincronização através da captura do tempo interno que deverá estar registrado em um meta arquivo que acompanha a imagem digital em sistemas operacionais mais comuns (IOS e Android).
“SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por definir uma diferença entre o relógio interno do aparelho e o relógio de referência externo (objeto da fotografia)
“SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL OFFLINE DE MÚLTIPLOS APARELHOS CELULARES OU TABLETS ATRAVÉS DE FOTOGRAFIA DIGITAL”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado pela sincronização off-line de múltiplos aparelhos.