RU221697U1 - Детектор микронаушников для дистанционного тестирования - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области вычислительной техники, а именно к программно-аппаратному комплексу, и может быть использована для детекции системы микронаушников. Детектор содержит катушку индуктивности (1), выполненную с возможностью приёма полезного сигнала от системы микронаушника; последовательно соединённые каскад низкочастотных предусилителей (2), выполненных с возможностью приёма сигнала с катушки индуктивности, причём на выходе предусилителей установлены полосовые фильтры (3) для фильтрации шумов; последовательно соединённый атипичный операционный усилитель (4), аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем (5), последовательно соединённый стабилизатор DC-DC напряжения (6) с подсоединённым USB-контроллером (7), обеспечивающим функции питания и связи устройства с персональным компьютером. Техническим результатом данной полезной модели является создание эффективного и надёжного детектора для детекции системы микронаушников, позволяющего осуществлять оперативное и точное выявление нарушений академической недобросовестности, технический результат достигается при помощи переноса сложной программной обработки звука на мощность персонального компьютера, а также за счёт оптимизации дальности приёма сигнала, улучшения эффективности аппаратного усиления и предусиления низкочастотного сигнала и изменения пользовательского опыта.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники, в частности, к детекторам микронаушников для дистанционного тестирования.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Аналогом заявляемой полезной модели является изобретение области вычислительной техники, включающее дистанционную часть устройства, содержащую катушку индуктивности, каскады низкочастотных усилителей с полосовыми фильтрами, триггером Шмитта, аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем, DSP процессор, а также приемопередатчик на технологии связи wifi, модуль bluetooth, аккумулятор с модулями стабилизации и повышения напряжения (RU 2784689 (С1), опубл. 29.11.2022 г).

Существенные признаки аналога «децентрализованный детектор микронаушников», а именно ее дистанционной части, совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.

Недостатком аналога является опыт эксплуатации изобретения, где пользователю необходимо наличие центрального контроллера, а как следствие отсутствие возможности эксплуатации при сдаче онлайн экзаменов. Задачами, на решение которых направлено предлагаемое решение, являются изменение пользовательского опыта использования устройства, оптимизация дальности приема сигнала микронаушников, адаптация работы устройства строго под одного пользователя, повышение точности и эффективности распознавания голосовой полосы частот и увеличение качества распознаваемых единицы звуковой информации.

Вышеупомянутый недостаток исключается тем, что полезная модель вносит изменения в дистанционное устройство аналога и направлена на современный уровень техники за счет совершенствования алгоритма использования устройства и системы приема электромагнитных сигналов и последующей аналого-цифровой обработки низкочастотного электромагнитного сигнала микронаушника не только детектором микронаушников, но и персональным компьютером.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является создание детектора микронаушников для дистанционного тестирования. Дополнительные варианты реализации настоящего полезной модели представлены в зависимых пунктах полезной модели.

Технический результат достигается тем, что повышается точность и эффективность детекции систем микронаушников за счет оптимизации дальности приема сигнала и переноса вычислительных процессов на вычислительные мощности персонального компьютера, позволяющие улучшить пользовательский опыт для онлайн и оффлайн тестирований.

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления детектора микронаушников для дистанционного тестирования, состоящего из катушки индуктивности (1), выполненной с возможностью приема полезного сигнала от системы микронаушника; последовательно соединенные каскады низкочастотных предусилителей (2), причем на выходе предусилителей установлены полосовые фильтры (3) для фильтрации шумов; на выходе из полосовых фильтров установлен низкочастотный усилитель (4); На выходе низкочастотного усилителя установлен последовательно соединенный аналого-цифровой преобразователь с центральным вычислительным модулем (5), а также на выходе аналого-цифрового преобразователя с вычислительным модулем установлен стабилизатор DC-DC напряжения (6), с подсоединенным USB-контроллером (7), обеспечивающим функции питания и связи устройства с персональным компьютером.

В частном варианте реализации описываемого детектора, в центральный вычислительный модуль детектора микронаушников для дистанционного тестирования встроен микроконтроллер с интегрированной информацией об уникальном имени устройства (8) и светоиспускающий диод (9), управляемый центральным вычислительным модулем, для осуществления функции защиты от подмены устройства.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Реализация полезной модели будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути полезной модели и никоим образом не ограничивают область полезной модели. К заявке прилагаются следующие чертежи:

Фиг. 1 иллюстрирует общую схему детектора микронаушников для дистанционного тестирования.

Фиг. 2 иллюстрирует блок схему с элементами АПК для показательного объяснения алгоритма работы устройства после получения положительного сигнала персональным компьютером от АПК.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В данном детальном уточненном описании полезной модели представлено значительное количество деталей, которые призваны обеспечить ясное понимание самой полезной модели и механизма его работы.

Помимо изложенного, имеется в виду, что данная полезная модель не ограничивается конкретной реализацией или описанными примерами использования, имеет обширные возможности для модификаций, изменений, вариаций и замен, сохраняющих суть и форму данной полезной модели или способа ее использования.

Предлагаемая полезная модель и ее техническое воплощение предназначено для точечной детекции систем микронаушников. За счет изменения схемотехники дистанционного контроллера улучшается пользовательский опыт, позволяя осуществлять оперативное и точное выявление нарушений академической недобросовестности путем оптимизации дальности приема сигнала, улучшения эффективности аппаратного усиления и предусиления низкочастотного сигнала, а также исключения из системы центрального контроллера, перенося сложные программные обработки звука на мощность персонального компьютера.

Предлагаемое техническое решение осуществляет дистанционный контроль за микронаушниками при онлайн и оффлайн сдачах экзаменов (онлайн образование и центры тестирования), в области определения равной одному тестируемому и при этом не требует использования центрального контроллера, осуществляя операционные вычисления на подключенном персональном компьютере.

Задача дистанционного процесса детекции системы микронаушников решается за счет следующих усовершенствований:

1. Изменения алгоритма работы устройства - функции центрального контроллера осуществляются персональным компьютером, а дистанционный контроллер выполняет функции персонального детектора микронаушников. Дистанционный контроллер может быть установлен на воротнике проверяющего.

2. Изменение технических характеристик приемной антенны, а именно уменьшение дальности ее работы на порядок 20-40 см, равному максимальному расстоянию от шеи пользователя до его ушей.

3. Изменение пользовательского опыта работы с устройством. Пользователь надевает персональное устройство и закрепляет его на шее, при этом устройство находится в дальности работы веб-камеры компьютера и имеет обратную связь с ним, посредством интегрированного в электросхему на выходе АЦП с вычислительным модулем светодиода.

4. Изменение алгоритма отображения полученной информации с системы микронаушника и возможностью взаимодействия с данной информацией внутри любой системы киберпрокторинга, давая возможность взаимодействия с контентом посредством сети "Интернет".

5. Изменение алгоритма хранения информации, перенося данную функцию на сервера заказчика или любого киберпрокторинга.

6. Перенос алгоритма голосового анализа информации на вычислительные мощности персонального компьютера, производя анализ голосовой активности внутри подготовленных сообщений предлагаемым техническим решением.

7. Возможность простого решения задачи создания интерфейса между аналоговыми портами приемопередачи звука и блоками цифровой обработки звукового сигнала.

8. Оперативная передача цифрового сигнала на обработчик алгоритма определения голосовой активности (ПК) без потери пакетов или их сжатия. Перенос алгоритма анализа голосовой активности на мощности персонального компьютера является реальной и эффективной альтернативой использованию высокопроизводительного и дорогого центрального контроллера для выполнения сложных задач в реальном времени. Данное решение об исключении из принципиальной электрической схемы "центрального контроллера" дало дополнительное преимущество, которое улучшило качество принимаемого сигнала - использование встроенного в звуковую карту компьютера (ноутбука, моноблока) АЦП, который обладает высоким качеством и возможностями по оцифровке принимаемого сигнала.

9. Снижение количества наводок, оказывающих влияние на катушку и сигналы аналого-цифрового преобразователя. В силу значительного электромагнитного воздействия в цепи питания и других компонентов и микроконтроллеров происходит образование большого количества наводок на катушку. Для решения данной задачи были внесены изменения в принципиальную электрическую схему путем оптимизации уровней питания, а именно, было принято решение разделить линии питания на две независимых части. Одна из них предназначена для катушки, а другая - для аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, достигается более эффективное снижение наводок на работу алгоритмов определения голосовой активности.

Изменение технических характеристик приемной антенны, а именно уменьшение дальности приема на порядок 20-40 см, равному максимальному расстоянию от шеи пользователя до его ушей решается путем изменения диаграммы направленности, размера низкочастотной антенны. Это решает проблему получения сигнала с двух и более пользователей и нивелирует необходимость использования двух и более устройств для триангуляции сигнала, решая проблему изменением пользовательского опыта и интерфейса.

Изменение пользовательского опыта работы с устройством. Данное решение решает задачу защиты пользовательского опыта и проблему подмены пользователя, и решается добавлением в электросхему микроконтроллер с интегрированной информацией об уникальном имени устройства. Данный зашифрованный микроконтроллер несет информацию об устройстве и его работоспособности, а также решает проблему отключения и несанкционированного доступа к коду устройства и подмены показателей, а также позволяет менять пользовательский опыт без потери надежности устройства и использования устройства, когда происходит физическая замена детектора на другой, но с измененными данными. Данный контроллер идентифицируется любой системой прокторинга при помощи интегрированного уникального UID, который не имеет аналогов и прошит в систему. При подсоединении к интернету система киберпрокторинга проверяет соответствие детектора микронаушников и его UID, а также UID записанного в систему и регистрирует его. При несоответствии UID микроконтроллер получает сигнал и обрывает соединение по пути сигнала.

Дополнительно для решения проблемы пользовательского опыта и подмены устройства в принципиальную электрическую схему на выходе АЦП с вычислительным модулем был добавлен светодиод. Данный светодиод имеет связь с микроконтроллером идентификации и дает сигнал в зависимости от серийного номера, который предустановлен в систему и имеет алгоритмическую связь с программной частью прокторинга посредством веб-камеры ПК.

При этом данный светодиод находится в зоне видимости камеры в любом из пользовательских ситуаций. Если этого не происходит, система просит протянуть систему детектора микронаушников ближе к камере лицевой стороной для его световой идентификации.

Процесс световой идентификации происходит путем уникального рандомного моргания светодиодом, расположенном на выходе АЦП, частотность и продолжительность которого известна только микроконтроллеру системы идентификации и системе прокторинга.

Данные моргания улавливаются любой системой прокторинга, идентифицируя ее по отношению к заданному в системе, позволяя достоверно верифицировать детектор микронаушников.

Серия решений по системе идентификации и системе световой идентифкации позволяет защитить систему прототипа детектора микронаушников для дистанционного тестирования от неправомерного обмана путем удаленной подмены устройства.

Изменение алгоритма отображения полученной информации с системы микронаушника и возможностью взаимодействия с данной информацией внутри любой системы киберпрокторинга, давая возможность взаимодействия с контентом посредством сети "Интернет".

Задача отображения информации решается путем отображения результатов в любой системе прокторинга, при наличии активного сигнала, система ставит "аллерт" самой высокой степени скоринга и записывает в систему данный кусочек аудиодорожки как доказательство использования микронаушников данным испытуемым.

Сущность полезной модели поясняется примерами, которые служат лишь для обеспечения понимания заявляемого технического решения и не являются ограничивающими.

Задача изменения алгоритма хранения информации, решается путем переноса всей получаемой информации (аудиодорожки и временных меток) на сервера заказчика или внутрь системы любого прокторинга.

Задача переноса алгоритма голосового анализа информации на вычислительные мощности персонального компьютера, решается введением двухфакторной защиты на базе браузера и удаленного сервера.

Первый этап защиты представляет из себя систему, реализованную на фоне браузерного киберпроктора - то есть работающего на базе серии поддерживаемых прокторингом браузеров.

В данном случае, защита является отсеивающей аудиосемплы на пустой шум/активный шум и при соотношении хоть одного звука с предобученной базой системы нейросети прототипа детектора микронаушников для дистанционного тестирования, а точнее первым этапом защиты, осуществляющий связь через бекенд, сообщая об этом системе киберпрокторинга и посылает предварительно записанный материал на второй этап защиты.

Второй этап защиты представляет из себя систему анализа голосовой активности, развернутой на базе сервера или кластера с большой возможностью вычислительной мощности.

Данная система защиты проводит двойной анализ на предварительно записанный сигнал и сообщает свое решение, в зависимости от наличия или отсутствия в предписанном материале активного сигнала микронаушников.

Задачи создания интерфейса между аналоговыми портами приемопередачи звука блоками цифровой обработки звукового сигнала, а также оперативной передачи цифрового сигнала, решается внедрением в схемотехнику USB контроллера, который взаимодействует с звуковой картой/звуковым чипом персонального компьютера (ноутбука/моноблока) со скоростью 480 мб/с без потери пакетов информации.

Фиг. 1, иллюстрирует общую схему детектора микронаушников для дистанционного тестирования. Полезный сигнал от системы микронаушника принимается катушкой индуктивности (1), после которой сигнал идет на соединенные последовательно каскады низкочастотных предусилителей (2), на выходе из которых стоят полосовые фильтры для фильтрации шумов (3), на выходе из полосовых фильтров установлен низкочастотный усилитель (4); на выходе низкочастотного усилителя установлен последовательно соединенный аналого-цифровой преобразователь с центральным вычислительным модулем (5), а также на выходе аналого-цифрового преобразователя с вычислительным модулем установлен стабилизатор DC-DC напряжения (6), с подсоединенным USB-контроллером (7), обеспечивающим функции питания и связи как основной линии питания устройства, так и отдельной линией питания идет на минусовую линию катушки индуктивности (1) согласуя уровни питания, также в центральный вычислительный модуль детектора микронаушников для дистанционного тестирования встроен микроконтроллер с интегрированной информацией об уникальном имени устройства (8) и светоиспускающий диод (9) управляемый центральным вычислительным модулем, для осуществления функции защиты от подмены устройства.

Фиг. 2, иллюстрирует блок схему с элементами АПК для показательного объяснения алгоритма работы устройства после получения положительного сигнала персональным компьютером от АПК.

Часть операций происходит при помощи вычислительных мощностей персонального компьютера, подготавливая аудиосигнал для последующего его анализа специализированными программами распознавания голосовой активности, включая этапы цифровой фильтрации, цифрового улучшения качества сигнала, ремодуляции сигнала, конвертации частоты и битрейта цифрового аудиопотока с последующей ее нарезкой на "кусочки". Данные подготовленные кусочки посылаются в любую систему киберпрокторинга, производя два этапа анализа сигнала для выявления голосовой активности на уровне браузера (1 этап защиты), и на уровне серверного киберпроктора (2 этап защиты), при положительном сигнале записанный аудиофайл записывается на сервер и остается как доказательная база с индикатором времени и места сработки.

Пример 1. «Оффлайн тестирование».

Экзамен в условиях центра тестирования проводился на базе центра тестирования Новосибирского Государственного Медицинского Университета. 8 устройств были подключены к 8 персональным компьютерам, находящимся в единой локальной сети, внутри локальной сети была развернута коробочная версия системы прокторинга.

При этом компьютеры были оборудованы веб-камерой и микрофоном. Были подготовлены 40 тестируемых, проходящих тестирование по выбранному предмету.

При этом каждый 4 тестируемый был оборудован системой микронаушников, но кто именно - знал только организатор тестирования. Исследование проходило в режиме ограниченного доступа.

После экзамена были опрошены непосвященные ответственные лица, которые должны наблюдать за честным ходом экзамена - замечаний к тестируемым у ответственных лиц не было.

Сразу после проведенного опроса организаторы тестирования выдали доступы к системе прокторинга ответственным лицам за центр тестирования. В данном случае ответственные лица получили выгрузку информации о том, что 10 человек из числа тестируемых получали ответы на тестирование при помощи микронаушников. Система прокторинга записала при помощи детектора микронаушника аудиодорожки и представила их ответственным лицам за тестирование.

Изначальная гипотеза подтверждается итоговым резюме эксперимента - опыт использования, состоящего из системы децентрализованного детектора микронаушников, имеет положительный и простой пользовательский опыт, при этом обнаруживает сто процентов систем микронаушников.

Пример 2. «Онлайн тестирование».

Эксперимент был проведен на базе корпоративного университета одной из ведущих компаний России.

В данном случае были выбраны 50 сотрудников, желающих пройти тестирование на повышение и решить тесты уровня МВА, в данных тестах требуется высокая честность, а ценность ошибки при обмане - карьерный рост недобросовестного лица и убытки компании от некомпетентных сотрудников на ведущих местах.

Единственной возможностью по реализации "слепого" эксперимента был обман сотрудников о целях проводимых испытаний. Сотрудники были несколько раз уведомлены о проводимых испытаниях устройств, но суть устройств была передана намеренно неверно - до сотрудников была донесена информация, что данное устройство является световой верификацией, что человек, находящийся перед камерой - действителен, а не трансляция на камеру предзаписанной картинки, по этой причине лампочка на устройстве мигает рандомным образом. Корпоративный университет был вынужден пойти на обман сотрудников, так как иначе провести данное тестирование вслепую было невозможно по причинам пользовательского опыта - устройство необходимо выдавать и держать перед камерой тестируемому. Следующим шагом 50 сотрудникам была передана система децентрализованного детектора микронаушников и выдана инструкция по эксплуатации, включающая условие обязательного использования данного устройства в рамках прохождение ответственного тестирования. В день тестирования 50 сотрудников одной из ведущих компаний России надели устройства и преступили к тесту.

Итоги апробации системы оказались положительными: в данном эксперименте 2 сотрудников пользовались системами микронаушников, система децентрализованного детектора микронаушников записала аудиозаписи всех диктуемых ответов на вопросы, а ответственные за данное тестирование одной из ведущих компаний России получили доказательство, что данное устройство работает и имеется доказательная база академической недобросовестности сотрудников, а также, что проблема существует в компании.

После проверки результатов данные сотрудники получили одни из высших баллов среди всех коллег.

Гипотеза подтвердилась: данное устройство можно использовать в домашних условиях при онлайн тестировании и оно показывает свою эффективность.

В представленных материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие реализации заявленного технического решения. Однако это предпочтительное раскрытие не должно ограничивать другие возможные варианты реализации, которые также вписываются в охват охраны прав и оставляются очевидными для специалистов в данной области техники.

Claims (4)

1. Детектор микронаушников для дистанционного тестирования, состоящий из катушки индуктивности (1), выполненной с возможностью приема полезного сигнала от системы микронаушника; последовательно соединенные каскады низкочастотных предусилителей (2), причем на выходе предусилителей установлены полосовые фильтры (3) для фильтрации шумов; на выходе из полосовых фильтров установлен низкочастотный усилитель (4); на выходе низкочастотного усилителя установлен последовательно соединенный аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем (5), а также на выходе аналого-цифрового преобразователя с вычислительным модулем установлен стабилизатор DC-DC напряжения (6) с подсоединенным USB-контроллером (7), обеспечивающим функции питания и связи устройства с персональным компьютером.

2. Детектор микронаушников для дистанционного тестирования по п. 1, отличающийся тем, что устройство включает в себя микроконтроллер с интегрированной информацией об уникальном имени устройства для осуществления функции защиты от подмены аппаратного-комплекса.

3. Детектор микронаушников для дистанционного тестирования по п. 1, отличающийся тем, что по линии питания преобразователь DC-DC напряжения имеет аппаратное деление на две линии питания, одна из которых идет к катушке индуктивности, а вторая - к аналого-цифровому преобразователю для согласования уровней в условиях специфики полезного сигнала микронаушников.

4. Детектор микронаушников для дистанционного тестирования по п. 1, отличающийся тем, что устройство на выходе из аналого-цифрового преобразователя с вычислительным модулем имеет светодиод, управление которым осуществляется программным модулем аналого-цифрового преобразователя.