Методы моделирования дискретно-непрерывных процессов обработки информационных ресурсов в TIAV- мультимедийных системах

Актуальность и востребованность темы диссертации. Общий мировой валовый оборот по разработке и распространению мультимедийных средств на 1994 год составлял 16 млрд, долларов США, к 2014 году данный показатель возрос до 100 млрд, долларов США. В результате внедрения мультимедийных технологий хранение, обработка, обращение и представление дискретно-непрерывной информации к 2012 году составило 83 %. Особенностью современных мультимедийных комплексов является дискретно-непрерывный характер их функционирования, прежде всего, это заключается в том, что мультимедийные системы, которые применяются в различных сферах, состоят из отдельных подсистем. Их состояния изменяются как непрерывно, так и дискретно в определенные моменты.
Развитие информационно-коммуникационных технологий, увеличение информационных ресурсов общества, и темпы их развития определяются в значительной степени темпом накопления, обработки информационных ресурсов. Данный процесс породил острую необходимость к созданию новых средств, технологий, основанных на специальных методах, моделях, алгоритмах и программных комплексах, позволяющих систематизировать, передавать, принимать, обрабатывать информационные потоки, создавая удобный интерфейс для обращения к информационным ресурсам, и тем самым, обеспечивая пользователей полными, достоверными и удобными для восприятия информационными ресурсами. Таким образом, построение математических и информационных моделей, алгоритмов и на их базе разработка проблемно-ориентированных программных комплексов для проектирования системы управления дискретно-непрерывными процессами обработки информационных ресурсов в TIAV- мультимедийных системах является актуальной задачей.
Мультимедийные системы являются необходимой составляющей процесса использования информационных ресурсов общества, и темпы их развития определяются в значительной степени темпом накопления профессиональных знаний. Большое количество аудио-визуальной информации стало доступно в цифровой форме, в виде цифровых архивов, в сети Интернет, в виде широковещательных потоков, а также в форме частных или профессиональных баз данных. Значение информации часто зависит оттого, насколько ее легко найти, извлечь, отфильтровать и управлять.
Мультимедийная информация играет важную роль в обществе, будучи записана на носители, или поступая в реальном масштабе времени от аудио или визуальных датчиков в аналоговой или цифровой форме. В то время как аудиовизуальная информация первоначально предназначалась для людей, в настоящее время все чаще такие данные генерируются и передаются и воспринимаются компьютерными системами.
В Постановлении Президента Республики Узбекистан «О мерах по дальнейшему внедрению и развитию современных информационно-коммуникационных технологий» от 21 марта 2012 г., № ПП-1730 определены первоочередные задачи в сфере развития и внедрения современных систем компьютеризации и информационно-коммуникационных технологий. В Постановлении Президента Республики Узбекистан «Об организации деятельности медиацентра Национальной телерадиокомпании Узбекистана» от 24.02.2011 г. № ПП-1488 и в Постановлении Президента Республики Узбекистан «Об организации информационно-библиотечного обеспечения населения республики» от 20.06.2006 г. пристальное внимание уделяется развитию мультимедийных технологий и систем.
Анализ состояния теории, проблемы и задачи проектирования мультимедийной системы показывает наличие трудности по созданию информационных, функциональных, динамических моделей, алгоритмов и организационной структуры реализации программного комплекса TIAV-мультимедийной системы.
Цель исследования разработка методов, моделей и алгоритмов дискретно-непрерывных процессов обработки информационных ресурсов в TIAV-мультимедийных системах.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
предложена концептуальная модель TIAV-мультимедийной системы, с множеством определяемых ограничений на ее элементы (факторы), используемая для проектирования выходных эксплуатационных характеристик мультимедийного процесса, которая позволит сокращать сроки ввода информационных ресурсов, принимать обоснованные оптимальные решения для мультимедийного процесса и определять общесистемные требования;
разработана математическая модель TIAV-мультимедийной системы, с использованием регрессионных уравнений, описывающие динамические процессы прогнозирования целевых показателей на основе входных факторов и линейных дифференциальных уравнений, определяющих динамику стохастического мультимедийного процесса;
для математической модели созданы вычислительные модели, доказан выбор ограничений, позволяющие получить устойчивые решения;
разработана дискретно-непрерывная модель, обладающая свойствами целенаправленности, конечности, упрощенности, адекватности, информативности, устойчивости, целостности, адаптивности управляемости, определяемая по свертке критериев оптимальности, представляющая собой удобное средство для описания и исследования различных сложных систем, процессов, основанная на комплексном подходе обработки информационных ресурсов, позволяющая описание аудио-визуальных данных в рамках мультимедийной среды.
создана модель доказывающая свое преимущество в рамках управления, систематизации информационных ресурсов и применения приоритетной обработки потока поступающих запросов пользователей;
в рамках теории иерархического распределения информационных ресурсов выделен класс мультимедийных объектов TIAV(text, image, audio, video) в целью повышения технического уровня мультимедийного процесса, улучшения процесса создания TIAV контейнеров, обеспечения удобного восприятия пользователями, к тому же, осуществлен выбор критериев, сформированы основные требования, предъявляемые к обработке информационных ресурсов, которые позволят определить эффективность использования, специфические особенности, ограничения и функциональные возможности TIAV-мультимедийной системы;
на основе предложенной математической модели разработано программное обеспечение TIAV-мультимедийной системы, включающее в себя онлайн системы - конструктор TIAV контейнеров, позволяющее организацию мультимедийного процесса, посредством создания и трансляции TIAV контейнеров, обеспечивающее дружеский интерфейс для не подготовленных пользователей с информационными ресурсами TIAV-мультимедийной системы.
Заключение
В диссертации при применении методов системного анализа и синтеза, оптимизации, дискретно-непрерывного и метода линейного программирования, общей теории управления, теории вероятности, теории принятия решения были получены следующие результаты при разработке метода, моделей и алгоритмов принятия решений в дискретно-непрерывных процессах TIAV-мультимедийных системах:
1. Осуществленный анализ применения дискретно-непрерывных процессов обработки информационных ресурсов в мультимедийных системах позволяет выявить специфические особенности и определить тенденции их развития.
2. В рамках теории иерархического распределения информационных ресурсов выделен класс мультимедийных объектов TIAV(text, image, audio, video) для повышения технического уровня мультимедийного процесса, улучшения процесса создания TIAV контейнеров, обеспечения удобного восприятия пользователями, к тому же, осуществлен выбор критериев, сформированы основные требования, предъявляемые к обработке информационных ресурсов, которые позволят определить эффективность использования, специфические особенности, ограничения и функциональные возможности TIAV-мультимедийной системы.
3. Предложенная концептуальная модель TIAV-мультимедийной системы, с учетом ограничений на факторы в мультимедийных системах, формирование множества структурно-конструктивных вариантов, анализа эксплуатационных характеристик, обеспечивающая организацию мультимедийного процесса на новой методологической основе проектирования позволяет сокращать сроки ввода информационных ресурсов, получать оптимальные решения для мультимедийного процесса и определять общесистемные требования.
4. Разработанная математическая модель TIAV-мультимедийной системы, позволила сформулировать представление функционирования мультимедийной системы, взаимосвязи параметров, прогнозирования поведения системы, отыскания оптимальных условий, разработку программного обеспечения, которая отвечает следующим требованиям, адекватность, информативность исследуемого объекта проектирования с заданной точностью, необходимой для проектирования и управления, отражения связи реальных физических управляющих воздействий с параметрами модели: минимальное время для реализации и наименьший объем оперативной памяти компьютера.
5. Проведенное исследование, выявило, что программного обеспечение TIAV-мультимедийной системы позволяет обслужить поток пользователей, приходящих с интенсивностью X (чел/мин) за среднее время обслуживания одного пользователя каждым TIAV контейнером 0,05 (мин). Система может обслужить (во время образования очередей) не более 14 пользователей.
6. Проведенный выбор вычислительного метода для оценки параметров предложенной математической модели для обоснования системного подхода к синтезу адаптивного управления TIAV-мультимедийной системы, способствующий оперативному принятию оптимальных решений по управлению мультимедийным процессом.
7. Разработанный алгоритм TIAV-мультимедийной системы позволил спроектировать систему, содержащую оптимальное количество мультимедийных объектов, по свертке критериев, отвечающих свойствам Кротова. Оптимальное количество TIAV контейнеров в мультимедийной системе составляет 5-7 на одного пользователя, для того, чтобы среднее время пребывания пользователей в мультимедийной системе не превышало заданного оптимального времени на эксплуатации TIAV контейнеров, т.е. чтобы выполнялось условие tCHCT < t33A, а также вероятностные характеристики обслуживания пользователей при определенном оптимальном количестве TIAV контейнеров, т.е. вероятность отказа приближается до 0,03 с.; относительная и абсолютная пропускные способности до 4 TIAV контейнеров/мин; среднее число пользователей стоящих в очереди 2-3 человека; среднее число занятых TIAV контейнеров достигает 5-6; среднее время пребывания пользователей в мультимедийной системе составляет от 30-105 мин.
8. Проведенная опытно-промышленная эксплуатация TIAV-мультимедийной системы, позволила получить улучшенные результаты, которые были сравнены с существующими аналогами; в результате промышленной эксплуатации программно-алгоритмического комплекса предложенной TIAV - мультимедийной системы за счет автоматизации сбора, обработки и накопления мультимедийной информации, удалось повысить уровень восприятия мультимедийных данных; полное восприятие информационных ресурсов возросло от 89% до 98% по отношению с существующими аналогами, время обработки единицы мультимедийных данных сократилось с 0,05 до 0,033 мин, или в 1,2 раза.