基于標(biāo)簽的輔助記憶與分享系統(tǒng)

翟書穎 李 茹 李文祥

（1.西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院，陜西 西安 710124；2.西北工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院，陜西 西安 710129）

1 引言

記憶是人類對思維中的信息內(nèi)容的儲備與使用過程，對人類的工作、學(xué)習(xí)、生活有著重要的作用。傳統(tǒng)的單純依靠大腦的記憶方式有著易遺忘、準(zhǔn)確程度差等種種不足，已經(jīng)不能滿足時代的要求，人們需要一種新的記憶手段以更方便快捷的形式來提高生活、學(xué)習(xí)和辦公效率。

基于標(biāo)簽的輔助記憶是指將關(guān)于一件事情的具體記憶存儲為多媒體文件，然后將記錄的多媒體文件和自己身邊的物體的標(biāo)簽關(guān)聯(lián)存儲起來。一段時間過后，如果自己忘記了這件事情，只需要掃描相關(guān)的物體標(biāo)簽，就可以找回表示該記憶的多媒體文件。例如，多數(shù)老年人由于一些慢性病的原因每天都需要吃藥，但是經(jīng)常忘記吃藥的劑量種類。借助此方法，可以把醫(yī)囑、每天吃藥的種類劑量等信息和老年人每天吃飯的餐桌關(guān)聯(lián)，這樣，當(dāng)老人吃完飯后，只需要掃描餐桌標(biāo)簽，就可以讀取出自己該吃哪種藥、劑量多少的詳細(xì)信息，避免了以前依靠大腦記憶經(jīng)常造成的忘記吃某種藥或用錯劑量。

基于此，本文所介紹的方法基于移動感知（Mobile Sensing）、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）[1-3]等技術(shù)，為輔助用戶記憶提供了一種新途徑。

2 相關(guān)工作

2007年，T.Kawamura等人設(shè)計了一個基于RFID和可穿戴設(shè)備的記憶擴展系統(tǒng)[4]。此系統(tǒng)通過頭部的攝像頭記錄看到事件，然后通過RFID Reader記錄物體標(biāo)簽，最后將記錄到的內(nèi)容導(dǎo)入穿戴計算機進(jìn)行存儲計算處理。在需要的時候通過RFID Reader掃描物體的RFID標(biāo)簽，搜索計算機，然后通過頭戴式可視設(shè)備HMD顯示出來。此系統(tǒng)設(shè)計了傳統(tǒng)的基于物體標(biāo)簽的記憶輔助系統(tǒng)。不足之處是基于可穿戴設(shè)備推廣困難。一方面可穿戴計算機、HMD等設(shè)備價格高昂，在普通用戶之中完全沒有推廣開來，另一方面用戶不可能隨身攜帶HMD、Wearable camera、Wearable computer等如此巨大龐雜的設(shè)備。

現(xiàn)在智能手機的計算能力越來越高，完全可以勝任以前穿戴計算機才能完成的計算任務(wù)，越來越多的諸如攝像頭、重力感應(yīng)器、藍(lán)牙、w ifi模塊等設(shè)備也完美地集成到了智能手機上。并且普通用戶早已習(xí)慣了隨身攜帶手機，使得該系統(tǒng)更容易推廣使用。在此基礎(chǔ)上，郭斌等人首次提出“記憶計算”概念[5]，通過移動及可穿戴用戶設(shè)備來實現(xiàn)對用戶記憶的捕捉、處理與挖掘。

3 系統(tǒng)框架與實現(xiàn)

本軟件功能模塊分為兩部分：Client端和Server端。Client端主要負(fù)責(zé)完成記憶、回想記憶等功能。Server為Client提供分享功能。軟件設(shè)計模式采用經(jīng)典的MVC模式，以實現(xiàn)軟件的低耦合性、高重用性和可適用性。

總體設(shè)計如圖：

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

3.1 手機Client端設(shè)計

Client端主要包括記錄記憶事件、瀏覽查看記憶和搜索記憶等功能。

界面顯示模塊：用來顯示包括主界面、記憶界面、記憶事件查看、瀏覽本地記錄、通過物體標(biāo)簽搜索記憶和分享網(wǎng)絡(luò)記憶事件。其中記憶事件查看界面可作為本地記錄和網(wǎng)絡(luò)記憶的共同界面。

音視頻記錄模塊：對Android原始的拍照、錄音、錄制視頻API進(jìn)行包裝，提供更簡單的接口以供使用。二維碼識別模塊：利用手機攝像頭完成二維碼的識別。信息持久化模塊：抽象出記憶事件作為類，提供增加、查詢、刪除、修改接口。以本地文件系統(tǒng)作為存儲實現(xiàn)。

文件系統(tǒng)操作工具模塊：對Android文件系統(tǒng)提供包裝，以更簡單的接口提供給外部使用。

網(wǎng)絡(luò)接口模塊：提供和Server交互的接口。

3.2 Server端共享設(shè)計

存儲模塊：由于需要存儲大量的多媒體文件，數(shù)據(jù)量會很大，而且文件大小不一，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫不適宜存儲巨大的多媒體文件，因此將媒體數(shù)據(jù)通過普通的文件系統(tǒng)存儲。

查詢模塊：通過傳入二維碼ID，查詢所有的映射關(guān)系，返回所有對應(yīng)的對象。如果需要查看具體的多媒體文件，可下載多媒體文件查看。

上傳模塊：通過傳入記憶標(biāo)簽ID、發(fā)生時間和文件列表，創(chuàng)建對象，上傳文件列表中的所有文件，持久化此對象。

添加評論模塊：將傳入記憶標(biāo)簽ID和發(fā)生時間作為Key，以及添加新的評論，更新相應(yīng)的對象。

3.3 記憶共享功能實現(xiàn)

在手機客戶端上傳自己的記憶之后，其他人就可以通過掃描二維碼下載他上傳的這份記憶信息。此部功能分包括上傳、掃描二維碼下載和對記憶事件進(jìn)行評論。在實現(xiàn)記憶的分享中，采用Socket通信的TCP協(xié)議作為底層協(xié)議，在應(yīng)用層自定義了數(shù)據(jù)包的格式并實現(xiàn)了格式解析器。通過在數(shù)據(jù)包頭部加整形數(shù)字標(biāo)示不同的數(shù)據(jù)包。

上傳信息：Client端上傳記憶信息和這份記憶包括的多媒體文件到Server端。當(dāng)Server正常接收數(shù)據(jù)結(jié)束，發(fā)給Client上傳成功標(biāo)志。

查找信息：Client端向Server發(fā)出二維碼標(biāo)簽。Server經(jīng)過查找，返回和此二維碼匹配的記憶事件。

下載文件：Client需要查看一個記憶事件中的多媒體文件時，發(fā)送此記憶事件和文件名，Server在收到之后，查找文件，并將文件傳送給Client。

增加評論：當(dāng)Client需要對一個分享的事件進(jìn)行評論時，上傳唯一標(biāo)記此記憶事件的二維碼標(biāo)簽和時間，和自己添加的評論內(nèi)容。Server在成功添加評論之后返回Client成功標(biāo)志。

在Server端，采用線程池來實現(xiàn)同時服務(wù)多個客戶端。完整的記憶分享結(jié)果如圖2。

圖2 記憶分享網(wǎng)絡(luò)

4 測試驗證

4.1 測試設(shè)計

4.1.1 基準(zhǔn)性能測試

（1）兼容性測試

本軟件運行在Android平臺上，而Android平臺的開放性導(dǎo)致有了各廠商深度定制的Android分支，因此需要測試軟件對各個Android平臺的兼容性。

（2）軟件的易用性測試

軟件的易用性越來越重要，在手持設(shè)備上更是如此，沒有用戶會仔細(xì)看程序使用說明文檔。

本軟件的易用性通過從西北工業(yè)大學(xué)本科生中募集的8個測試對象，通過5分制統(tǒng)計得出軟件的易用性結(jié)果。

（3）軟件的電池消耗

手機的屏幕顯示，CPU能耗越來越高，但是相對應(yīng)的手機電池容量并沒有很大的提高，Android手機更是如此，因此需要測試軟件的電量消耗。

本軟件的電量消耗主要在記錄視頻、音頻、照相部分，因此統(tǒng)計不同的上述部分使用頻率下的電量消耗。

4.1.2 通過二維碼標(biāo)簽記憶和傳統(tǒng)記憶的比較

記憶通過兩點來比較：（1）回憶起此次記憶需要的時間；（2）回憶起來的記憶準(zhǔn)確性。比較二維碼標(biāo)簽和人的大腦記憶，以及將一個事件通過音視頻記錄下來，通過電腦瀏覽查找這三種方法。

記錄的事件數(shù)目10件，以7天為期，測試8名測試對象回憶起來的時間和準(zhǔn)確程度。

4.2 測試結(jié)果及分析

4.2.1 基準(zhǔn)性能測試結(jié)果

（1）軟件兼容性測試結(jié)果

通過魅族M 9(Android 2.2）、Motorola ME525(Android定制M IUI系統(tǒng))。魅族是知名的國產(chǎn)手機品牌，Motorola ME525在推出之后立刻成為Motorola手機產(chǎn)品中的銷量第一，M IUI系統(tǒng)是很多人Android刷機的首選，這兩款手機較好地覆蓋了現(xiàn)在的Android市場系統(tǒng)。通過測試這兩款A(yù)ndroid系統(tǒng)，軟件完全兼容。

（2）軟件的易用性測試結(jié)果

圖3 軟件易用性測試結(jié)果圖

由測試結(jié)果圖3可看出本軟件的易用性比較好，平均易用性評價得分為3.95分。

（3）軟件的電池消耗測試結(jié)果

表1 軟件的電池消耗測試結(jié)果表

通過表1可看出，在使用視頻音頻記錄記憶時，有較大的電量消耗。

4.2.2 二維碼標(biāo)簽記憶和傳統(tǒng)記憶的比較

通過記憶常見的學(xué)習(xí)、生活和工作中的事件比較準(zhǔn)確性和時間，記憶數(shù)據(jù)設(shè)計如表2。學(xué)習(xí)類包括單詞、歷史時間和文章內(nèi)容三項。生活類包括做菜菜譜、公交路線、超市購物清單和朋友生日。工作類包括回憶內(nèi)容、工作計劃和部門劃分。

表2 記憶事件清單表

測試結(jié)果如圖4和5所示：

圖4 準(zhǔn)確程度比較圖

圖5 查找時間比較圖

由圖4可看出，二維碼標(biāo)簽記憶和文件存儲有較好的準(zhǔn)確程度。由圖5可看出，人回憶和二維碼標(biāo)簽搜索需要的時間更少。綜合考慮，二維碼標(biāo)簽搜索比傳統(tǒng)的人大腦記憶和文件存儲具有更好的準(zhǔn)確程度和更少的搜索時間。

5 總結(jié)

本文以結(jié)合物體標(biāo)簽和Android平臺，在分析和借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上，重點研究了基于物體標(biāo)簽的記憶輔助和分享應(yīng)用設(shè)計，并完成了基于物體二維碼標(biāo)簽的輔助記憶及分享系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)旨在通過物體標(biāo)簽的方式幫助人們提高日常記憶的準(zhǔn)確性和高效性，還可以通過網(wǎng)絡(luò)分享自己的記憶給所有人。針對開發(fā)的軟件做了詳盡的兼容性、易用性、電量消耗測試，并進(jìn)行了通過物體標(biāo)簽記憶和傳統(tǒng)記憶的準(zhǔn)確性和回憶時間對比。