基于带摇杆设备的文本输入系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种计算机外部设备领域的技术，具体是一种基于带摇杆设备的文本输入系统及方法。
【背景技术】
[0002]坐在沙发上使用Xbox或者智能电视时，随手输入几个类似用户名或电影标题的字母是很常见的事。在游戏主机和智能电视上使用摇杆进行文字输入的需求一直存在，并随着互联网内容的大大丰富而快速增加着。语音识别等新技术作为一种可选的文字输入方案在很多情况下仍不能代替传统的输入界面，如键盘和摇杆。面对智能电视或游戏主机上增长的注册、搜索、短信、电子邮件等文字输入需求，一种有效的文字输入手段将大大改善这些功能的体验，也为短信和电子邮件的进一步发展奠定了基础。
[0003]摇杆类设备作为一种实体控件在智能电视、游戏和车载娱乐系统中应用广泛，其包含了摇杆或其变体形式，包括但不限于游戏手柄摇杆、掌上游戏机摇杆、车载综合控制旋钮、环形多方向按钮。
[0004]目前主要的使用摇杆进行文字输入的方法是光标选择虚拟键盘输入法。该方法是在屏幕上显示一块虚拟键盘，使用摇杆移动光标选择键盘上的字母进行输入，其中:，字母表键盘和Qwerty键盘是最流行的键盘排布方式。该文字输入方法广泛应用于游戏机(如索尼公司的PSP掌机和PS主机，微软的Xbox主机等)、智能电视、车载信息娱乐系统(如宝马iDrive、奔驰C0MAND、奥迪丽I等)。这种输入方式的优点是学习门槛低，缺点是效率较低，输入过程枯燥乏味，并且，由于需要用户保持对虚拟键盘的注意力，这种输入法不可能实现盲输入。
[0005]国外有研宄者提出了类似于手写的新输入方式，比如Graffiti，Unistrokes和Edgeffrite0摇杆由于其物理性质难以精确“书写”字母的复杂平面轨迹，因此这些输入法对字母进行了简化以方便书写。Graffiti和Unistrokes都是20世纪90年代提出的使用触控笔进行手写的输入法。它们通过将字母简化成一个笔画，易于书写，提高了机器识别的效果。EdgeWrite增加了一个方形边框的物理边缘辅助摇杆书写。每个字母的字形都包含了一系列方框上的角和边。与传统选键盘输入法相比，这些输入法较选键盘输入法有着可以盲输入的优势。但是用户需要学习新的字母表，因此一开始的输入速度比较慢。2007年CHI 会议上的Game Controller Text entry with Alphabetic and Mult1-Tap Select1nKeyboard文章提出了使用Xbox360手柄上的两个摇杆分别控制两个键盘进行输入的输入法。该输入法基于用户使用键盘输入时左右手分别负责两个不同区域，将QWERTY键盘分成了两块提高了输入效率。但是仍然需要用户保持对虚拟键盘的注意力，无法实现盲输入。
[0006]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1607491公开(公告)日2005.04.20，公开了一种中文本文输入系统和方法，允许使用者通过使用操纵杆或者其同等物，添加字需要的最初几个笔划，将字输入到比如移动电话或者PDA的装置中。由于只是移动操纵杆添加用来开始书写字的一个或多个笔划，或者有时即使在添加任一笔划之前，使用者也能够从显示的选择表中找到一个想要的字。该选择表是上下文有关的、依靠上次输入的字而不同，以便使用者能够具有最大可能的候选的想要的字。但该现有技术与本发明相比，其无法解决的技术问题包括汉字的31种笔划形态与操纵杆的5种操作在形态上不能完全对应，新手用户需要记忆，学习门槛较高；操纵杆的斜方向移动难以控制，在此专利中移动到4:30方向和7:30方向时容易误操作；缺少帮助用户在使用中学习的机制；操作时无法在软件界面上看到反馈，如使用操纵杆进行一次笔划输入时，并不能在软件界面上看到具体输入的笔划。
[0007]中国专利文献号CN1567160公开(公告)日2005.01.19，公开了一种文字输入装置及其运作方法，文字输入装置包括:一方向装置，以侦测并输出复数个方向，欲输入一文字时依据文字笔划操纵方向装置输出对应的该些方向之一；一控制电路耦接至方向装置，将方向装置输出的该些方向之一编码及储存，并与数据库进行比对，而输出对应该些方向之一的复数候选文字。该运作方法包括:接收输入一方向；将方向编码及储存；与一数据库进行比对，输出对应该方向的复数个候选文字。该技术利用操纵杆型或方向盘式的方向装置输入文字，仅需以一手指操纵方向便可利用方向信息将文字依笔划描绘出来而达成输入文字结果；不必使用键盘输入仅使用方向装置配合输入软件便可达成文字输入而可节省空间；仅用一手指控制方向且输入文字不必离开方向装置，故使用简单。但该现有技术与本发明相比，其无法解决的技术问题包括文字笔划与方向之间没有良好对应，难于记忆；某些方向输出装置如摇杆难以精确输出8个方向，特别是斜方向；缺少画面反馈；缺少帮助用户学习使用的方式。
【发明内容】
[0008]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于带摇杆设备的文本输入系统及方法，能够方便实现盲输，利用了摇杆的学习难度低，使得本发明能够显著提高输入效率。
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0010]本发明涉及一种基于带摇杆设备的文本输入系统，包括:输入设备、笔迹特征提取模块、笔迹SVG模型、笔迹模型训练模块、词库联想算法模块、界面信息控制模块、显示设备，其中:
[0011]输入设备与笔迹特征提取模块相连并传递用户输入的笔迹的一系列平面坐标，笔迹特征提取模块和笔迹模型训练模块均与笔迹SVG模型相连并分别输入笔迹特征信息和输入结果反馈信息，笔迹SVG模型分别与词库联想算法模块和界面信息控制模块相连并输出笔迹识别的结果，词库联想算法模块与界面信息控制模块相连并在联想模式下输出筛选出的最有可能的单词，界面信息控制模块与显示设备相连并输出动画信息，用户根据输入结果正确与否将反馈信息传入笔迹模型训练模块，用于训练新的笔迹SVG模型，从而不断提高识别的准确率。
[0012]在联想输入模式下，笔迹SVG模型与词库联想算法模块相连并传递笔迹识别的结果，即可能的字母及其概率；在非联想模式下，笔迹SVG模型直接与界面信息控制模块相连，并传递笔迹识别的结果供用户选择，根据概率大小可选结果的数量不超过3个。
[0013]所述的笔迹SVG模型，通过在线学习机制对用户的书写轨迹和正确的识别结果进行学习分类，以对SVG模型进行优化，从而进一步提高字符分类的准确率。
[0014]本发明涉及上述系统的文本输入方法，包括以下步骤:首先通过采用摇杆运动中的摇杆触碰或离开边界、摇杆回到中心和在边界上反向三种状态来分割轨迹并根据曲率阈值分割特征向量提取轨迹特征，并训练成用于实时识别用户的书写轨迹的SVG模型，再采用SVG模型对同样进行特征提取的摇杆输入轨迹进行字符分类判断，并输出一系列可能的字母及其概率。
[0015]所述方法优选在联想输入模式(整词输入)和非联想输入模式(逐字母输入)间切换，在联想输入模式下，已经输入的所有轨迹的字符分类判断结果将与词库中的单词计算联合概率给出概率最高的单词，并随着继续输入不断更新。在非联想输入模式下，概率高于阈值且数量不超过三个的字符判断结果将提供给用户进行选择。
[0016]所述的方法，具体包括以下步骤:
[0017]步骤1、采集初始用户字母轨迹样本特征并训练SVG学习模型，具体包括:
[0018]1.1读取字母书写轨迹的平面坐标；
[0019]1.2根据摇杆运动中的摇杆触碰或离开边界、摇杆回到中心和在边界上反向三种状态判断是否添加新笔划，每个笔划都由一系列坐标点构成；
[0020]1.3根据采样点数量对笔划进行筛选，去除噪音；
[0021]1.4轨迹中的每个笔划再根据一定的曲率阈值被切分为近似于直线段的特征向量;
[0022]1.5从每个特征向量提取多项特征，包括距离、角度、绝对位置、绝对角度、绝对距离和偏移；
[0023]1.6根据轨迹特征集合训练SVG模型。
[0024]步骤2、对一次摇杆输入轨迹进行识别，具体包括:
[0025]2.1采集一次摇杆输入轨迹坐标数据；
[0026]2.2提取轨迹特征；
[0027]2.3导入SVG学习模型；
[0028]2.4输出识别结果，包含多个字母及其概率，当当前模式为联想输入模式时，进入步骤3，否则进入步骤4;
[0029]步骤3、根据轨迹识别结果对词库进行筛选，具体包括:
[0030]3.1根据此次识别结果去除词库中失去可能性的单词；
[0031]3.2判断此时词库是否为空；
[0032]3.3如果词库为空给出提示，如果不为空去除输入栏中叠加字母组中不可能的字母。
[0033]步骤4、选择候选表中字母进行输入，具体包括:
[0034]4.1根据概率阀值对识别结果进行筛选，只保留概率大于阀值的字母；
[0035]4.2将概率最高的字母作为默认显示，除此之外概率前三识别结果作为候选表；
[0036]4.3如果默认或候选表中没有目标字母，删除当前结果重新输入，否则继续下一步;
[0037]4.4用户选定字母；
[0038]4.5输入栏显示输入选定字母；
[0039]4.6成功输入字母后根据字母和相应输入轨迹更新SVG模型。
[0040]步骤5、选择单词或继续输入字母，具体包括:
[0041]5.1使用HMM算法根据单词中每个字母可能的结果及概率和单词的词频计算联合概率；
[0042]5.2将词库中单词按概率从大到小排列作为候选表，并对画面默认单词和单词候选表进行更新；
[0043]5.4如果从候选表中选定单词，则输入该单词；如果不做选择，继续输入字母轨迹，重复步骤I?4，直至选定单词；
[0044]5.4单词输入成功后根据字母和相应输入轨迹更新SVG模型。
技术效果
[0045]与现有