记录二维输入的数据输入装置的制作方法

专利名称：记录二维输入的数据输入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种允许用户利用小型输入装置以一种新颖和便捷的方式输入数据(包括中文笔画和字符、罗马字母以及阿拉伯数字)的方法。
中文字符的笔画通常可以分类成一定数目的基本笔画类型。该数目的一个典型例子为26。我们将这个数目称为N。根据各种定义标准，可将这N类基本笔画进一步划分为5至9类。以下，我们将这些笔画类型简称为笔画。
在键盘上输入中文笔画的通行方法要求将各类笔画分配给键盘上的特定键。用户通过敲击相应的键来输入一个笔画。在美国专利申请No.09/220,308(Guo等人在1998年12月23日申请)中可以找到这种方案的一个例子，它被委托给本发明的受让人。在此例子中定义了9个笔画并将它们分别分配给电话键盘上的9个对应键。在摩托罗拉CD928C蜂窝电话中也可找到这样一个例子。
在操作中，用户通过一次按下一个相应的键以输入字符的笔画。生成一组候选字符并作为备选匹配出现在显示器上。所显示的这组候选字符随着每个笔画的输入而得到更新。用户就从这组候选字符中选取他或她想要的字符。
上述方法具有两个缺点。第一，它需要单独定义键，第二，笔画书写过程与键盘输入过程缺乏直观联系。由于第缺点的限制，对每个目标笔画，用户都必须从多个相应的键中选出一个特定的键。所以，当需要快速打字或盲打时，用户就有可能在进行按键选择或者在黑暗的环境下进行快速按键时出错。这种方法需要将自然的笔画书写过程转换成键盘输入过程。这两个过程之间的关系既不十分简明也不非常直观。因此，除了想将字符解码成笔画以外，用户还经常想将匹配笔画与相关按键联系起来。对一个临时的用户来说，为了保证能够得到正确的结果，该用户的眼睛必须不但要监视候选的字符组，而且还要监视键盘上按的键。这就使得字符输入整个过程变得效率较低而且令人紧张。
还有一种用于在小键盘上输入罗马字母的方法，可以在许多固定线路电话或移动电话上找到它。在这种方法中，十个数字键中的九个被用来输入罗马字母，九个键中的每一个都被分配了一定数目的罗马字母。通常，数字键1被分配以ABC，2键被分配以DEF，…，8键被分配以WXYZ。在操作中，用户按1键一次以输入A，两次以输入B，三次以输入C。用户按2键以输入D、E或F，按3键以输入G、H或I，依此类推。
这种方法在输入一个字母时涉及到两个步骤。首先，需为目标字母从键盘中选出一个特定的按键。其次，为了检索字母，用户需以确切的次数按下此特殊键。可以利用一种辨义方案来省略第二个步骤，例如，在Arnott J.L等人的“利用小文本样本缩减键盘的概率字符辨义方法”(Augmentative and Alternative Communication扩充及备选通信，1992)就提出了这样一种方案。
尽管这种方法相当简明，几乎不需要专门学习，但它也有两个缺点。第一，对一个非正规的用户来说，在进行按键选择及敲击按键时，需要直接目视核对键盘。第二，这种方法既无法与用户在正常键盘上打字的方法兼容，也无法与用户在纸上写字的方式类比。因此，它会影响用户在写作内容时的效率，并会导致输入速度的降低。
其它的数据输入方法涉及到利用一记录笔将字符写在一手写板上，并对输入的笔画执行手写识别。采用这种方法制造出来的设备需要手写板具有较大的面积而且通常需要特殊的记录笔。手写板的面积不允许在诸如小型移动电话的很小设备上使用这种方法。而记录笔也是一种不方便的附加单元，因为它可能会被丢失。需要双手进行操作一手把持设备，另一只手操作记录笔。这种方法对于忙碌的用户来说不是最好的。
因此，应该有一种经改进的数据输入方法，这种方法需要更少的按键，并且在书写过程与按键过程之间有直观的联系，从而实现更好的人类工程效果。
在该装置的存储器中保存着含有手写输入标识符(如笔画、字符组成部分、字符或伪字符)的表，而且每个手写输入标识符都至少具有一个离散输入列。可利用从开关单元列接收到的一列离散输入对此手写输入标识符表进行检索(例如，通过查找操作或搜索操作来检索)。按照这种方式，一个由离散输入系列所代表的手写输入就可被识别出来，并且可以被显示给用户或被保存起来，或者被用作原始数据输入。
图2a-2f显示了利用四开关输入装置进行笔画输入的不同例子。
图3的流程图显示出了对

图1所示微处理器进行控制的程序的操作流程。
图4、5和6分别是用于替代图1所示输入装置的游戏杆型装置的正视图、后视图和仰视图。
图7显示了利用四开关输入装置输入罗马字母的例子。
图8的框图显示出了本发明的一个另选的实施例。
附图的详细说明参考图1，其中显示了一种数据输入装置10(如蜂窝电话、无线信息通信装置、掌上电脑、存储一书写器或其它装置)，该装置包括微处理器11，输入装置12，显示器13(或其它输出设备，如RF或IR链路)，程序存储器14以及数据存储器5。
该输入装置可以采取多种形式，其任何一种形式都能够记录按二维排列的至少四个分立点之间的输入移动。在本发明的优选实施例中，该装置由四个排列成矩阵或方形的按键20组成，其高度为1.5cm，宽度也为1.5cm，每个角上有一个按键。为方便起见，左上角的键被标为1，右上角为2，左下角为3，右下角为4。每个按键都可以是压力敏感型按键，或者是“能感觉到”手指尖出现在其上或附近的按键。这四个键为微处理器提供了四个输入。这四个输入由四个分立线段表示，但是，应该明白，四个数据状态可由两条数据线来表示(具有或没有“数据活动”线)。
该数据输入装置10还可具有用于其它功能的按钮(未示出)。例如，它最好有12个按键以用于数字0-9的输入并用于打电话。也可提供滚动键以用于菜单控制。
图中的存储器15含有两个表25和26。这些表本身并不重要，但通过以下的解释会使公众理解，对于将输入装置12的输入内容转换成原始手写单元(如果相关的语言的基本字符组需要)并且将原始手写单元转换成数据字符来说，使用它们将是十分有用而且方便的方法。
在操作中，用户通过将他或她的手指划过在水平面内按二维排列的按键20，就可将向量或移动笔画输入到输入装置12中。根据被激活的按键，输入装置12为微处理器11生成一系列离散的输入。以下将会参考语言实例对此进行更加详细的说明。在保存于程序存储器14中的程序代码的控制下，微处理器将在存储器15中进行查找或搜索操作，以唯一地识别出目标字符或识别出最相似的目标字符。
当字符由微处理器11唯一识别出来时，它将被显示在显示器13上。当被微处理器11识别出多个类似的目标字符时，则显示器13上将显示出一个或多个相类似的字符。在只显示出一个字符的情况下，最接近的目标字符被显示出来。而在显示出多个候选字符的情况下，它们将按使用率可能性减少的顺序被显示在一个选择列表上。目标使用率的可能性由存储器15中的频率信息决定，该信息中显示出了该语言中的字符使用频率(或多个候选字符中的相对使用频率)或者是在用该语言形成的字符文本中的字符使用频率(例如，将前N个字符考虑在内)。以下将进行更为详细的说明。例1-中文输入在本发明的一个例子中，说明了一种用于输入中文笔画的装置。
在操作中，如果用户想输入一个左-右横笔画，则用户可将他或她的手指水平移过1键和2键。1键和2键按照一个特定顺序受到连续访问的信号被发送给微处理器11，从而被解释为横笔画。按照相同的方式，对于上-下竖笔画来说，用户可将他或她的手指移过1键和3键。
这种方法定义出了6个基本笔画，即，“横”，“竖”，“撇”，“捺”，“顺时针”以及“逆时针”。以下将参考图2a-2f对这六个基本笔画以及如何通过按键的顺序输入它们进行简要说明。在下面的表(表1)中，“No.”代表基本笔画的序号；“Type”是基本笔画的名称；“Var”是手指移动移动路径的变化次数；“Path”则是由被访问的按键顺序而定义出的手指移动路径。
表1编号 类型Var 路径 描述1 横 3 12 34 32左-右笔画“横”或“提”2 竖 2 13 24上-下笔画“竖”3 撇 1 23 右上至左下笔画“撇”4 捺 1 14 左上至右下笔画“点”或“捺”5 顺时针 5 124 123 241 1241 1231 顺时针转折，笔画“折”6 逆时针 5 134 234 132 142 1342 逆时针转折，笔画“折”笔画1-6被分别显示在图2a-2f之中。当且仅当一个笔画的第一个转折是沿顺时针方向时，它将被划分为“顺时针转折”类型，无论该笔画其后有多少个转折并且无论这些转折的方向如何。同样的道理也应用在“逆时针转折”笔画类型上。手指的移动路径指的是按键在一预设时间周期内从被访问顺序的第一个按键开始、直到检测到一个预定截止时间为止的被访问的顺序。截止时间指的是从先前按键被访问的时刻起到下一个按键被访问的时刻之间所经过的时间。
在利用单独的手指、指头、记录笔、轨迹球、鼠标或其它二维笔画输入装置输入笔画(即，分立向量的各个离散信号)之后，微处理器11利用表1将这些向量转换成各个笔画，然后在存储器15的表26中执行表项查找或其它搜索操作，以找出与这些笔画输入相对应的中文字符。最好采用两阶段转换处理，因为这可减小表26的长度，但它并不是必需的。利用一个纯向量输入顺序可将中文字符标识符按照可被索引的方式交替地保存在表26中。
在未决专利申请No.08/806,504(发明人为“陈”)中描述了一种用于在原始笔画数据中保存并执行中文字符搜索的方法，该方法被转让给本发明的受让人并被引入本文以作为参考。该方法中介绍了一个在一所需语言中由代表字符的数字流及与这些数字流相对应的字符地址构成的表。这些数字流等价于笔画的顺序(例如，上述的笔画1-6)。另外，根据本发明所述，这些数字流可以是代表笔画向量的按键顺序。
在上述未决专利申请中还介绍了一个表27。如图3所示，该表由位于与表26中的字符地址相对应的地址中的字符组成。位于从表26中获得的字符地址中的字符被从表27中读出。表27中具有公共笔画顺序(或公共数字流)的字符被按照使用频率相对降低的顺序保存起来。该方案允许改变字符在表27中的相对地址以调整字符使用的相对频率。还可以可选地提供一个表28以用于执行bigram(双笔书写)搜索操作。表27(或表28，如果使用的话)的输出是一个或多个中文字符的标准hex GB编码。还可通过查找操作以获取并显示字符的图像表示。
上述方法具有以下两个明显且有益的特征。第一，它只使用四个按键。因此，其键盘的尺寸可以相对较小。这四个键被区别放置，从而大大减小了因对不同键的混淆而造成的按错键的情况。
第二，该方法不需要按照一个实际书写笔画对一特定按键进行一对一的匹配。相反，它将手指在按键上的移动路径与目标笔画的实际书写轨迹关联起来。这就在笔画书写过程与按键过程之间建立了直观的联系。另外，六个基本笔画的定义允许所有N个基本笔画类型中的不同种类的输入变化。该方法的新颖之处在于，它可在4个键的键盘上将主要的基本笔画描绘出来。该方案使用户能够只观看候选字符组并在其中做出选择，而无需近距离观察手指在键盘的按键上的移动。它使用户能够以更加自然和简捷方式输入笔画。
也可以通过手指在按键上的移动路径而定义出一些编辑功能，具体如下。
表1续编号 类型 Var Path 描述7 DEL 1 21删除8 UNDO1 212 撤销9 ENTER 1 143 回车，换行10CASE1 41中文模式中执行字根扩展罗马模式中在大写与小写之间进行切换11MODE1 11在中文/罗马字母/数字之间进行切换12OK 1 22确认选择13SPACE 1 44插入一个空格14ONOFF 1 33在输入模式/滚动模式中进行切换15LEFT1 21左箭头滚动16RIGHT 1 12右箭头滚动17UP 1 31上箭头滚动18DOWN1 13下箭头滚动例2-罗马或字母数字数据输入以下将参考罗马字母和阿拉伯数字的输入(字母数字数据的输入)对本发明的另一个实施例进行说明。我们仍用一个4键键盘来说明该实施例。
在操作中，为了输入一个罗马字母，用户将通过手指在四个键上画出一个笔画。可以采取不同的方案以利用单一笔画(即，下写至上写笔画)或少数笔画来表示罗马字母。Graffiti(商标)就是这种方案的一个例子。
如表2所示，定义用于26个大写罗马字母的笔画表。第一列是对应的大写罗马字母，第二列是笔画的变化次数。第三列是在从访问顺序的第一个按键开始受到访问直到检测到一预定截止时间为止期间被定义为待被按下的键的顺序的笔画。此处，截止时间指的是从一个按键受到访问的时刻到下一个按键受到访问的时刻之间所经过的最大时间。
表2字母Var笔画A4 314 324 1314 2324B2 131443 3143C1 2134D4 131243 23424 4234 24234E6 13121212 13343434 13412121341334 13121234 13123434F2 211312 131212G2 131224 13124 132412H3 24I1 243 1243 12243
J313214K1134L113142324 314324M23142 13142 1324N33142 13142 1324O812431 13421 24312 34213 3124321342 43124 42134P213123 3123Q8124314 134214 2431214 34213143124314 2134(2)14R41312 312 31214 131214S12143T21224 124U11342V2132 142W1132142X32314 1423 3214Y21323 1424Z11234在一个设计良好的键盘上，可通过使拇指或手指绕行移动而在四个按键上将这些笔画画出来。图4显示出了前4个罗马字母的写法。在图4中，可利用一个单笔(或向下移动手指)笔画(如在“Graffiti”中)或者利用两笔笔画用4种(或更多)方式写出字母“A”，每一笔都从顶点开始。图4中的虚线表示手指被抬起，它一般用于从一个键上返回手指以从另一个键上开始一个新的笔画。可以注意到，表中并未区分被访问的两个键是按照朝下的顺序还是朝上的顺序而被访问的。图中显示这些分别只是为了便于理解。
还应注意，在截止时间定时器允许的情况下，也可以在图示顺序中增加其它的顺序。例如，可以在代表字母“A”的笔画向量顺序中增加一个水平的横笔画(例如，232434或32434)。在该特定例子中，这个附加的笔画是多余的，因为额外的笔画3-4对于分辨输入顺序来说不会增加什么信息，通过前两个笔画2-3-2-4或3-2-4就可以唯一地识别它。这样就可以看出，没有必要在表1中加入其它的字母笔画。
定时器为各个字母输入启动。定时器最好从一个新字符的第一个按键开始。截止时间之前输入的所有字符都被认为是单一的输入(字符或数字)。任何对字符识别无用的其他笔画(如字母“A”的横笔画)都被简单地丢弃。此举的好处在于，用户不需要学习用特定的格式进行输入(例如，用户不需要在字母“A”上加入横笔画)。另外，当一个字符得到唯一编码并且紧接其后输入的笔画不是一个合法笔画时，定时器将被复位，这样就使用户能够立刻开始输入下一个字符。如果截止时间之前输入的紧接前一个的笔画是一个虽然不需要但却合法的笔画，它依然会被丢弃。但此时定时器将不会复位，直到截止时间之后或紧随其后输入的笔画不是一个合法笔画为止。
表2中对笔画顺序的精确选择最终是一种折衷情况，它取决于一般用户的书写习惯和喜好。
最好不要用相同的按键顺序来代表两个罗马字母，但这并不重要。如果出现模棱两可的情况(例如，用于“A”和“B”的3143)，则需要利用辨别技术(如通过n-grams(n笔书写技术)来解决这些模糊情况。
上述方法具有以下优良的特征。第一，它使用很少的按键数。因此，就可将键盘设计得相对较小以实现非常小型化的设备。第二，该方法使用了实际字母书写与键盘输入之间的直观性关系。另外，笔画的多个定义提供了合理的变化以为用户在书写时赋予了比(例如)严格遵守单笔画方案(如“Graffiti”)更多的自由。该方案使人们有可能在一个小的键盘上进行罗马字母的盲打。
根据相同的概念，也可通过笔画顺序来输入十个阿拉伯数字0-9，其说明如下。
表2续数字Var 笔画1 2 13242 1 12343 3 12343 12143 121234 2 13424 234245 1 143126 1 134237 2 124 1238 2 21432 123419 1 213240 8 12431 13421 24312 34213 3124321342 43124 42134从上表中很容易看出，在为字母定义的笔画和为数字定义的笔画之间有一些重叠。因此，最好在此二者之间引入一个模式开关以避免混淆。硬件的其它变型参考图5、6和7，其中分别显示了一种另选的输入装置50的正视图、后视图和仰视图。该备选输入装置含有一个游戏杆单元100(即，可将其理解为是含有其它按钮或可在二维水平平面内移动的杠杆装置之类的装置，包括鼠标在内)。游戏杆单元100被固定在一个由弹簧承载的装置上，例如，在图中这种组件是一个球座(ball-socket)装置101。该装置受到偏压，以使游戏杆单元在不受拇指或指头按压时返回至一个中心停留位置(未示出)。图中所示的弹簧104-107用于提供偏压，但是应该明白，这些弹簧不一定必须是分立的螺旋弹簧，也可以用一个弹性片来取代它们。在图中，有四个分立的接触点110-113分别位于中心四周的四个等距圆周点上(西北，东北，东南和西南)。
如图6所示，在球座装置101的球体的背面上有一个镀银的圆形区域120，并且有一个触地点121，它被相对于球座装置固定，并被置于球体背面的中心处。
在操作中，用户利用他或她的拇指或指头移动游戏杆单元100，并且球体的旋转将使镀银的圆形区域120与触地点121和分立的圆周触点110-113之间产生接触。按照这种方式，图5所示的输入装置就可像图1所示的四键输入装置12一样生成一系列的离散输入。游戏杆的一个西北向移动将产生与输入装置12的1键相同的输入，依此类推。
本领域普通技术人员应该明白，实际上，其它的游戏杆单元也可实现相同的效果。例如，可以用一个带有非对称球体的球座结构来激活四个或更多类似于图1所示输入装置的微开关。则游戏杆完全没有必要含有一个球座。
本领域普通技术人员还应该明白，在图1所示的输入装置12或图5所示的输入装置50中可以使用多于四个的触点。例如，可以使用六个、八个、十二个或十六个圆周触点。另外，也可使用一个由3×3或4×4个按钮或触点所组成的阵列。因此，需对表1和表2进行重排，这样就允许表中的每个项有更多的笔画变化。还有，图5所示的游戏杆按钮输入装置并未含有一个球座，而是被固定在其支座上，并且它利用正交应变传感器单元来提供一个连续(即，递增的，而非分立的)的2维输出(例如，两个模拟电压输出)，此输出被微处理器11或微处理器11的一个内部接口(如模-数转换器)分割成多个分立的值。
参考图7，其中显示了一个安装在图5所示输入装置50的球座装置101背面的微开关150。该微开关150是一个按压开关，它可用于多种目的。
在一个实施例中，微动开关150被用作一个下笔指示器。在这种变型中，从下笔到抬笔期间的单个输入笔画被测量。此举具有能够辨别下笔与提笔段的好处。可获取所有连续的下笔段并用于字符的识别，无论它们是在截止时间之内还是在截止时间定时器超时之后获取。这就使用户在输入笔画或字符的时间周期内有很大的灵活性。图1所示输入装置12上的一个“数据有效”线可以执行相同的功能，这样就使连续的下指移动将造成至少一个按钮的激活，从而导致“数据有效”线的激活，而抬指事件则不会给出数据有效信号。除了数据有效线以外，还可利用处理器11来进行时序测量，用以测量按钮压下(如果有)之间经过的时间，从而确定是否有抬指事件。
如果采用一个如图7所示的输入装置50给出一个连续的模拟输出，则可利用美国专利No.5,740,273所述的预处理技术以及随后的美国专利No.5,742,705所述的识别技术来解释和识别作为下笔书写段的罗马字母或中文字符。如图8所示。
图8所示的游戏杆单元200含有应变传感器(或其它模拟元件)201和202，它们在水平面上正交的x和y方向上为游戏杆单元200提供了模拟移动指示。游戏杆单元200上集成了一个推压开关204，最好是一个压动开关。
模拟单元201和202被连接至模-数(A/D)转换器210和211(或连接至一个共用A/D转换器)，后者则与处理器220相连。开关204也与处理器220相连。
处理器220的程序存储器内保存有一个程序，它能够对A/D转换器210和211的输入执行一个定标(标准化)功能221，例如，如美国专利No.5,740,273所述。当开关204指示出一个“推”条件(等价于下笔状态)时，A/D转换器的输入通过定标功能221接受。在定标功能之后，一个可选的平滑功能222被执行，然后是分段功能223。该分段功能按照输入中的自然弯曲将二维输入分割成多个段，由此提供一系列的纯笔画段。一个匹配功能224按照一种已知的方式，例如，如美国专利No.5,742,705所建议的那样，对这些段和来自模板存储器230预先保存的模板进行匹配。
图8的结构对表意字符(例如，中文字符)的输入和识别特别有用，但并不仅限于此，它还可用于罗马字符的输入或Graffiti(商标)型笔画的输入。可对平滑、分段和匹配步骤作出修改以适合数据输入的类型。
本方法可以便捷和有效的方式在一小型输入装置上输入数字字母，利用它可制造出非常小的设备。
权利要求
1.一种数据输入装置，包括开关单元阵列，能够记录按二维排列的至少四个分立点之间的输入移动，并提供一系列的离散输入；存储器，其中保存有书写输入标识符以及用于各书写输入标识符的至少一个离散输入系列；与上述开关单元阵列和存储器相连的处理器，通过编程以利用从开关单元阵列接收到的一系列的离散输入来搜索手写输入标识符，从而识别出由该系列离散输入所代表的书写输入。
2.如权利要求1所述的数据输入装置，其特征在于，上述阵列是由手指操纵的开关阵列。
3.如权利要求1所述的数据输入装置，其特征在于，上述阵列含有游戏杆单元。
4.如权利要求3所述的数据输入装置，其特征在于，上述游戏杆单元含有按压开关。
5.如权利要求4所述的数据输入装置，其特征在于，在上述按压开关被激活且游戏杆单元在一水平面内移动时，生成一系列的离散输入。
6.如权利要求1所述的数据输入装置，其特征在于，上述手写输入标识符被作为字母字符标识符的列表保存起来。
7.如权利要求1所述的数据输入装置，其特征在于，上述手写输入标识符被作为笔画标识符的列表保存起来。
8.如权利要求7所述的数据输入装置，其特征在于，上述存储器还含有由图像字符标识符组成的列表，并且上述处理器可编程为利用从上述笔画标识符列表获取的至少一个手写输入标识符对此图像字符标识符列表进行索引。
9.如权利要求8所述的数据输入装置，其特征在于，上述图像字符标识符列表是由语音学字符标识符组成的列表。
10.一种数据输入装置，包括二维输入装置，包括游戏杆单元；安置在第一和第二维方向上的模拟单元，它们能够提供与游戏杆单元在一水平面的第一和第二维方向上的移动相对应的模拟移动信号；与上述输入装置相连的模-数转换器；以及与上述模-数转换器耦合连接的处理器，用于接收来自上述输入装置的数字化输入，该处理器含有一些指令，这些指令使处理器执行预处理操作，以将来自输入装置的数字化输入分段为笔画，并执行识别操作以识别出手写输入笔画，并从这些笔画中生成字符标识。
11.如权利要求10所述的数据输入装置，其特征在于，它还含有与游戏杆单元集成在一起的按压开关，并且能够对游戏杆单元所受到的按压作出响应。
12.如权利要求11所述的数据输入装置，其特征在于，上述处理器可在上述按压开关受到按压时，响应按压开关的动作，将所接收到的数字化输入分段为笔画。
全文摘要
本发明提供了一种含有一个集成输入单元(12)的数据输入装置(10),该装置能够记录二维方向(包括中文笔画和字符,罗马字母以及阿拉伯数字)上的输入移动,并能将结果信号传送给处理器(11)。处理器(11)被编程为能够识别出由这些信号所代表的手写输入。
文档编号G06F3/033GK1358299SQ00807998
公开日2002年7月10日 申请日期2000年4月28日 优先权日1999年5月24日
发明者查尔斯·－闽·吴, 郭进 申请人:摩托罗拉公司