CN101114193A - 一种通用外挂式无线输入输出系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用触摸显示屏、控制按钮、无线模块相结合，并开发相关的驱动程序，实现了全部鼠标控制功能、手写输入功能，并通过无线技术接入信息设备。同时截获信息设备的输出信息并根据外挂式输出系统的特征进行适配，再通过无线技术发往外挂式终端输出。终端只实现最基本的输入输出功能，而数据的解析、其他复杂业务功能都由信息设备完成。该输入输出系统集成了手持、移动、遥控、手写输入、鼠标控制、异地输出等特性，将服务提供与用户交互分离，将计算机、IPTV等信息设备的强大业务提供能力和本终端的便携性结合起来，提供性价比很高的移动娱乐、移动办公的解决方案。该输入输出系统可做为诸多信息设备的标准外挂式输入输出系统。

Description

一种通用外挂式无线输入输出系统和方法

技术领域

本发明涉及一种通用外挂式无线输入输出系统和方法，技术领域涉及无线收发技术、显示系统、信息输入系统，包括类鼠标控制、手写输入系统，应用领域涉及终端、计算机、家电、工业控制、通讯、娱乐游戏等。该系统可以提供一个性价比非常高的移动办公/娱乐的解决方案，促进社会的信息化进程，提高人们的工作效率和生活质量。

背景技术：

电脑已经进入了很多人的家庭生活，随着家庭网络的发展，家庭网关、机顶盒、IPTV、数字电视、宽带电视等设备也进入了家庭，这些设备都具有灵活高效、丰富多样的内容、服务，但是受限于输入、输出系统，这些设备还远没有被广大民众所接受，其作用也远未得到充分发挥。

电脑必须安装在某个房间，其输入设备键盘、鼠标，输出设备显示器都有线连接于电脑上，人们必须坐在电脑旁，打开电源，然后耐心地等上几分钟等电脑启动完毕，然后才可以使用。远没有电视的随开随用方便。并且键盘的复杂操作，也使许多非专业人士望而却步。电脑庞大沉重的显示器必须放置在电脑附近，通过VGA线缆连接，这使得人们无法在家庭的任意房间、任意角落使用电脑。

同样，家庭网关、电视等设备也安装在房间的某个位置，人们要看电视时，无法走出此房间。并且现在只能通过遥控器进行简单的移动选择，少数先进的遥控器可以通过复杂的输入法实现基本的输入功能，但很笨拙、效率很低，人们不愿意使用。

其实在办公网络中也存在这样的问题，公司内进行移动办公是比较麻烦的。早期人们只能搬动台式机，后来可以抱着便携式电脑移动办公，再后来可以通过wlan等接入无限局域网。但一方面便携式电脑成本还是比较贵，另一方面相比于PDA、手机等其便携性还远远不够。而PDA、智能手机则功能较弱，并且还要频繁地与电脑进行数据同步，目前应用也不广泛。

综上所述，现有输入、输出系统的在以下方面的缺失严重影响了人们的使用感受，也因此限制了信息设备的推广、普及：

输入方法的简单性；

输入、输出系统的便携性、移动性；

如果能解决以上问题，则可以用更低成本、更高效率实现移动办公、移动娱乐，将固定宽带变为无线宽带，将有线电视变为移动电视，必将大大推动社会的信息化进程，提高家庭网络、办公网络中信息设备的使用率，相关的电信、通讯市场也会被大大激发，人们的生活质量则会得到很大提高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种通用外挂式无线输入输出系统，可以通过一个标准定义的触摸屏、触控笔，将触控笔的移动轨迹和触摸屏特定按钮的操作情况通过无线方式传送到信息系统(如计算机、机顶盒、家庭网关、工控机、触摸屏查询终端等)，通过在信息系统上运行一个驱动软件，解析触控笔的移动事件以及触摸屏的特定按钮事件，翻译为鼠标点击、双击、右键、滚屏，以及手写笔迹输入，送往鼠标信息系统的鼠标驱动程序或者手写输入软件应用程序，从而在信息系统的显示终端上实现鼠标控制和手写输入。另一方面，通过在信息系统运行另一个驱动软件，截获送往信息系统显示终端、音频设备的信息，同时将这些信息通过无线模块送往本发明的设备，然后在本发明设备的触摸屏上显示，在音频设备上播放。这样就可以实现信息系统的外挂式无线输入输出。

由于便携式终端的显示屏分辨率一般都小于信息设备的分辨率，比如比较好的终端触摸显示屏分辨率可以为320*320，而目前计算机的分辨率基本都可以到1024*768。因此，在将信息设备的显示内容送往本发明的终端设备前，需要先做适配处理，本发明推荐两种方法：视窗法、抽样法。业界可能会有其他更好的方法进行适配。

视窗法：

以终端设备显示屏的分辨率做为一个视窗，去截取部分信息设备显示内容，然后发往终端设备。比如如果计算机的分辨率为1024*768，终端设备显示屏分辨率为320*320，则初始显示时，截取(0，0)～(319，319)的显示区内容送往终端设备显示。用户可操作移动屏幕视窗，以截取其他显示区的内容进行显示，比如移动屏幕视窗后，截取(704，448)～(1023，767)的显示区内容送往终端设备显示。该方法需要终端设备实现移屏操作方法。视窗法比较适用于文本显示。用户可以调整信息设备内的应用显示布局，将自己所感兴趣的应用置于选择视窗范围内，这样就可以比较顺畅地查看了。比如，将视频播放软件的视频播放窗口调整尺寸到320*320，并置于选择视窗范围内，这时就不用移屏而连续观看。

抽样法：

对于电视节目播放或者电脑上的视频播放，由于是滚动实时播放的，用户关注的同步性、即时性，因此这时可以采用抽样法，将信息设备的显示内容按照终端设备的显示分辨率进行采样，然后送往终端设备播放，这样将损失部分视频质量，但可保证比较流畅。

用户可以在信息设备上的驱动程序配置中选择显示适配方法。

对视频播放，目前的实现方法可能难以提供非常好的视频质量。我们进行一下推算，以320*320的分辨率、65K色彩，以5帧/秒的终端视频显示为例，终端设备显示信息速率计算为：320*320象素*2字节色/象素*5帧/秒*8bit＝8192000bit/秒，即8Mbit/s。即使是蓝牙2.0标准所提供的10Mbit/s，其视频质量仍只是基本合格，达不到优秀。当然也可以采用一些压缩算法，提高无线传输效率、视频数据速率，在本发明中就不再仔细研究，本发明的重点在于介绍一种外挂式无线输入输出系统。

本发明所述系统主要包括外挂式无线输入输出终端、终端侧软件、信息设备侧软件三部分。

外挂式无线输入输出终端由以下模块组成，如附图1所示：

主面板A：承载、支撑其他模块，其外观设计可考虑人体结构特点以及放置的方便性，比如成年人一手把持，易于平放或者略呈一定角度斜放，便于单手书写；

触摸显示屏B：俱备灵敏的压控感应、显示功能，其分辨率要达到一定的标准，推荐为320*320(或者240*320)以上；

电源模块C：可使用干电池或者充电电池；

面板上控制按钮D：主要用于触控笔操作，可实现所有鼠标功能、手写输入功能；

面板侧控制按钮E：该模块可选，主要双手协同操作，通过按钮操作与触控笔操作相结合，提高工作效率。由手指操作，可实现所有鼠标功能；

无线发射/接收模块F：提供无线方式接入到信息设备，该模块可使用蓝牙、WLAN、红外、超声波、射频等，此模块可拆卸更换，也可采用CF等扩展槽方式实现，考虑到视频显示对带宽的要求，以及传播距离，建议主要以蓝牙、wlan等无线方式为主；

控制模块G：非常简单的CPU以及必要的存储元件，用于实现无线模块的驱动、协议、显示驱动、必要的缓存等；

音视频模块H：扬声器H1、拾音器H2、音量调节器H3、摄像头H4等；

触控笔I：用于在触摸屏上移动、点击，也可点击面板上控制按钮D。触控笔不是必选项，其他材质、形状符合要求的笔状物也可做为替代品。

面板上控制按钮D包括以下按钮：

D1：鼠标移动模式按钮，带状态显示灯。当点击此按钮时，显示灯亮，表示此后触控笔在触摸屏上的移动就代表移动鼠标光标。当点击其他按钮后，退出鼠标移动模式，显示灯灭；

D2：手写输入模式按钮，带状态显示灯。当点击此按钮时，显示灯亮，表示此后触控笔在触摸屏上的移动就代表手写输入。当点击其他按钮后，退出手写输入模式，显示灯灭；

D3：滚屏模式按钮，带状态显示灯。当点击此按钮时，显示灯亮，表示此后触控笔在触摸屏上的移动就代表滚屏，可以是上下左右或者任意斜向的滚屏。当点击其他按钮后，退出滚屏模式，显示灯灭；

D4：选择&拖曳模式，带状态显示灯。点击一次后，显示灯亮，进入选择模式，触控笔在按下、释放期间移动覆盖的内容将被选中。如果在选择模式下，已有选中内容，并且光标刚好在被选中目标范围内，此时触控笔按下并移动，则进入拖曳模式，将把选中的内容移动至触控笔释放时所处的位置。当点击其他按钮后，退出选择&拖曳模式，显示灯灭；

D5：鼠标右键功能，点击后将弹出右键菜单，一次起效；

D6：保留，未定义；

其实D1～D6的行为翻译是由信息设备的应用程序来完成的，所以它们的功能可以由用户根据自己的喜好自定义。

面板侧控制按钮E包括：

E1：万向滚轮，可以采用四向键，也可采用滚轮，用于左手大拇指操纵，控制鼠标移动及滚屏功能，移动模式和滚屏模式的切换是通过其他按钮来控制的；

E2：鼠标左键，用于定位、选择、点击、双击、拖曳等；

E3：鼠标右键，用于弹出右键菜单，双击可切换鼠标移动/手写输入模式，这主要可用于辅助触控笔，以快速操作，双击后将同步点亮面板上的鼠标移动模式灯或者手写输入模式灯；

E4：移动模式和滚屏模式的切换，按压后，将同步点亮面板上的移动模式、滚屏模式灯；

E5：保留，未定义。

关于软件，必要的操作系统等运行软件环境此处不再列出，仅列出主要需要进行开发的软件模块。

终端侧软件主要包括：

无线模块驱动程序和无线收发协议O：

对终端侧的无线模块进行驱动，并且通过无线收发协议去查找周边可用的无线信息设备，通过鉴权认证后建立连接通道，进行数据的无线收发。

触摸显示屏驱动程序P：

在接收到无线模块收上来的显示数据后，写入显示芯片，就可以在触摸屏上显示远端的信息设备上的内容。接收用户触控笔在触摸屏上的操作，产生移动轨迹数据，同时接收用户对各控制按钮的操作，将这些数据通过无线模块发送到信息设备处。

音视频驱动程序Q：

接收到无线模块收上来的音频数据后，驱动音频模块播放声音。拾音器采集到音频数据后，驱动程序对其进行数据封装，通过无线模块发送出去。视频模块采集信号，发送给驱动程序，驱动程序对其进行数据封装，通过无线模块发送出去。

信息设备侧软件主要包括：

无线模块驱动程序R：

对挂接在信息设备上的无线模块进行驱动，使其进入工作模式，通过无线协议去查找周边可用的无线终端，通过鉴权认证后建立连接通道，进行数据的无线收发。

输入信息解析模块S：

对从无线模块接收进来的输入信息进行解析，若为鼠标控制信号，则翻译成为标准的鼠标控制信号输入给鼠标驱动程序，若为手写输入信号，则翻译成为标准的手写输入信号输入给手写输入法程序，这样就可以完成鼠标控制和手写输入了。如果是音频数据，则输入给信息设备的音频应用程序，如果是视频数据，则输入给信息设备的视频应用程序。另外，信息设备驱动程序要对输入终端进行设备ID识别并授权，防止非法接入。

音视频输出数据截获及终端显示适配程序T：

在信息设备上开发程序，截获送往设备显示终端及音频设备的数据，将这些数据通过无线模块并行发送给无线输出终端。为节约无线输入输出终端的成本，充分发挥信息设备强大的处理能力，可以将显示数据终端适配的转换工作放在信息设备侧完成。

采用本系统，用户只要在信息设备(如计算机、机顶盒+数字电视、工控终端、触摸屏等)上安装本系统的信息设备驱动程序，然后就可以使用本输入终端实现灵活、方便、丰富的信息输入和操作控制，所见即使得，符合传统的手写习惯，简单易用，老少咸宜。并且由于它是无线工作模式、便携性设计，因此移动很方便，随身携带，可用于家庭电脑、数字电视、办公电脑、热点查询终端等的输入控制，非常方便。

同时，本系统可以做为信息设备的移动显示终端。用户可以在一定的范围内(如蓝牙2.0可达到100m)通过无线显示终端操作信息设备，利用信息设备的强大处理能力、丰富的内容、各种接口，将操作结果显示在此无线终端上，可以实现移动办公、移动娱乐，将家中的固定宽带变为无线宽带，将有线电视变为移动电视。

本发明的特点在于：

触屏式手写输入加上少量按钮辅助可完成鼠标控制的所有功能，同时可完成手写输入功能；

采用无线方式与信息设备连接；

可以采用手持方式单手掌握操作、双手协作，也可以放置于台面上，单手手写操作；

可做为多种信息设备的标准输入终端；

可做为多种信息设备的外挂式移动显示终端，拓展了信息设备的移动使用空间。

附图说明：

图1是外挂式无线输入输出终端的模块结构图，描述了终端的主要模块和大致布局，根据工艺要求、人性化设计、成本控制、功能剪裁，该模块结构可以进行局部、外观的调整。

图2为信息设备初始化无线模块和无线输入设备发现流程。

图3为信息设备无线模块输入信息处理流程。

图4为外挂式无线输入输出终端的无线模块接收信号处理流程。

图5为本发明的外挂式无线输入输出系统的应用场景。

具体实施方式：

本发明所涉及的外挂式无线输入输出系统，需要按以下步骤建立：

1.按照图1所示结构简图，完成输入输出终端的硬件设计，主要包括的元件有：触摸显示屏、主板、扬声器/拾音器、视频头、耳麦、多种按钮、电源、无线模块、主控单元(CPU)、触控笔等；

2.为输入输出终端编写音视频设备驱动程序、触摸显示屏驱动程序、各种按钮驱动程序、无线模块驱动程序以及数据传送协议；

3.为信息设备编写无线模块驱动程序、输入信号解析程序、音视频数据截获发送程序；

4.联调输入输出终端的软件硬件系统，最后与信息设备的软件硬件进行联调，能建立无线连接，并实现鼠标控制信号、手写输入信号、音频信号、视频信号向信息设备的无线输入，以及信息设备的音频信号、视频信号在输入输出终端上的播放、显示。

该外挂式无线输入输出终端可单手持握操作、双手协同操作、放置在其他平台上操作，并且具有无线连接的移动方便性。因此，只需在各信息设备上安装相应的无线模块(如蓝牙、射频、红外、超声波等)和驱动程序，就可以实现通用输入终端、通用输出终端，即一个终端可以控制多种、多台设备，如果对无线模块进行改进，甚至可以分时控制多台设备，在多台信息设备间来回进行切换操作。

可以参见图5的应用场景：由于该输入终端提供简单直观的移动点击、图形输入方式，因此非常容易被人们所接受，可以替换目前专业性较强的键盘输入，以及比较繁琐的、分离的鼠标控制和手写板，可做为笔记本电脑、台式电脑、街头/电梯/机场等热点区域查询终端、机顶盒/家庭网关所控制的IPTV/宽带电视/数字电视等设备的外挂式输入终端。并且该终端所具备的输出功能使得用户可在主信息设备附近移动操作、查看输出结果。比如在办公区域移动办公、在家居内移动娱乐。由于无线输入输出终端仅实现非常基本的输入输出、传输功能，其他主体功能都是在主信息设备完成的，因此无线输入输出终端的成本可以控制得很低，是一个性价比非常高的移动办公/娱乐解决方案。

Claims (3)

1.一种通用外挂式无线输入输出系统和方法，其组成部分包括：触摸显示屏、控制按钮、无线模块、视频输入模块、音频输入输出模块、一组驱动程序以及必要的支撑模块，如电源等。其实现步骤为：触摸屏感应触摸笔的移动轨迹，并结合控制按钮的动作和状态，通过无线模块发往信息设备，信息设备解析这些输入数据，并送往相关输入驱动程序或应用程序，完成输入控制。信息设备上的输出信号截获程序截获其输出数据，并根据外挂式终端的输出特征进行适配，然后通过无线模块发往外挂式终端，完成输出。

2.根据权利要求1，本系统所提供的参考设计，包括输入输出终端的外观框架模型及相应组成部分：面板上控制按钮、无线模块。

3.在权利要求2的基础上，去掉终端外观框架中的面板侧按钮后的框架模型，面板侧按钮主要用于双手协作操作，提高操作效率，因此，从美观、便携、成本角度出发考虑可以去掉。

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