CN1302010A - 高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术 - Google Patents

Abstract

本发明一种高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术,其特点是:手写字由笔划按书写时的次序组成,其笔划由向量直线和曲线表示,不经识别,直接储存,传送和输出;每个手写字按统一格式进行封装,其封装格式由三段组成,该三段分别为:字头、代码、压缩的笔划。具有不受代码空间约束,无需字库和本地语言系统支持,不需复杂的识别软件,操作容易,没有重码或代码空间不够的问题等优点,可处理任何语言文字。适用于便携通讯设备、网络及移动通讯设备等。

Description

高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术

本发明属于计算机手写文字信息处理领域。

随着技术的迅速发展，手写输入作为一种重要的信息处理技术也得到了全面的发展。手写文字处理的软硬件产品也日益成熟。然而，由于文字尤其是汉字的复杂性，目前的手写字处理技术仍存在着种种的局限，如识别率等。汉字输入作为汉字信息化处理的瓶颈并没有得到完全消除。

手写识别是目前作为汉字输入的主要方法之一。使用者在手写设备如触摸屏，手写板上写入文字。手写设备中的识别软件或固化的识别软件根据手写的笔划和笔形由识别算法辨认和确定该文字的内部代码(如GB,BIG5等)。再由手写设备将该代码传送到应用软件或应用设备中。目前识别正确率达到90％以上。手写识别可代替键盘输入。其优点是输入方便迅速，无需学习，但主要问题是对软、硬件资源要求高，成本高，识别率仍不理想等。

手写速记主要应用于中文个人数字助理(PDA)中。使用者将汉字书写在触摸屏上。该技术将手写汉字以点阵形式存储于PDA。用户需要时可随时将存储的手写字体读取出来并以同样的点阵显示。该技术不对手写字体作特别的处理，具有速度快读取方便的特点。但速记字只是简单的点阵图形，而不含有更进一步的笔划信息。如恒基伟业商务通速记即为采用此类技术的一例。它具有与手写识别一样的输入方便、无需学习的优点，但缺点是字形质量差。

除此之外，以国外为主的厂商还开发了一种称为“墨迹”(Ink)的技术。主要应用于英语及其他西文的手写处理上。主要有微软的RichInk,Marathon PenScript,New Co StrokeMap,CIC QuickNOte Pro等。

“墨迹”技术虽采用了笔划压缩的技术，但大都没有以单个字或词为对象(object)和存储单位，也没有采用“字流”方式(一维)的编辑模型。它的功能不仅要支持文字书写，也要支持手写插图。如RichInk，它以每一次手写作为对象和存储单位，手写的文字或图形保留书写时的大小，同时采用面向“纸张”(二维”的编辑模型。大多数“墨迹”技术的产品也利用了矢量技术以提供较高质量的输出结果，但主要问题是由于其兼顾文字和图形，文字编辑(大多不是基于字符流方式)比较麻烦，同时因为其是为西文设计的，故对中文应用不太适合。

所有以上技术均没有定义手写字符的可交换格式，不同平台之间无法交换手写文件。

对手写文字的压缩处理的现有技术主要有以下几种：

1．点阵压缩：现有大部分对手写文字的压缩采用对点阵图形的压缩。由于为避免字迹的失真，对点阵的分辨率不进行大幅度降低。其结果压缩率低。

2．向量化字迹的压缩：现有技术也有对手写文字进行向量化处理。但由于采用均匀网格，其结果要么字形严重失真，要么字迹表示数据过大。

本发明的目的在于使文字处理，特别是文字输入更简单方便，占用资源更少，且更具个性化的特点，并采用动态的非均匀取样网格，达到了以低分率取样网格表示高分辨字迹，字迹扫描数据大幅度减少，而提供的一种高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术。

实现本发明的目的技术的方案是：高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术，其特点是：手写字由笔划按书写时的次序组成，其笔划由向量直线和曲线表示，不经识别，直接储存，传送和输出；每个手写字按统一格式进行封装，其封装格式由三段组成，该三段分别为：字头、代码、压缩的笔划。

上述高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术，其中：所述的向量直线由起点和终点连线组成。

上述高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术，其中：所述的起点、终点以网格交叉点为座标。

上述高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术，其中：所述的曲线由起点、数个中间点、终点连线组成。

上述高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术，其中：所述的起点、中间点和终点以网格交叉点为座标。

一种用于上述手写文字处理技术的手写字格式的封装方法，其特点是：该方法包括：

①对笔划迹进行向量化和压缩，并以优化的取样网格为座标，不同的手写字采用不同的取样网格；

②取样网格信息封装在字头中；

③赋予手写字的代码段以实现字符及字段的搜索。

一种用于实现上述的手写文字处理技术的操作系统，其特点是：包括：手写输入设备、应用设备及显示输出设备；

所述的手写输入设备包括手写笔及设在应用设备上的手写屏，可将手写笔迹转换成电信号；

所述的应用设备以手写字为处理单位，实现应用功能，其内设有手写文字数字化器、存储器、手写文字压缩封装器、手写文字解封解缩器；其中，

手写文字数字化器为模数转换器，可将电信号转换成数字信号；

存储器用于存储手写字数据；

手写文字压缩封装器，将手写笔迹数字信号压缩并封装成手写字；

手写文字解封解缩器将封装的“手写字”解封解压缩并还原成可显示图形；

所述的显示输出设备用于显示或打印已输入的手写字。

上述的操作系统，其中：所述的手写字可直接在显示器上显示，也可通过网络传送或接收手写字。

用于实现上述的手写文字处理技术的手写文字的压缩和解压缩方法，其特点是：所述的压缩方法采用非均匀密度取样网格系统，根据不同的笔迹进行压缩，其步骤包括：

①对字迹中的笔划进行向量化，同时消除点阵字迹中的冗余信息；

②对笔划的密度分布进行分析，并将结果存储在内存工作区内；

③根据分析结果计算并选取最佳取样网格，其中：笔划较密的区域选用网格较密；笔划较疏的区域选用网格较疏。

所述的解压缩方法的步骤为：

①取样网格信息被读取并被恢复；

②笔划数据被读取，并以图形方式绘制在同样的网格上。

上述手写文字处理技术的手写文字的压缩和解压缩方法，其中：所述的压缩方法中的取样网格由x和y两方向的取样直线组成，x和y方向的取样网格间距由网格的同向大小相对值确定。

由于本发明采用了以上的技术方案，因此在手写文字输入技术方面避开了汉字的瓶颈，其主要优点有：

1)手写输入的笔迹不经识别及转换成代码，直接存储、编辑、处理、传输和输出。

2)不受代码空间约束。无需字库和本地语言系统支持(如中文系统)。可处理任何语言文字。非常适用于中/日/韩文字处理。避开了汉字输入的瓶颈。

3)手写文字几何数据采用先进的压缩技术储存，使之非常适用于便携设备，网络及移动通讯应用。

4)手写文字以“字符”为单位进行处理，可象传统文字处理一样进行编辑处理。

5)保留笔迹，使文字处理更个性化，更亲切自然。

6)不需要复杂的识别软件，大大减少了对硬件资源的需求，从而降低了成本。

7)不需要学习和训练，没有重码或者代码空间不够的问题，也不存手写或语音识别中不可避免的识别错误。

为进一步了解本发明的特征、性能，现结合以下较佳实施例及其附图作详细的描述。

图1为本发明的手写文字技术操作系统框图。

图2为本发明取样网格示意图(其中：a图是高分辨率原始手写汉字取样网格示意图；b图为以低分辨率取样网格为坐标的向量直线和曲线表示的同一汉字示意图；c图为对应a图在x方向的网格密度分布图)。

图3为本发明手写字经输出显示的实施例示意图。

图4为本发明运行在移动电话通讯系统的实施例示意图。

图5为本发明运行在计算机的实施例示意图。

图6为本发明在因特网应用实施例示意图。

请结合参阅附图：

本发明的高度压缩的基于笔划的手写文字处理技术，“手写字”以单个汉字为对象(object)和储存单位。手写的笔划迹简称“笔划”。

手写字迹不经识别，直接以笔划储存，传送和输出，但仍保留传统文字处理以字符为单位进行处理的特点。

“手写字”由笔划按书写时的次序组成。笔划由向量直线和曲线表示。向量直线由起点和终点组成。曲线由起点，数个中间点，终点组成。起点，中间点和终点以网格交叉点为座标。

单个“手写字”必须按统一格式进行封装。“手写字”封装格式如下：

字头

代码

压缩的笔划

“手写字”格式由三段组成：

字头：必要的信息，如取样网格信息。

代码：对应的字符代码，可选项。

压缩的笔划：压缩的二进制笔划数据，不定长。

封装的方法为：

1)对笔划迹进行向量化和压缩压缩的笔划以优化的取样网格为座标。不同的“手写字”采用不同的取样网格。(参见压缩方法)

2)取样网格信息封装在字头中。

3)“手写字”格式保留代码段。由使用者或识别系统赋入“手写字”对应代码值后，便可实现字符及字段的搜索。代码段值可为国标码，大五码等。代码段缺省值为空白。

“手写字”封装格式为一种可交换格式。采用“手写字”的任何设备或软件可在本地或远程在任何平台之间交换“手写字”数据。

由于“手写字”储存的是向量化的笔划，显示和打印时字大小可自由缩放而不影响字符显示和打印质量。

图1为本发明的操作系统方框图。一种用于实现上述的手写文字处理技术的操作系统，其特点是：包括：手写输入设备、应用设备及显示输出设备；手写文字数字化器、存储器、手写文字压缩封装器、手写文字解封解缩器。所述的手写输入设备包括手写笔及设在应用设备上的手写屏，可将手写笔迹转换成电信号；所述的应用设备以手写字为处理单位，实现应用功能，其内设有手写文字数字化器、存储器、手写文字压缩封装器、手写文字解封解缩器；其中，手写文字数字化器为模数转换器，可将电信号转换成数字信号；存储器用于存储手写字数据；手写文字压缩封装器，将手写笔迹数字信号压缩并封装成手写字；手写文字解封解缩器将封装的“手写字”解封解压缩并还原成可显示图形；所述的显示输出设备用于显示或打印已输入的手写字。

上述的操作系统，其中：所述的手写字可直接在显示器上显示，也可通过网络传送或接收手写字。

本发明工作原理及工作过程：

1．使用者在手写设备的触摸屏或写字板上直接写入想输入的字，如“中”。

2．手写设备中的“手写字”处理器(软件或固化的软件)对手写的笔划进行分析、抽象及压缩。压缩后的该手写字(如“中”)被封装成为“手写字”，在进行汉字处理时，制成“手写字”代表一个汉字或符号。

3．封装后“手写字”被传送到应用软件或应用设备中。

4．封装后“手写字”通过网络通讯设备被发送到其他应用软件或设备中。

5．应用软件或应用设备收到该封装的“手写字”后，将该“手写字”解包并将该“手写字”的笔划恢复成图形。应用软件或应用设备不对每个已封装的“手写字”内部进行处理，而是对以“手写字”为单位组成的字符串进行处理。如图3中的“中文进入计算机”等独立的”手写字”。

6．需要显示或打印时，通过手写文字解封解缩器将其解封解压缩并还原成可显示图形送至显示或打印设备。

每个“手写字”保留不定长字节的代码段。该代码段可填入于手写字符对应的代码，如国标码，大五码等。嵌入代码的采用可方便应用程序实现字符及字段的搜索。

本发明将手写文字转换成“手写字”流，实现对手写文字的可操作性，使之可用于应用系统中。

手写文字的压缩方法：手写笔迹信息经压缩后以笔划方式储存，保持了字形的高质量。本发明的技术要点在于其独创的自适应非线性压缩算法，它采用一种非均匀密度取样网格系统，能根据不同的笔迹进行智能匹配，以达到最优的压缩率和字形质量。本发明的压缩率在同类技术中据领先地位，比微软RichInk高3～4倍。

字迹的压缩通过以下方法进行：

1．消除冗余信息：

2．通过对字迹有限度的变形，在无明显失真的情形下，将笔划简化；

3．根据字迹中笔划的密度分布，利用非均匀密度网格优化取样网格，大幅度降低的取样网格分辨率。以低分率取样网格表示高分辨字迹；

4．对字迹中的笔划进行向量化(直线和曲线)并进行优化，使之能以最少的信息表示与原始字迹最将近的字形；

取样网格定义如图2所示，其中：a图是高分辨率原始手写汉字取样网格示意图、b图为以低分辨率取样网格为坐标的向量直线和曲线表示的同一汉字示意图；c图为对应a图在x方向的网格密度分布图。取样网格由以下元素组成：X方向的取样网格、Y方向的取样网格，X和Y方向的取样网格间距由网格的同向大小相对值确定。如图2中，X方向的网格0(左起第一线)至网格0(左起第二线)的间距为X方向取样网格的总宽度的1/10。

X和Y方向的取样网格线数不限。根据字迹的复杂度由压缩算法确定。

X和Y方向的网格取样密度不定。根据字迹中笔划的密度分布由压缩算法确定。

压缩的方法和步骤为：

1．笔划向量：对字迹中的笔划进行向量化(直线和曲线)。这一过程消除点阵字迹中的冗余信息。

2．密度分析，这一过程对笔划的密度分布进行分析。分析结果存储于内存工作区内。

3．根据分析结果计算并选取最佳取样网格：取样网格具有不同的水平及垂直分布分布密度。笔划较密的区域选用的网格较密，笔划较疏的区域选用的网格较疏。对汉字笔划分布的统计显示，大量汉字具有相当接近的分布模式。只需有限的压缩取样网格就可满足对手写汉字的压缩的优化。

本发明包括二种取样网格：

预定义非均匀密度网格。预定义非均匀密度网格主要根据汉字笔划分布设计。预定义取样网格号存入“手写字”字头内。

函数表示非均匀密度网格。一个函数表示X方向的密度分布。一个函数表示Y方向的密度分布。函数参数存入“手写字”字头内。

优化算法根据压缩率确定何种取样网格。

笔划优化：这一过程删除多余笔划。如多折线可用弧线表示。曲率很小的弧线可用直线表示。

由于取样网格的分辨率远远低于手写笔划点阵的分辨率。在无明显影响字形质量的前提下，笔划数据得到了非常显著的压缩。

解压缩过程：

取样网格信息被储存在“手写字”的字头段中。笔划数据被储存在“手写字”的压缩笔划段中。

解压缩过程如下：

1．取样网格信息被读取并被恢复。

2．笔划数据被读取，并根据起点，中间点，终点的座标以图形方式绘制在同样的网格上。

显示或打印时，绘制在取样网格上的笔划被复制到显示或打印设备上。

为了更详细了解本发明的性能、特征、现结以下实施例再作进一步说明。

实施例1为本发明应用在移动电话系统中，如图4所示。

移动电话中短消息发送和接收是已成熟的移动电话功能，并已得到广泛的应用。本实施例为发送和接收使用“手写字”的移动电话短消息的移动电话系统。本发明的手写文字处理器直接整合在移动电话的软硬件内。

移动电话的文字处理功能是一个发展方向。但由于它的键盘太小，中文输入，甚至英文输入都很不方便。它的CPU能力和内存也比较小，实现手写和语音识别还存在一定困难。即使实现，识别率也是一个问题，而且成本也很高。至于直接的图形传送，则受到了无线网络带宽的限制。本发明应用于移动电话，可解决以上所有问题。

移动电话短消息发送和接收工作过程为：

移动电话的使用者可采用手写笔41在移动电话42的显示屏43上“写”入短消息。移动电话内的数字化器将“写”入字迹转换成点阵信号。手写文字压缩封装器将“写”入的文字逐个压缩封装并送至系统内存。当使用者完成整个以“手写字”组成的短消息后，移动电话中的短消息功能即从系统内存中读取“手写字”短消息，并通过移动电话中的消息协议和发射装置发射至交换台44。交换台将该“手写字”短消息不经处理原封不动的发送给接收者即移动电话用户45。

接收者收到“手写字”短消息后，经由消息协议，系统内存，手写文字解封解压缩器，并将“手写字”短消息字迹恢复并显示在显示屏上。

图5给出使用本发明的计算机包括个人数字助理PDA、掌上电脑等设备的实施例。手写文字处理功能实现在操作系统之上。

客户A在手写电脑的手写屏上“写”入文字。经手写电脑的的数字化设备将字迹数字化。

由操作系统将字迹点阵图形送至手写文字压缩封装器。由手写文字压缩封装器将“写”入的文字逐个压缩封装至应用软件。应用软件收到以“手写字”组成的“字流”后，将“手写字”逐个送至解封解压缩器并通过操作系统将恢复的字迹显示在显示屏上。

用户可选择将“手写字”组成的文件通过操作系统存入外部存器(如硬盘)中。

大部分已上市的掌上电脑本身均具有触摸屏和手写处理功能。本发明可以软件或固化软件的方式整合在掌上电脑的硬件或操作系统上。

已开发的运行于手写电脑上的系统有手写文字编辑器bijiEditor。bijiEditor有多种版本，可运行于Windows 95/98/NT,Windows CE P/PC和Windows CEH/PC。

因特网实施例由图6所示。可有以下几种情形：

1．客户-客户。如“手写字”电子邮件。

客户A在手写设备上“写”入文字。经客户A端的数字化设备将字迹数字化。手写文字压缩封装器将“写”入的文字逐个压缩封装并送至电子邮件软件。电子邮件软件在整个以“手写字”组成的电子邮件完成后，将该电子邮件送至因特网协议处理器并送上因特网至接收者客B。

客户B收到以“手写字”组成的电子邮件后，将“手写字”逐个送至解封解压缩器，并将恢复的字迹在显示屏上。

2．客户-服务器-客户(服务器不处理手写文字)。如网上手写交谈(ICQ)。

与上述情形相似，客户A在手写设备上“写”入文字。经客户A数字化设备将字迹数字化。手写文字压缩封装器将“写”入的文字逐个压缩封装并送至网上手写交谈软件的客户端。该客户端将“手写字”的文字送至因特网协议处理器并送上因特网至接收者服务器A。

服务器A收到以“手写字”组成的文字后，直接将“手写字”组成的文字存储于服务器A的存储器(如硬盘)中。上述两过程也即“上载”。

客户B到服务器A访问。找到该段“手写字”组成的文字，并将其下载至客户B的设备(如电脑)并至客户B安装的网上手写交谈软件的客户端。该客户端将“手写字”逐个送至解封解压缩器，并将恢复的字迹在显示屏上。

3．客户-服务器-客户(服务器处理手写文字)。

以上例为基础服务器软件也可处理手写文字。如输入，显示，打印或与其他系统整合。

与上述情形相似，客A在手写设备上“写”入文字。经客户A数字化设备将字迹数字化。手写文字压缩封装器将“写”入的文字逐个压缩封装并送至网上手写交谈软件的客户端。该客户端将“手写字”的文字送至因特网协议处理器并送上因特网至接收者服务器A。

服务器A收到以“手写字”组成的文字后，利用字符识别软件将“手写字”转换成代码(GB或Big-5)存储于服务器A的存储器(如硬盘)中。

客户B到服务器A访问。找到该段文字，并将其下载至客户B的设备(如电脑)并至客户B安装的网上手写交谈软件的客户端。该客户端将文字显示在显示屏上。

本发明具有广泛的用途，可应用于文字处理，移动通讯，因特网产品，手写计算机，掌上电脑，个人数字助理(PDA)，专用文字录入装置，固定电话，传呼机及信息家电中。也适用于不以笔输入但有其他形式的字迹输入设备的应用系统。如用鼠标的计算机文字处理系统。具有输入方法简便，编辑容易、操作简单的优点。

Claims (10)

1．以向量和曲线表示的手写文字处理技术，其特征在于：由笔划按书写时的次序组成，不经识别，直径以笔划储存、传送和输出；

其笔划由向量直线和曲线表示；

单个“手写文字”的统一格式进行封装。

手写字由笔划按书写时的次序成，其笔划由向量直线和曲线表示，不经识别，直接储存，传送和输出；每个手写按统一格式进行封装，其封装格式由三段组成，该三段分别为：字头、代码、压缩的笔划。

2．根据权利要求1所述的向量直线和曲线表示的手写文字处理技术，其特征在于：所述的向量直线由起点和终点连线组成。

3．根据权利要求2所述的向量直线和曲线表示的手写文字处理技术，其特征在于：所述的起点、终点以网络交叉点为座标。

4．根据权利要求1所述的向量直线和曲线表示的手写文字处理技术，其特征在于：所述的曲线由起点、数个中间点、终点连线组成。

5．根据权利要求1所述的向量直线和曲线表示的手写文字处理技术，其特征在于：所述的起点、中间点和终点的网格交叉点为座标。

6．一种用于实现权利要求1所述的手写文字处理技术的手写字格式的封装方法，其特征在于：该方法包括：

①对笔划迹进行向量化和压缩的笔划以优化的取样网格为座标，不同的手写字采用不同的取样网格；

②取样网格信息封装在字头中；

③赋予手写字代码段以实现字符及字段的搜索。

7．一种用于实现权利要求1所述的手写文字处理技术的手写字格式的封装方法，其特征在于：该方法包括：

手写输入设备、手写文字数字化器、存储器、手写文字压缩封装器，手写文字解封解缩器及应用系统显示输出设备；

所述的手写输入设备包括手写笔及手写屏，可将手写笔迹转换成电信号；

所述的手写文字数字化器为模数转换器，可将电信号转换成数字信号；

所述存储器用于存储手写字数据；

所述的手写文字压缩封装器，将手写笔迹数字信号压缩并封装成手写字；

所述应用系统以手写字为处理单位，实现固应用功能；

所述手写文字解封解缩器将封装的“手写字”解封解压缩并还原成可显示图形；

所述显示输出设备用于显示或打印手写字。

8．根据权利要求7所述的操作系统，其特征在于：所述的手写字可直接在显示器上显示，也可通过网络传送或接收手写字。

9．一种用于实现权利要求1所述的手写文字处理技术的手写文字的压缩和解压缩方法，其特征在于：所述的压缩方法采用非均匀密度取样网格系统，根据不同的笔迹进行压缩，其步骤包括：

①对字迹中的笔划进行向量化，同时消除点阵字迹中的冗余信息；

②对笔划的密度分布进行分析，并将结果存储在内存工作区内；

③根据分析结果计算并选取最佳取网格，其中：笔输出的区域选用网格输出；笔划较疏的区域选用网格较疏。

所述的解压缩方法的名称为：①取样网格信息被读取并被恢复；

②笔划数据被读取，并以图形方式绘制在同样的网格上。

10．根据权利要求9所述的手写文字处理技术的手写文字的压缩和解压缩方法，其特征在于：所述的压缩方法中的取样网格为：由x和y两方向的取样网格组成取样文字，x和y方向的取样网格间距网格的同向大小相对值确定。

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