CN1462550A - 与实时内容流互动的设备 - Google Patents

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Abstract

最终用户系统(10)，用于将实时内容流转换为输出图形表示，包括允许用户与流互动的输入设备(30)。该输入设备(30)包括用于检测用户对输入设备(30)操作的传感器(330)，和用于判断用户如何操作输入设备(30)的微处理器(310)。微处理器(310)向最终用户系统(10)指示检测到的操作。最终用户系统(10)相应地在输出图形表示中激活或禁止特定的内容流。输入设备(30)可以具有非常简单的形状，且要求的操作也可以非常简单，如：滚动、旋转、或弹跳输入设备(30)。本发明允许用户根据她/他的偏好改编输出图形表示，而不仅仅是作为一名观众。

Description

与实时内容流互动的设备
本发明涉及用于接收和显示实时内容流的系统和方法。特别地，本发明使用户能和显示的实时内容流互动，并能使显示的实时内容流个性化。
说故事和其它形式的叙述一直是娱乐和教育的流行方式。在这些最早的方式中，有口头叙述、歌曲、书信、戏剧及印刷出版物。作为十九、二十世纪技术进步的成果，故事现在已能向在不同地点的大众广播。广播媒介，如无线电和电视，允许说故事的人通过同时向把这些流转换为音频和/或视频输出的最终用户设备传输内容流或数据，向听众表达他们的思想。
这样的广播媒介是受限制的，因为它们向最终用户设备传输单个内容流，因此传达不能偏离其预定顺序的故事。这些设备的用户只是观众，而不能影响所述故事的结局。用户与通过电视或无线电广播的实时内容流之间仅有的互动是通过变换频道而在内容流之间切换。最好能为用户提供更多的与讲故事过程的互动，使他们具有创造性，并根据他们的偏好来协助确定情节如何展开，从而使这种经历更有趣。
目前，计算机提供用户与实时内容流互动的媒介。例如，计算机游戏已经被制作为允许用户控制位于虚拟环境如山洞或城堡中的角色的行为。游戏者必须控制他/她的角色与其它角色、邻近的障碍物互动，并在该虚拟环境中选择要采取的路径。在在线计算机游戏中，实时内容流通过网络从一台服务器向多台个人计算机广播，从而使得多个游戏者可以与同样的角色、障碍物、和环境互动。尽管这样的计算机游戏给了用户决定故事如何展开(即角色会发生什么事情)的一定自由，但是该故事往往重复很多，缺乏戏剧性价值，因为在游戏过程的大部分时间里要求角色重复同样的行为(如射击)，导致同样的效果。
还开发了各种儿童教育软件，允许孩子们与计算机上的讲故事环境互动。例如，LivingBook就已经开发了一种“互动书本”，将一个故事分为几个场景，播放每个场景的几个短小动画之后，允许孩子操纵该场景中的各种元素(如用鼠标点击)，来播放短小的动画或声音(gags)。其它类型的软件为孩子们提供工具，通过创作他们自己的故事来表达他们的感情或情绪。除了具有娱乐价值外，互动讲故事已经被证明是开发小孩子的语言、社交、和认知技巧的有利工具。
但是，与这样的软件有关的一个问题是通常要求孩子们使用键盘或鼠标才能互动。这样的输入设备必须以特殊的方式把握，并要求眼睛与手的相当的协调，因此，小孩子们用起来可能会非常困难。而且，孩子们早期认知的发展的一个很重要的部分涉及他们的物理环境。鼓励孩子通过“玩”来互动的接口比传统的键盘和鼠标接口更有利，因为从教育的观点来看这样做更有益、更容易使用，并且玩耍会更有效地鼓励孩子参与学习过程。并且，扩展玩耍范围(即孩子可以互动的范围)以及允许孩子与他们通常玩耍的东西互动的接口会鼓励更加好玩的互动。
ActiMatesTMBarneyTM是微软公司创作的互动学习产品，包括嵌入绒毛玩具中的一个小型计算机。对该产品更详细的描述在下列文献中提供：E.Strommem，“When the Interface is Talking Dinosaur：Learning Across Media with ActiMates Barney，”Proceedings ofCHI’98，288-295页。孩子们通过以下方式与该玩具互动：压玩具的手可以玩游戏，压玩具的脚趾头可以听歌，蒙上玩具的眼睛可以玩“躲躲猫”。ActiMates Barney还可以从个人计算机接收射频信号，并且当孩子们玩由ActiMates软件提供的教育游戏时指导他们。虽然这样做培养了孩子们之间的互动，但该互动除了包括服从指令外，没有别的。该玩具不教导创造和协作，因为它不允许孩子控制任何行为，而这在孩子的成长学习中是非常重要的。
CARESS(在声音中创造审美共鸣环境)是一项工程，该过程通过使用将物理姿势转换为声音的计算机接口来设计鼓励孩子发展创造性和交流技巧的工具。该接口包括可佩戴的传感器，该传感器检测肌肉运动，并且足够灵敏，可以检测到运动的趋势。这些传感器在允许身体上受到刺激的孩子表达它们的意图和与其它孩子交流，从而鼓励他们参与学习过程方面特别有用。然而，CARESS工程不是要创造一种接口，允许用户与内容流进行任何形式的互动。
本发明的一个目的是允许用户与在最终用户设备上接收到的实时内容流互动。该目的是通过根据本发明的如权利要求1所述的输入设备实现的。实时内容流被转换为一种图形表示，通过输出设备如电视或计算机显示器输出到用户。该图形表示可以传达一种叙述方式，其情节根据转换的实时内容流展开，通过激活或禁止一些内容流，或通过修改这些流中传输的信息，用户与这些内容流的互动帮助决定故事的结局。该输入设备允许用户以一种简单、直接、和直观的方式与实时内容流互动。在与实时内容流互动的过程中，该输入设备为用户提供身体的和精神的激励。
本发明的一个实施例指向将实时内容流转换为待输出的图形表示的系统和由用户操作来激活或禁止该图形表示中的内容流的输入设备。该输入设备包括检测用户对该设备的操作的多个传感器，和将传感器信号处理为表示用户操作该设备的具体方式的编码信号的微处理器。该输入设备还包扩用于向最终用户设备发送编码信号的发送单元，该编码信号将编码信号映射到待激活或禁止的一个或多个内容流。
在本发明的另一实施例中，所述输入设备的传感器包括一个光敏元件，检测照射该光敏元件的光强的变化。
在本发明的另一实施例中，所述输入设备的传感器包括一个接触式传感器，检测作用于该设备表面的力的大小，和力所作用的表面位置。
在本发明的另一实施例中，所述输入设备的传感器包括一个旋转传感器，检测该设备的旋转。根据该实施例的旋转传感器可以检测所述设备旋转的方向、旋转的次数(或所转过的角度)、旋转角速度。
在本发明的另一实施例中，所述输入设备的形状为球形，用户可以掷、弹、摇、滚该输入设备以激活或禁止内容流。
在本发明的另一实施例中，所述输入设备的形状为分为两个半球的球形，用户可以通过相对于一个半球以一定的方向旋转另一个半球来操作该输入设备，以激活或禁止内容流。
本发明的另一实施例指向一种方法，将实时内容流转换为一种图形表示，用户通过所述输入设备，以该方法激活或禁止内容流。
本发明的这些和其它实施例将通过下面结合附图所进行的详细描述中而变得更加清楚。
应当理解，这些附图只是为说明的目的而设计的，而不是作为本发明的限制，本发明的范围参考权利要求确定。
图1是说明将实时内容流转换为图形表示的系统结构的框图；
图2是说明根据一个典型实施例的输入设备结构的框图；
图3A、3B、3C和3D说明操作球形输入设备的实例；
图4说明操作分为两个半球的球形输入设备的实例；
图5说明结合图4所示输入设备使用的一种旋转传感器；
图6是说明能将实时内容流转换为叙述形式的方法的流程图。
参考附图，图1示出根据本发明的一个典型实施例，将实时内容流转换为图形表示的系统的结构。最终用户设备10接收实时数据流或内容流，并将该流转换为适合输出到输出设备15上的用户的形式。最终用户设备10可以构造为硬件、在微处理器上执行的软件、或二者的组合。本发明的最终用户设备10和输出设备15的一种可能的实现方式是作为机顶盒，解码要发送到电视机的数据流。最终用户设备10也可以在个人计算机系统中实现，用于解码和处理要输出到该计算机的CRT显示器和扬声器上的数据流。如本领域的普通技术人员所知，可以有多种不同的结构。
实时内容流可以是根据适合压缩和发送多媒体数据的标准，如移动画面专家组(MPEG)系列标准之一，编码的数据流。但是，实时内容流不限于任何特定的数据格式或编码方案。如图1所示，实时内容流可以通过有线或无线网络，从几个不同的外部源之一，如电视广播站50或计算机网络服务器60发送到最终用户设备10。可选地，实时数据流可以从连接到最终用户设备的数据存储设备70提取，如CD-ROM、软盘、或数字通用盘(DVD)。
如上所述，实时内容流被转换为要通过输出设备15传递到用户的图形表示。在本发明的一个典型实施例中，该图形表示向用户传达一段故事。不象现有系统仅仅传达其情节由实时内容流事先确定的故事，本发明允许用户与故事的图形表示互动，并通过操作输入设备30来帮助确定其结局。根据这些操作，用户激活或禁止与图形表示关联的内容流。例如，每个内容流可以使故事沿特定的情节发展，用户通过激活特定的流或情节来决定情节如何展开。因此，本发明允许用户根据他/她的期望来发挥创造性和使故事个性化。但是，本发明不限于将实时内容流转换为呈现给用户的故事。根据本发明的其它典型实施例，实时内容流可以用来传送歌曲、诗歌、音乐作品、游戏、虚拟环境、可编辑的图像、或任何其它类型的内容，用户可以根据他/她的期望对这些内容进行改编。
如上所述，图2详细示出包括一个或多个传感器330和一个微处理器310的输入设备。传感器330检测用户对输入设备30的操作，并向微处理器输出它们的检测信号。然后，微处理器310将这些检测信号映射到一种操作编码。该操作编码是任何类型的指示输入设备30被以何种方式操作(如：转动、弹跳等)的单词、数字、符号、或信号。
将检测信号映射到操作编码之后，微处理器310将该编码发送到发射器320，该发射器对编码进行格式化，并通过无线信号、电线、或其它类型的通讯链接将其发送到最终用户设备15。最终用户设备15收到操作码之后，将其解码，并判断输入设备30被以何种方式操作，进而对应于所判断的操作方式激活或禁止一个或多个内容流。
根据一个典型实施例，传感器330包括一个或多个接触传感器340、一个旋转传感器350、和一个光敏元件360。下面详细描述每种类型的传感器。
接触传感器340可以通过检测输入设备表面的压力大小来检测用户或其它对象是否与输入设备30接触。接触传感器340可以包括一个或多个置于输入设备表面的容性压力传感器。容性压力传感器包括由非导电泡沫材料层隔开的两个金属极板，构成一个电容器。如果任何形式的压力施加于该传感器上，则极板之间的距离会缩小，使得电容发生变化。电容器与导体一起判断振荡器的频率。因此，施加的力的大小可以根据振荡器频率的变化来确定。
接触传感器340还可以包括一个弹性体压力传感器，该传感器包括置于输入设备30表面的一个泡沫材料垫(弹性体)。该泡沫材料垫的电阻根据其被压缩的程度而变化。当一个电压作用于该垫时，电极可以检测到特定区域电流的变化，以判断所作用的压力位置和大小。但是，如本领域普通技术人员所知，其它许多类型的接触或压力传感器也可以与本发明结合使用。
旋转传感器350可以检测输入设备30的旋转运动。例如，旋转传感器350可以测量输入设备30围绕轴旋转的次数或角度。输入设备旋转的方向以及旋转的角速度也可以被检测。旋转传感器350还可以通过检测固定在输入设备30的某一部分的轴旋转的次数来检测该部分的旋转次数。
光敏元件360或光电探测器检测照射其表面的可见光、红外射线、和/或紫外线能量的存在和/或密度。大部分光敏元件包括一个半导体器件，该半导体器件包括一种材料，其导电性随照射该材料的射线密度变化。这样的器件包括光电二极管、光电三极管、和光电场效应管。光敏元件产生对应于检测到的光的数量或密度的电信号。因此，光敏元件360能够通过检测产生的电信号的变化来检测光密度的变化。这样的光敏元件，特别是被动红外(PIR)传感器，甚至可以用于通过检测由人的出现引起的周围环境的红外辐射变化来检测用户是否接近输入设备。
本发明的光敏元件360可以包括一个或多个沿输入设备30的表面分布的光电传感器。故态图像传感器，如充电耦合器件(Charged-Coupled Devices)(CCD)，以及本领域已知的其它不同类型的光敏元件也可以使用。
尽管图2示出接触传感器340、旋转传感器350、和光敏元件360，但是本领域的普通技术人员应当清楚，输入设备30的传感器330可以包括许多其它类型的传感器，用于检测其它许多类型的物理特性，以检测对输入设备30的操作。这样的传感器可以包括热敏元件、有源或无源运动传感器、和声音检测器或变送器。
根据用户期望在图形表示中激活或禁止的一个或多个流，用户可以以多种方式操作输入设备30。根据一个典型实施例，输入设备30是一个足够小和足够轻的对象，使其可以很容易被小孩子举起和控制。输入设备30可以是孩子熟悉的玩具，如：球、玩具汽车或飞机、洋娃娃、或视频游戏操纵杆。该列表没有穷举，输入设备15可以是用户能以多种方式操作的任何类型的对象。
图3A-3D示出为了激活或禁止内容流而操作输入设备30的不同方式。这些图示出一个典型实施例，其中，输入设备为球形。图3A表示输入设备30以一定方向旋转，图3B表示输入设备30被滚动，图3C表示输入设备30被弹跳，图3D表示输入设备30被摇晃。
微处理器310可以通过分析传感器330的输出来区别这些不同类型的操作。例如，指示以特定方向旋转的检测信号可以指示图3A的旋转。另一方面，这样的检测信号与沿表面的圆周发生的检测信号的顺序结合可以指示图3B的滚动。此外，指示表面上压力的间歇检测信号可以指示图3C的弹跳。而指示方向交替变化的小旋转的快速检测信号序列可以指示图3D的摇晃。此外，指示检测到可见光突然消失或减少的检测信号可以向微处理器310指示另外类型的操作，如输入设备30被布遮盖(图中未示出)。
图4示出另一个典型实施例，其中输入设备30为分成两个半球31和32的球形。在该实施例中，半球32相对于另一个半球31以一定方向的旋转构成一种操作。图5更详细示出本实施例。输入设备30包括相对于半球32的表面固定的轴33。该轴33插入旋转传感器35a中，旋转传感器35a检测轴33旋转的方向和圈数。尽管图4和图5示出该种操作在由两个不同的半球构成的球形输入设备30上执行，但是本领域的普通技术人员应当清楚，当输入设备采取其它形状，如具有可活动的头或臂的洋娃娃、或发条式玩具的曲柄时，也可以执行和检测相似的操作。
当微处理器310判断出对输入设备30进行了可以识别的操作后，根据检测信号，它将相应类型的操作映射到对应的操作编码。然后，微处理器310控制发射器320发送该操作编码到最终用户设备10。
最终用户设备10根据接收到的操作编码判断那些内容流应当被激活或禁止。在一个典型实施例中，每个操作编码与一个特定的实时内容流链接。最终用户设备10接收到的内容流可以包括指示每个流应当链接的操作编码的控制数据。
例如，如果接收到一个特定操作编码，且对应的流没有激活，那么最终用户设备10可以激活该流。但是，如果该流已经在图形表示中激活，最终用户设备10可以禁止它。相反，各种相同的操作可能引起对应的流被激活或禁止。例如，以特定方向旋转输入设备30可以使流被激活，而以相反方向旋转该设备可以使流被禁止。
在一个典型实施例中，最终用户设备10将使得向用户输出指示哪些操作将会激活或禁止内容流的说明。例如，输出设备15可以输出一个视觉或声音消息，来告诉用户弹跳该球(输入设备30)将启动一个新的故事。另一个消息可以告诉用户，滚动球将使图形表示中一个角色，如王子，移动，而摇晃球将使该王子跳舞。
根据另一典型实施例，可以根据发生在输入设备30上的不同类型操作来激活或禁止内容流。在该实施例中，如果最终用户设备10判断出接收到特定顺序的操作编码，它可以激活或禁止特定的内容流。
根据另一典型实施例，可以为控制数据提供在最终用户设备10接收到的实时内容流，该实时内容流使得特定内容流被自动激活或禁止。这使得实时内容流的创建者可以对激活和禁止哪些内容流进行某些控制。例如，故事的作者可以通过根据发送的实时内容流中的控制数据来激活或禁止特定内容流，从而在一定程度上控制情节的展开。
本发明的另一实施例包括由一个或多个用户操作的多个输入设备30。在该实施例中，每个输入设备30可以有能力根据同样的操作来激活或禁止同样的内容流。反过来，也可以允许每个输入设备30只能激活或禁止特定的内容流。如，从每个输入设备30发送的操作编码可以包括该特定设备特有的前缀或后缀。当最终用户设备10解码接收到的操作编码时，只有对应于该特有的前缀或后缀的内容流将被激活或禁止。此外，每个输入设备30可以表示根据发送的操作编码修改的特定内容流。
如上所述，本发明的典型实施例指向将实时内容流转换为故事的最终用户设备，该故事通过输出设备15呈现给用户。该实施例的一种可能的实现是交互式电视系统。最终用户设备10可以实现为机顶盒，输出设备15是电视机。下面结合图6中的流程图描述用户与这样的系统交互的程序。
在步骤110，最终用户设备10接收对应于故事的一个新场景的数据流，并立即处理该流，以提取场景数据。每个故事的图形表示包括一系列的场景。每个场景包括一个设置，在该设置中发生一些动作。此外，每个场景具有与其关联的多个内容流，其中，每个内容流引入或改变影响情节的一个元素。
例如，一个内容流的激活可以使一个角色执行特定的行为(如：王于开始以一定方向行走)，使发生影响所述设置的事件(如：雷暴、地震)，或给故事引入新的角色(如：青蛙)。相反，一个内容流的禁止可以使角色停止执行特定行为(如：王子停止行走)，终止一个事件(如：雷暴或地震结束)，或使一个角色离开图形表示(如：青蛙跳走)。
内容流的激活或禁止还可以改变图形表示中的对象的内部属性或特征。例如，激活特定的流可以使角色，如王子，的情绪从快乐变为悲伤。这样的变化可以在图形表示中立即看到(如，王子的微笑变为皱眉)，或在图形表示中直到后来才能看到。这样的内部变化不限于角色，也可以应用于图形表示中包括一些可以改变的特征或参数的任何对象。
在步骤120，机顶盒解码提取的场景数据。设置显示在电视屏幕上，同时还有一些对用户的指示，他或她必须通过操作输入设备30来确定故事如何发展。该步骤还可以显示一些说明，指示用户激活或禁止特定内容流的操作。结果，用户如步骤130所示操作输入设备30。
在步骤140，输入设备30的传感器330检测用户操作，并发送因此产生的检测信号到微处理器，微处理器将这些信号映射到操作编码。在步骤150，操作编码被发送到机顶盒，机顶盒判断链接到该编码，并且随后被激活或禁止的内容流。因此，根据输入设备的操作，在故事的图形表示中，可以发生一个或多个不同的行为。
在步骤160，根据激活/禁止的内容流在电视上播出新的故事情节。在该特定例子中，每个内容流都是一个MPEG文件，这些文件被激活时在电视上播放。
在步骤170，机顶盒判断激活的内容流是否必然引起故事情节向一个新的场景发展。如果是，程序返回步骤110，接收对应于新的场景的内容流。但是，如果故事情节不必要一个新的场景，则机顶盒在步骤180判断故事是否到了一个合适的结束点。如果不是，建议用户使用用户接口30来激活或禁止内容流，从而继续该故事。图6的流程图和上述对应的叙述描述了一个典型实施例，决不是用来限制。
本发明提供了一种系统，在儿童成长教育中具有多种用途。本发明允许孩子通过与图形表示或故事互动或修改该图形表示或故事来表达他们自己，从而促进交流技巧的产生和发展。孩子们将发现使用本发明的输入设备30既简单又直观，因为所有的要求只是孩子们熟悉的简单动作，如滚动或弹跳设备。此外，输入设备30可以实现为小孩非常熟悉的对象，如：球或玩具。本发明的输入设备30的好玩的特点还向孩子们提供与本发明互动的主动性。
但是，应当注意，本发明的输入设备30的用途决不限于孩子，也不限于教育应用。本发明提供了一种直观和刺激的接口，来与许多不同类型的适合所有年龄的人的图形表示互动。
用户可以通过利用本发明与图形表示进行各种不同类型的互动。如上所述，用户可以通过使角色执行特定类型的行为或通过启动影响所述设置和其中的所有角色的特定事件，如自然灾害或暴风雨来影响故事的结局。输入设备30还可以用来仅仅改变设置中的细节，如改变建筑物的颜色或森林中树木的数量。但是，用户不限于与自然呈叙述性的图形表示互动。输入设备30可以用来选择画面中显示的元素，确定歌曲或诗歌中所用的歌词，在游戏中充当一个角色，与计算机模拟进行互动，或执行允许在图形表示中进行自我表现的任何类型的互动。
用户的互动可以与输入设备30所要求的操作具有非常合理的联系。例如，输入设备30可以用于要求与设备的操作类似的行为的计算机仿真游戏或运动。这样的例子包括滚动球形输入设备30，来模拟沿球道滚动保龄球，或弹跳同样的设备以模拟拍篮球。类似地，其它对象也可以与输入设备30结合使用，以产生所述操作。可以使用球杆或高尔夫球棍击打球形输入设备30来分别模拟撞球或高尔夫球。
此外，本发明的用户接口30不限于球形输入设备30。本发明包括具有使其很容易以各种方式操作的形状的任何类型输入设备30，如玩具积木块、轮子、或杆。
能在输入设备30上执行的操作的类型不限于以上所述。它们可以包括能够由一组传感器区别的任何操作方式。例如，传感器330可以包括全球定位系统接收器，操作编码可以对应于输入设备30所在的不同位置。在本实施例中，最终用户设备10和显示设备15可以与输入设备30结合为一个便携设备，显示对应于由确定的操作编码表示的位置的实时交通、天气、和新闻信息。
以上参考典型实施例描述了本发明。如本领域的普通技术人员所知，根据前述说明，在不偏离权利要求范围的前提下，可以对本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种用于交互式系统的输入设备，该输入设备接收内容流，并将其转换为根据所述输入设备的操作来输出的图形表示，包括：
至少一个传感器，其产生对应于检测到的所述输入设备的操作的至少一个检测信号；
一个微处理器，将所述至少一个检测信号映射到表示检测到的操作的编码信号，并将所述编码信号发送到所述交互式系统。
2.根据权利要求1的输入设备，其中，所述至少一个传感器至少包括光敏元件、旋转传感器、和接触式传感器之一。
3.根据权利要求1的输入设备，其中，所述编码信号指示对应于所述检测到的操作的一种操作。
4.根据权利要求3的输入设备，其中，所述指示的类型的操作选自一组操作类型，该组操作类型至少包括以下操作类型之一：旋转、滚动、弹跳、抛掷、摇晃、和用布遮盖。
5.根据权利要求1的输入设备，具有被分为第一和第二半球的球形形状，其中，所述指示的类型的操作选自一组操作类型，该组操作类型包括第一半球相对于第二半球的旋转。
6.根据权利要求1的输入设备，其中，所述编码信号通过射频信号发送到所述交互式系统。
7.根据权利要求1的输入设备，其中，所述图形表示包括一个故事。
8.根据权利要求1的输入设备，其中，根据所述编码信号，在所述图形表示中激活或禁止一个或多个内容流。
9.一个系统中的程序，用于将内容流转换为待输出的图形表示，包括：
检测输入设备上的操作；
将所述检测到的操作映射到一个操作编码；
将所述操作编码与一个或多个所述内容流关联；
在所述图形表示中激活或禁止所述一个或多个关联的内容流。
10.一个系统，包括：
一个最终用户设备，用于接收内容流，并将其转换为图形表示；
一个输入设备，包括一个或多个传感器和一个微处理器，所述微处理器将来自所述一个或多个传感器的检测信号映射到一个或多个操作编码；和
一个输出设备，用于输出上述图形表示；
其中，所述最终用户设备根据所述一个或多个映射的操作编码在所述图形表示中激活或禁止内容流。
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