CN1661526B - 集合符号电脑键盘及其信号输入系统编码设计 - Google Patents

Abstract

集合符号电脑键盘及其信号输入系统编码设计是以对应键的一次按键组成一个相应的集合符号的方式生成并表示输入的符号信息和操作信号的新型电脑键盘形式以及用于此种键盘信号输入的系统编码设计。集合符号电脑键盘以很少的键(基础型总共只有9个键)产生更多的输入信号，大幅度扩大了符号基本定义量，为文字的编码技术的进一步发展提供了可能的条件，同时解决了键盘小型化的难题。使用此键盘，不需要记忆键位，不用移动手指，完全不用看键盘，也不需要悬腕操作。所附完整的信号输入编码系统设计可充分体现此键盘形式的优势，综合指标达到了传统键盘所达不到的水平。

Description

集合符号电脑键盘及其信号输入系统编码设计

技术领域

本发明涉及一种电脑键盘形式及用于此种键盘信号输入的系统编码设计，属于电脑键盘及输入信号表达领域。

背景技术

自从1868年英文打字机发明以来，它的键盘形式已为世界上使用拼音文字的人们所普遍采用。现代的电子计算机仍沿用了这种键盘形式，不仅用来输入各种拼音文字，而且汉字等非拼音文字也以各式各样的编码形式用这种键盘来输入。尽管写字板、语音识别等技术正在迅速发展，由于键盘输入的特有长处，在可预见的很长一段时间内，键盘输入仍将是最主要的文字信息输入方式。然而这种传统的键盘形式固有的缺陷也日益显示出来，制约着有关技术的进一步发展和产品的开发使用。传统键盘形式有必要进行变革。

在传统键盘上，十个手指直接辖顾的(26个字母、4个标点和1各空格，10×3+1)31个键可看作是击键用时最少且相等的键。它们的击键用时系数(秒/击键次数)p设定为1。我们把这些击键用时系数p为1的键称做基础键。超出上述范围的键，其击键用时系数要比基础键大得多：如距离最近的上排数字键，p至少为1.5；至于更远离的键或配用换档键，其p要在2以上。这些键实际是扩充键。

由于上述原因，文字的编码方案一般只用基础键定义的符号，很少使用扩充键定义的符号。

我们把一种键盘的基础键每档可定义的符号数称做该种键盘的符号基本定义量D。传统键盘的符号基本定义量D就是31。键盘的符号基本定义量D的扩大，对于文字编码，如汉字编码性能的提高有着非常重要的意义。

我们把基础键的一次击键当作一个用时单位，称做标准击键次数，也可以说：标准击键次数等于击键次数与它自身的击键用时系数的乘积。扩充键的击键次数乘以它们各自(均大于1)的击键用时系数p，可折合成标准击键次数。输入单位文字信息的平均标准击键次数越少说明编码方案的效率越高。

在传统键盘上进行汉字编码，平均每个表达的文字信息单位严格意义上的(确认符也计算)所用(基础键)符号数也就是它输入时所需的标准击键次数。

重码是不确定性，有待于继续按键或其他处理(均要折合成标准击键次数来计算)，直至消除重码。一个编码方案(指主体部分)表达的文字信息单位量越接近目标(字符库)文字信息单位量(全价计算)，其重码率就越低，也可以说它达到的精确层次越高。

如果编码方案每个表达的文字信息单位平均用n个(基础键)符号，即需n次标准击键次数，这时最多可表达Dⁿ个文字信息单位。然而任何一个编码方案都不会去达到这个极限，因为：编码总要有自身的规则，以利于学习记忆——编码规则越简单，其中利用的编码组合就越少，只有增加规则的复杂度(包括硬性规定)才有可能增加其中编码组合的利用率；若要全部利用其编码组合(达到极限Dⁿ)，那几乎全部要死记硬背了。

设B为编码方案的实际表达的文字信息单位量；J为理论极限表达量Dⁿ；Z为方案的规则复杂度指数。那么B＝J·Z，即：B＝Dⁿ·Z。

可以看出：在一定的文字信息表达量的要求下，如果键盘的符号基本定义量D不变，要提高编码方案的效率(即减少n)，就不得不增加编码方案规则的复杂度指数Z；若要降低复杂度指数Z，则必须增加n即降低效率。这说明，编码方案的效率与易学性在键盘的符号基本定义量的制约下呈负相关状态。

以汉字的拼音编码为例：达到400余个缺调音节表达量的精确层次，按照音素化的“全拼”方式，规则比较简单且为人们所熟悉，平均每个文字信息单位需3次标准击键次数；而每个文字信息单位的平均标准击键次数降到2的“双拼”方式则不得不对基础键做因条件而异的2重和3重定义，大大增加了学习和记忆的难度。不仅音码如此，汉字的形码也是这种情形。

人们费尽心思地力图取得效率和易学性的双胜出，然而在传统键盘有限的符号基本定义量内，潜力已尽，只能是此长彼消，总体上难再有明显质的突破。

至于仅用10个数字键的汉字编码，由于D更小，效率与易学性的矛盾更为突出，只能在更低的层次上徘徊。

要使汉字编码再有新的突破，必须扩大符号基本定义量，对于传统键盘形式来说，就是要增加符号键而不增加其击键用时系数，这是不可能的。

传统键盘制约了汉字等非拼音文字编码技术的进一步发展。对于拼音文字，如英文等，传统键盘只能沿用一键一符的传统输入方式，难以再进一步提高效率。

电子计算机自诞生以来，随着技术的发展，产品不断小型化和便携化，而做为最主要的文字信息输入设备的键盘，因由人体工程学原理所决定的，却无法做的即适用又很小，大大影响了这一进程的速度，制约了掌上型电脑、无线通讯等一类小型化的电子信息产品的进一步开发和使用。

另外，传统键盘需要记忆众多的键位，需要移动手指到处寻找，不很便利。

目前国内仅有限于在盲人专用机上用6个键对应于盲文输入符号信息的″输入法″，不能输入操作信号操作电脑，不是可以独立使用的电脑键盘，也不具备一般化使用的价值。

发明内容

以简单的图形元素在单元面积内的固定位置上的不同出现情况所构成的集合图形系列做为符号，称做集合符号；键盘的各按键分别对应于该集合符号体系各固定位置上的简单图形元素；以对应键的一次按键组成一个相应的集合符号的方式生成并表示输入的符号信息或操作信号。这种工作方式的电脑键盘称做集合符号电脑键盘。

所述的集合符号中，我们采用点字符号形式，即：2×3点阵的6个点位上点元素的不同出现情况可构成的64个集合称做点字符号；在64个点字符号的右侧或下侧的3个固定位置，即线位上，附加3个短线的不同出现情况便可构成448个标有短线的点字符号，称做扩展的点字符号；相对于扩展的点字符号，64个不标有短线的点字符号可称为主体点字符号，二者统称为点字符号，共同组成点字符号体系。点字符号体系共有512个符号，可两重表达(表示并以对应的组合键产生此输入信号)ASCII码，因此表达所有的符号信息和操作信号绰绰有余。

基础型集合符号电脑键盘设有6个点位键，分别对应于点字符号6个点出现的点位，一次按下不同的点位键，组成一个相应的点字符号(可在显示屏上同时显示此点字符号做为反馈信息)，此按键过程生成一个所定义的字母、标点、数字等符号信息输入电脑。

基础型集合符号电脑键盘还设有三个线位键，分别与扩展的点字符号的3个线位相对应，一次按键加用这3个线位键的不同组合，便可组成一个相应的扩展的点字符号(可在显示屏上同时显示此点字符号做为反馈信息)，此按键过程生成一个所定义的操作信号输入电脑。

实际的集合符号电脑键盘可在基础型集合符号电脑键盘的基础上有某些变化或进行不同程度的复合。

可通过软件在传统键盘上实现集合符号电脑键盘形式；两种键盘形式可自由切换。这样，使用者也可以利用传统键盘操作运行集合符号电脑键盘的文字输入等应用软件了-----因为集合符号电脑键盘包容并超出传统键盘的功能，它可操作运行传统键盘操作运行的所有程序；反之，则不尽然。

一种新型电脑键盘形式需要有支持它的信号输入的系统编码设计。“信号输入系统编码设计”是为此电脑键盘形式配设的包括汉字体系、以英文为主要对象的拉丁字母体系、数字等通用符号以及操作信号在内的完整的信号输入系统编码设计，可充分体现此种键盘的优势。

每个点字符号不仅表示此种电脑键盘的一个相应的输入信号，而且表示产生此输入信号的键的组合情况；由于各手指一般是固定地放在相应的对应键上的，也就形相地表示了输入此信号的手指的按键动作(哪几个手指按下)。用于此种电脑键盘的各种输入信号的编码均可用点字符号来表示。

64个主体点字符号用来表达符号信息的编码：两个点字符号拼写一个带调的汉语音节(汉字)；除了表达26个拉丁字母和标点外，多余的符号可表达英文等拼音文字的常用单词和固定字母组合；数字及相关符号等也用主体点字符号的编码来表达。

448个扩展的点字符号用来表达操作信号和指令码，操作信号有了符号表示形式。

本发明可以有效地解决传统键盘所存在的缺陷和不足。

尽管集合符号电脑键盘的一次按键有可能是同时按下一个以上的键，然而因为不需要移动手指，也不需要悬腕，6个点位键所能构成的64个符号的平均输入速度和能耗大抵会与传统键盘的基础键符号相当，也就是说，6个点位键(基础键)输入符号信息时的击键用时系数为1，集合符号电脑键盘的符号基本定义量D为64，比传统键盘大一倍以上。而集合符号电脑键盘扩充键的按键用时系数却比传统键盘小得多。

由于集合符号电脑键盘的符号基本定义量D比传统键盘大一倍以上，它可以在基本不增加编码规则复杂度的情况下，以每个文字信息单位2次标准击键次数的效率，达到1300多个全息音节的精确层次；加上其他辅助手段，可以使每个文字信息单位的平均标准击键次数降到1.5以下。这对传统键盘来说是根本办不到的：即使加用扩充键总共用48个符号，达到同样的精确层次不仅要增加文字信息单位的平均标准击键次数而且还得同时增加方案规则的复杂度。

同样原理，集合符号电脑键盘也将给汉字形码的发展开辟广阔的天地。

由于符号基本定义量的扩大，英语等拼音文字也可不仅限于用26个字母来表达，多余的符号可表达常用的单词和固定字母组合，可大幅度提高输入效率。

集合符号电脑键盘不仅包容并超出传统键盘的功能，而且也解决了键盘小型化的难题。由人体工程学原理所决定，传统键盘不可能做的即适用又很小，而集合符号电脑键盘则充分显示了它这方面的优越性。功能和适用性都不次于甚至优于任何传统键盘的图2的设计，其面积仅为130mm×40mm，至于图3的设计，那就更小了。

集合符号电脑键盘以手指的一次按键组成一个集合符号的方式输入信号，不论是输入还是操作，不需要记众多键的键位，不需要移动手指寻找，完全不用看键盘，也不需要悬腕操作，不仅一般人很适用，对于不熟悉传统键盘的人和视障者来说，掌握起来也很容易。

用来表示集合符号电脑键盘输入和反馈信号的点字符号的结构形式与其按键方式相对应，可以照符按键。

由于符号基本定义量D高达64，使得每个文字信息单位(如汉字)一般只用2个点字符号来表达(传统键盘及其符号体系办不到)，这就便于在显示屏上标注编码，使″关联提示法″的编码设计思想很容易实现，使用者可以不必死记硬背而可边用边学边记边熟练。

点字符号有不同点位上的点元素构成，可对应于定义符号的基因素。利用此特性可增强编码方案的内在规律性。

点字符号不仅可做为视觉符号而且在一定的硬件设备支持下也可做为触觉符号使用；不论从视觉上还是从触觉上都很利于辨认和相互区分。

集合符号电脑键盘以灵活有力的十、中、无名指输入使用频率极高的符号信息，而灵活性和力量都较差的小指仅用来输入使用频率相对低的操作信号，符合人体生理特点。

集合符号电脑键盘打破了传统键盘一键一符的输入方式，以可能少的键产生更多的输入信号，解决了传统键盘无法解决的矛盾：扩大键盘的符号基本定义量就必须增加键数从而增加其击键用时系数并增加键盘面积。集合符号电脑键盘大幅度扩大了键盘的符号基本定义量并同时大幅度缩小了键盘的面积，为文字编码水平再上新台阶提供了可能的条件，可以为电脑尤其是掌上型电脑以及小型化的电子信息产品提供理想的配用键盘，为其更快发展和更广泛的使用创造有力的条件。同时，集合符号电脑键盘的其他诸多优越性也使它更为适用和具有普遍推广的价值。

附图说明

图1是集合符号电脑键盘的基础型，实际的集合符号电脑键盘可在此基础上有某些变化。各键上所标的数字为键号，分别对应于点子符号的各点位或线位的编号。

图2在空余的位置上，即在上排键中央增设了1个微型鼠标控制钮s，在它的四周增设了4个箭头键；在下排键的两侧共增设6个可单独或组合使用的功能键，可自行定义安排——功能有重叠，有更大自由度。为了指称的方便，6个增设的功能键分别用①、②、③和④、⑤、⑥来表示。

图3是供更小的电子信息产品使用的。双手拇指在前，其余四指在后，捏握产品，所以相应的两列点位键及线位键7和8在后，0线位键在前并分为两个键。因拇指不宜离开，所以沿面板下滑触键。各附图均以1∶1比例绘制。

实施方式

1、符号信息的生成和表示

集合符号电脑键盘输入的字母、标点、数字等符号信息(即传统键盘符号键输入的符号)用2×3点阵

上出现的点元素所能构成的64个集合——称做点字符号——来表示。

2×3点阵点字符号的六个点位编号为：

基础型集合符号电脑键盘对应地设有1、2、3和4、5、6点位键。左、右手的食、中、无名指分别固定地放于1、2、3和4、5、6点位键上，一次同时按下相应的点位键，便可构成对应的点字符号并生成所定义的符号信息输入电脑。

用来表示符号信息的64个点字符号如下：

(空心点表示空位)

2、操作信号的生成和表示

在以上64个点字符号的下侧和右侧分别设3个线位。加用这3个位置上短线的不同出现情况便构成了448个标有短线的点字符号——称做扩展的点字符号——用于表示操作信号(即传统键盘功能键产生的信号)。

三个线位的编号为：

(括号内的数字表示点字符号的点或短线所在的点位或线位的编号)

基础型集合符号电脑键盘上设有对应的3个线位键。左、右手的小指分别放于7和8线位键上；双手拇指放于0线位键上。加用这三个线位键的不同组合便可构成一个相应的扩展的点字符号并生成所定义的操作信号输入电脑。

(注：相对应448个标有短线的扩展的点字符号，64个不标有短线的点字符号可称为主体点字符号；二者共同构成点字符号体系。)

3、如何照符按键

集合符号电脑键盘的各点位键和线位键是与点字符号的各点位和线位一一对应的，按下相应的点位键和(或)线位键便可在相应的点位和(或)线位上出现点或短线，构成一个相应的点字符号；而各手指又固定地分别放于各点位键或线位键上，也就是说，点字符号的各位置上的点或短线分别对应于各手指的按键动作。

想象以点字符号的上端中点为轴，把两列点位(包括附在其下的7和8线位)向两边展开，呈一水平线，即：从中间分别向两边看，左边依次为1、2、3点位和7线位，右边依次为4、5、6点位和8线位，这样便与键盘上的点位键和线位键的位置完全一致了(0线位键除外)。前面我们已介绍了各手指分别应固定地放于哪个键上，即：左手的食、中、无名、小指依次放于1、2、3点位键和7线位键上；右手的食、中、无名、小指依次放于4、5、6点位键和8线位键上；双手拇指防于0线位键上。因此我们完全可以按照显示屏上所提示的点字符号编码照符按键了。

4、实际的集合符号电脑键盘

集合符号电脑键盘是一种新类型的键盘形式。前面所介绍的是集合符号电脑键盘的基础型。实际的集合符号电脑键盘可在此基础上有某些变化：可以传统键盘形式和(或)自身进行不同程度的复合；可以在键的数量或位置上有某些变化；可以再增设若干功能键、开关以及鼠标控制钮等装置。图2、图3所示便是二例。

(见附图说明及附图。)

5、如何实现于传统键盘上

集合符号电脑键盘不但可做成独立的键盘，而且也可通过软件在传统键盘上实现其形式。在传统键盘上实现此键盘形式时，f d s键分别作1、2、3点位键；j k l键分别作4、5、6点位键。A键做7线位键，“；”键做8线位键；空格键做0线位键。还可在适当的位置上定义几个键为可单独或组合使用的功能键。

集合符号电脑键盘形式可以与传统键盘形式自由切换，以供选用。

6、信号输入系统编码设计

汉语实行带调的全息输入，两个点字符号拼写一个带调的汉语音节(汉字)。组成点字符号的各点元素与所定义的符号的基因素相对应，很有内在规律。显示屏上可列出汉字编码方案的声、韵母的点字符号表，使用者可照符按键，边用边学边记，逐步熟练。

显示屏上会将所有的声、韵母相同而调不同的字词连同它们各自的点字符号编码形式一起显示出来。即使使用者没有输入或输入错了调信息，也可先象现在通行的方式那样选择。用过几次以后，自然会记住它们正确的调形式而直接输入了。对于一些有普遍规律性的错误，本系统也有自动纠正并提示的功能。

同音词(声、韵、调皆同)用显示屏上所显示的“关联提示”(搭配成词组或解释)的第一个拼写符号当作它们的区分码，用过几次后也会自然记住它们的编码。

使用者还可根据需要自行扩充词库，用简单代码在不冲突的前提下(否则会有提示)表示词、词组甚至语句段落，写入词库。当然这部分可随时修改和删除。

拉丁字母体系的紧缩码是以英语为主要对象，也适当考虑了汉语拼音方案的需要，把最常用的单词和固定的字母组合用简单代码来表示。使用者可在有关的栏目里查询，逐步加以使用。使用者还可以根据自己的需要不断扩充紧缩码II。就本方案已提供的紧缩码而言，已足以使单位英语的输入平均标准击键次数减少一半以上。

利用模糊识别技术将输入的英文单词在标准词库里查询对比，无完全一样者，发出信号并提示出最近似的单词，由输入者决定选用原来输入的还是提示的单词。这样可避免误拼。同样原理应用于汉字输入和查询上，避免有一点错就无法进行的弊病。

通用符号是指数字等在两种输入状态下均可进行输入的符号码。使用者还可根据需要，利用给定的自定义符定义尚未列入的通用符号。

448个(标有短线的)扩展的点字符号足以表示丰富的操作信号。它们不仅可定义传统键盘上所有的功能键，而且可构成更多的指令码。功能键的定义是以相关字母或示意图形的(带短线的)扩展的点字符号来表示的，有规律可循。

汉字体系输入编码

一个声方符号和一个韵方符号相拼，构成一个汉语音节(汉字)。声方符号指声母或声介合母。介音i u ü固定地在声方的5、6点位上表示：i——5；u——6；ü——56。韵方符号由基本韵母和声调符号组成。声调符号固定地在韵方的5、6点位上表示：第一声——5；第二声——6；第三声——56；第四声用原型，无声调符号。

声方符号

韵方符号

拼写规则

1.一个声方符号与一个韵方符号相拼构成一个汉语带调音节(汉字)。

2.与零韵母相拚的声方符号读其名称音。

3.与零声母相拚的韵方符号读其名称音。

4.定义零声母与零韵母相拼为音节er原型。

5.轻声用原型韵母表示。

6.词尾的零韵母原型可以省去。

标点符号

拉丁字母体系输入编码

做此输入需改换输入状态

字母

标点符号

紧缩码I

这部分紧缩码是无条件的，输入即被确认。

紧缩码II

此类紧缩码由单词的首字母加上一个或几个组成字母构成，需在给定的输入状态下得到后面的空格或标点的符号信息(表示词结束)后才被确认，否则将是输入的字母本身。此类紧缩码的输入状态可随时开启或关闭。用户可根据自己的需要自行扩充此类紧缩码。

通用符号输入编码

此输入可在前述的任意一种输入状态下进行。

数字及相关符号

其他通用符号

操作信号输入编码

扩展的点字符号以来表示操作信号和指令码。

功能键信号的定义

用扩展的点字符号可以定义传统键盘上所有的功能键所产生的操作信号。

本系统指令码

其余指令码可根据前述功能键信号的定义直接翻用有关系统的指令码或自行定义。

Claims (7)

1.一种电脑键盘的构建与使用方法，其特征是：以圆点、短线等图形元素构成的集合系列做为符号，称做集合符号，键盘的各按键分别对应于该集合符号系列的圆点、短线等图形元素，按下某个键表示该键所对应的圆点、短线等图形元素的出现，以对应键的一次按键组成一个相应的集合符号的方式生成并用此集合符号表示输入的符号信息或操作信号。

2.根据权利要求1所述一种电脑键盘的构建与使用方法，其特征是：2×3点阵

6个点出现的位置称做点位，6个点位上点元素的不同出现情况可构成的64个集合做为符号就是一种集合符号，也称点字符号，键盘设有6个点位键，分别对应于点字符号6个点出现的点位，按下某个点位键表示该键所对应的点位上点元素的出现，一次按下不同的点位键，组成一个相应的点字符号，此按键过程生成一个字母、标点、数字等符号信息输入电脑并用此点字符号表示输入的该符号信息。

3.根据权利要求2所述一种电脑键盘的构建与使用方法，其特征是：在以上64个点字符号的周边的3个固定位置(称做线位)上，附加3个短线的不同出现情况便可构成448个标有短线的点字符号，称做扩展的点字符号，键盘还设有三个线位键，分别对应于扩展的点字符号3个短线出现的线位，按下某个线位键表示该键所对应的线位上短线的出现，一次按键加用这3个线位键的不同组合，组成一个相应的扩展的点字符号，此按键过程生成一个操作信号输入电脑并用此扩展的点字符号表示输入的该操作信号。

4.根据权利要求3所述一种电脑键盘的构建与使用方法，其特征是：可通过软件在传统电脑键盘上实现此种电脑键盘形式，两种键盘形式可自由切换。

5.一种用于此种电脑键盘的汉字拼音输入的编码方法，其特征是：一个声方符号与一个韵方符号拼写一个带调的汉语音节(汉字)，以语句字词的相互关联关系自动或人工选定相应的汉字。

6.根据权利要求5所述一种用于此种电脑键盘的汉字拼音输入的编码方法，其特征是：声方符号包括生母bp

mf

dtnlg(j)

k(q)h(x)zh

ch

shrzc

sy

wy(u)和

零声母以及这些声母符号各自分别加(集合的加，既叠加为一个点字符号)组成一个与Iuü结合的声介合母。

7.根据权利要求5所述一种用于此种电脑键盘的汉字拼音输入的编码方法，其特征是：韵方符号包括基本韵母a

e(oê)ai

eiao

ouan

enang

eng零韵母以及这些基本韵母符号各自分别加(集合的加，既叠加为一个点字符号)

组成带有第一声、第二声、第三声、第四声的声调符号的韵母符号。

(空心点表示没有点元素出现的空位)

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