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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eingabe von Zeichen in ein Datenverarbeitungsgerat, welches Mittel zur Anzeige wahlbarer Zeichen sowie wenigstens ein Eingabemittel aufweist, wobei zur Auswahl eines Zeichens zunachst alle verfugbaren Zeichen angezeigt werden und mithilfe des wenigstens einen Eingabemittels eines dieser Zeichen auswählbar ist.
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Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus der
DE 694 15 418 T2 vorbekannt. Diese Schrift offenbart ein Datenverarbeitungsgerat, welches zur Benutzung durch schwerstbehinderte Menschen mit amyotropher Lateralsklerose (ALS) dadurch geeignet ist, dass eine Eingabe lediglich durch die Auswertung von Hirnstromen der Benutzer ermoglicht ist.
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Im Übrigen ist aus der
DE 195 81 933 T1 eine Methode und eine Apparatur zur Dateneintragung insbesondere fur Menschen mit neuromuskularen Fehlfunktionen vorbekannt. Es handelt sich hierbei u. a. um eine On-Screen Tastatur, die bestimmungsgemaß geviertelt wurde, um somit die Tastenfelder der einzelnen Tasten eines jeden Viertels vergroßert anbieten zu konnen. Der Benutzer kann dann eine der angebotenen Viertelgruppen etwa durch Zeigen oder Halten der jeweiligen Anzeige auswahlen. Auch die gewahlte Gruppe wird dann wieder geviertelt usw., bis ein Buchstabe fur das jeweilige Anwendungsprogramm des Benutzers gewählt ist.
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Aus der
CH 608 905 A5 ist eine elektronische Ubersichtstafel bekannt, auf der Buchstaben und Zahlen in einem gitterartigen Raster angeboten sind, um Behinderten die Benutzung der Tastatur zu erleichtern. Dabei erfolgt die Anordnung der Buchstaben und Zahlen auf der Ubersichtstafel in Abhangigkeit von der Haufigkeit der Benutzung des jeweiligen Zeichens.
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Aus der
US 5,891,373 A ist ein zweizeiliges Display bekannt, auf der das Alphabet zunachst in zwei Gruppen unterteilt und dann die ausgewählte Gruppe wiederum zweigeteilt zur Auswahl uber ein dem Display zugeordneten Schaltelement angeboten werden, um sprachbehinderten Menschen die Kommunikation zu erleichtern.
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ALS führt bei den betroffenen Personen zu Muskelschwache, die sich von einer haufig initialen Sprechstorung ausgehend über die Extremitaten und schließlich uber den ganzen Korper ausdehnt. Eine Kommunikation mit der Umgebung wird dadurch zunachst sukzessive erschwert und schließlich ohne die Hinzunahme geeigneter Hilfsmittel verunmöglicht. Dabei kann der wache Geist des Betroffenen nicht mehr in Kontakt mit seiner Umgebung treten. Um einen solchen Kontakt dennoch zu ermöglichen, schlägt die genannte Schrift vor, eine Anzeige vorzusehen, auf der zu artikulierende Zeichen angezeigt werden, und diese von dem Benutzer auswählbar sind. Durch Ja-/Nein-Signale, welche über Hirnströme des Benutzers generiert werden, wird die Auswahl einzelner Zeichen vorgenommen, aus denen der Benutzer Zeichenfolgen und Sätze bilden und so mit seiner Umgebung kommunizieren kann. Die Auswahl eines Zeichens erfolgt derart, dass zunächst jeweils eine Zeile von Zeichen markiert wird. Befindet sich das gewünschte Zeichen in dieser Zeile, gibt der Benutzer ein Ja-Signal. Im Fall dass das gewünschte Zeichen in einer anderen Zeile enthalten ist, wird ein Nein-Signal oder gar kein Signal gegeben und, im letzteren Fall nach einer vorgegebenen Zeit, in die nächste Zeile gewechselt. Nach der Auswahl einer Zeile wird dasselbe vorgeben auf die Zeichenspalten angewendet, so dass nach zwei Ja-Signalen des Benutzers ein Zeichen ausgewählt ist. Dies führt zwangsläüfig dazu, dass bei Benutzung des Alphabets die ersten Buchstaben schneller und leichter zu erreichen sind, als die letzten Buchstaben. Bei beispielsweise 5 Zeilen und 6 Spalten wird des letzte Zeichen erst nach 11 Ja-/Nein-Signalen des Benutzers erreicht.
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Die verwendeten Hirnströme sind darin erfassbar, wenn das Gehirn eine Ja- oder eine Nein-Entscheidung trifft. Ob eine Ja- oder eine Nein-Entscheidung vorliegt kann durch Erkennung von geeigneten Mustern in der Hirnstromaktivität festgestellt werden. Geeignete Muster sind beispielsweise sogenannte ereigniskorrelierte Potenziale wie P300. Die Mustererkennung ist aufgrund von Störsignalen mit sich verändernd großer Fehlerwahrscheinlichkeit beaufschlagt, so dass zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses dem Benutzer bei der Mustererkennung häufige redundante Ja-/Nein-Antworten abverlangt werden um die Häufigkeit von Korrekturvorgängen zu vermindern. Aus diesem Grund gestaltet sich die Texteingabe als langwieriger Prozess. Dies macht es erforderlich, dass ein System zur Kommunikation bereitsteht, die dem Benutzer eine Mitteilung mit möglichst wenigen Eingaben ermöglicht.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eingabe von Zeichen in ein Datenverarbeitungsgerät zu schaffen, die den Aufwand zur Eingabe einzelner Zeichen minimiert und damit die aufwändig erzeugten Eingaben möglichst effektiv auswertet.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs, sowie durch die Vorrichtung nach den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 16. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird ein Datenverarbeitungsgerät eingesetzt, welches mittels wenigstens eines Eingabemittels bedienbar ist. Ein ebenfalls wesentlicher Bestandteil sind Anzeigemittel, über die der Benutzer die Auswahl des zu wählenden Zeichens durchführen kann. Zunächst werden dazu sämtliche wählbaren Zeichen auf der Anzeige dargestellt. In Abhängigkeit von dem bereits erstellten Text ermittelt ein Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise durch ein Verfahren der Fizzy-Logic, eine Wahrscheinlichkeit für dass Auftreten jedes einzelnen Zeichens als mögliches nächstes Zeichen.
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Hierzu steht dem Datenverarbeitungsgerät ein Speicher zur Verfügung, in dem Informationen über Häufigkeiten von Wort- und Zeichenfolgen abgelegt sind. Diese Informationen können dadurch an die Gewohnheiten des Benutzers angepasst werden, dass bisher vom Benutzer erzeugter Text analysiert wird. Beispielsweise kann eine solche Regel lauten, dass im Sprachgebrauch nach einem „p” kaum als nächster Buchstabe ein „x” folgen wird. Nachdem für jedes Zeichen zunächst in dieser Weise eine Auswahlwahrscheinlichkeit ermittelt wurde, teilt das Datenverarbeitungsgerät die Zeichen in mehrere Gruppen ein, denen jeweils eine mögliche Aktivität oder ein Zeitfenster lang andauernde Nichtaktivität des Benutzers zugeordnet ist, wobei die Summe der Auswahlwahrscheinlichkeiten aller Zeichen in den jeweiligen Zeichengruppen möglichst nahe bei einem jeweils optimalen Wert liegt. Beispiele für die Aktivität können etwa eine sensorerfasste Augenbewegung oder die Bewegung eines Joysticks sein, wodurch in diesen Beispielen durch eine Bewegung nach oben, unten links oder rechts zwei Bit Information übertragen, also vier Zeichengruppen unterstützt werden. Im einfachen Fall sind diese optimalen Werte gleich groß. Abhängig von der Art der Signalisierung durch den Benutzer könnten aber auch untereinander abweichende Werte besser sein. Wenn beispielsweise die Erzeugung eines Eingabesignals dem Patienten größere Mühe bereitet als die eines anderen, kann die Gesamtauswahlwahrscheinlichkeit der entsprechenden Buchstabengruppe verringert werden. Beispielsweise ist des Saugsignal eines Saug-/Blasrohres schwieriger zu erzeugen als das Blassignal. Hängt die Signalqualität eines Eingabesignals von dessen Häufigkeit ab, wie es bei der Auswertung von P300 der Fall ist, kann dessen Gesamtauswahlwahrscheinlichkeit der entsprechenden Buchstabengruppe zugunsten einer besseren Signalqualität verändert werden. Dies kann dazu führen, dass eine Zeichengruppe nur sehr wenige, eine andere Gruppe hingegen deutlich mehr Zeichen beinhaltet. Sämtliche Zeichengruppen werden auf den Anzeigemitteln voneinander unterscheidbar angezeigt, etwa könnte bei einer Aufteilung in zwei Zeichengruppen die eine in roter, die andere in grüner Farbe dargestellt sein. Es bietet sich jedoch gerade bei einer Beschränkung auf Ja-/Nein-Signale an, keine gleichwertigen Markierungen zu wählen, so wie rot/grün, sondern eine Hervorhebung für Ja und eine Zurücksetzung für Nein zu wählen. Der Benutzer muss nun prüfen, in welcher Zeichengruppe sich sein gewünschtes Zeichen befindet und das dieser Zeichengruppe zugeordnete Signal geben. Die Signalisierung erfolgt durch Interaktion des Benutzers mit wenigstens einem geeigneten Eingabemittel, welches Einfluss auf wenigstens ein, durch das Datenverarbeitungsgerät auswertbares, Zeitsignal hat. Das Datenverarbeitungsgerät bestimmt aus diesen Zeitsignalen nun die Wahrscheinlichkeit, mit der jedes der möglichen Signale ausgewählt wurde. Die Auswahlwahrscheinlichkeit jedes Zeichens wird nun um einen positiven oder negativen Zahlenwert verändert der umso größer ist, je höher die gerade bestimmte Auswahlwahrscheinlichkeit der jeweiligen Zeichengruppe ist. Die Gesamtsumme der Auswahlwahrscheinlichkeiten aller Zeichen bleibt somit unverändert. Um aus den oben genannten Zeitsignalen eine genaue Bestimmung der Auswahlwahrscheinlichkeiten zu gewährleisten, kann vor dem Einsatz eine Benutzerparametrierung vorgenommen werden, in deren Rahmen eine individuelle Anpassung erfolgt. Mit den veränderten Wahrscheinlichkeiten der Buchstaben werden iterativ solange wieder Buchstabengruppen gebildet und wieder Eingabesignale ausgewertet, bis die Wahrscheinlichkeit eines Zeichens eine vorgegebene Schwelle erreicht oder überschreitet. Dieses wahrscheinlichste Zeichen gilt nun als ausgewählt.
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Es kann in diesen Verfahren eine deutlich erhöhte Effektivität erreicht werden, da der Benutzer durch die von dem Datenverarbeitungsgerät durchgeführte Vorauswahl des nächsten Zeichens im Falle einer zutreffenden Prognose direkt auf die Auswahl des betreffenden Zeichens hingeführt wird.
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Aus den genannten Gründen der Übersichtlichkeit und für eine Verwendbarkeit von 1-Bit-Eingabemitteln ist es von Vorteil, wenn genau zwei Zeichengruppen gebildet werden. Es fällt dem Benutzer dann leichter, sich für eine der beiden Gruppen zu entscheiden, was insbesondere auch die Einsetzbarkeit bei dem oben beschriebenen Krankheitsbild der amyotrophen Lateralsklerose ermöglicht.
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Alternativ zu dem Verfahren der Abtastung der Hirnströme kann eine Eingabe mit Vorteil auch durch einen Taster oder ein Saug-/Blasrohr erfolgen, wobei das Saug-/Blasrohr, soweit es für Saugen und Blasen gleichermaßen ausgelegt ist, sogar drei Signale bietet (Saugen, Blasen, kein Signal).
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Soweit die Nichtsignalisierung als Signal gewertet werden soll, ist es erforderlich, eine Zeit vorzugeben, nach deren erfolglosem Ablauf ein Nein-Signal (im Gegensatz zu einem Ja-Signal, bei erfolgter Signalisierung) antizipiert wird.
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Bei der Eingabe eines Signals mithilfe eines Tasters ist im Allgemeinen relativ unzweifelhaft, ob eine Signalisierung erfolgt ist oder nicht. Dies gilt allerdings nicht unbedingt beim Saug-/Blasrohr, bei dem ein schwaches Signal auch ungewollt durch die Atmung gegeben werden kann und insbesondere nicht bei P-300-Signalen, die als Hirnströme abgegriffen werden. In diesem Fall ist es sinnvoll, eine Eingabefehlerwahrscheinlichkeit einzubeziehen, welche die Unsicherheit der Erfassung einer Eingabe, etwa durch Berücksichtigung des Signal-Rausch-Verhältnisses berücksichtigt. Dieser Wert findet Eingang in die Berechnung der Auswahlwahrscheinlichkeit des nächsten Zeichens.
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Mit Vorteil wird dieser Wert der Eingabefehlerwahrscheinlichkeit nach jeder Eingabe individuell bestimmt. Wurde ein Zeichen etwa nur sehr zögerlich ausgewählt, so kann auf diese Weise durch zusätzliche Eingaben sichergestellt werden, dass das jeweilige Zeichen wirklich gewollt war, bzw. eine Korrektur erleichtert werden.
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Zur Korrektur ist in vorteilhafter Ausgestaltung auch ein Rücksetzzeichen wählbar, welches das zuvor eingegebene Zeichen löscht. Ansonsten wird das Rücksetzzeichen behandelt wie jedes andere Zeichen.
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Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn jedem verfügbaren Zeichen auf den Anzeigemitteln ein fester Platz zugeordnet ist. Wenn der Benutzer sich für ein Zeichen entschieden hat, muss er es lediglich mit seinem Blick fixieren und nach jeder Eingabe entscheiden, welcher Zeichengruppe es angehört. Anderenfalls würde eine große Verzögerung dadurch auftreten, dass der Benutzer vor einer Auswahl zunächst in der jeweiligen Gruppe des Zeichen zuerst auffinden müsste.
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Wenigstens im ersten Iterationsschritt ist es von Vorteil, wenn zur Bestimmung einer Auswahlwahrscheinlichkeit für das nächste Zeichen Erfahrungsdaten, etwa in Form eines individualisierten Wörterbuchs, zur Verfügung stehen. Anfangsbuchstaben häufig benutzter Worte oder auch sonstige, häufig benutzte Zeichen können dadurch bevorzugt werden.
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Mit besonderem Vorteil werden zur Bestimmung der Auswahlwahrscheinlichkeit auch Umgebungsbedingungen hinzugezogen. Diese müssen zuvor sensorisch erfasst werden und dienen dazu, die Wahrscheinlichkeit bestimmter Auswahlen zu beeinflussen. Beispielsweise können von Krankenzimmern aus Krankenschwestern meist per Knopfdruck gerufen werden. Sobald eine Schwester eintrifft, signalisiert sie dem Leitsystem ihre Ankunft, so dass der Hausruf abgestellt wird. Die Anwesenheit der Schwester wird also erfasst. Während die Schwester sich im Krankenzimmer befindet, wird etwa ein weiteres Rufsignal nach einer Krankenschwester als wesentlich weniger wahrscheinlich eingestuft, als wenn bereits lange keine Krankenschwester mehr im Zimmer war.
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Um die Übersicht zusätzlich zu vergrößern kann es sinnvoll sein, die nach einer erfolgten Auswahl ausgeschiedenen Zeichen nicht mehr auf dem Anzeigemittel anzuzeigen.
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Ferner sollte der bislang aus der ausgewählten Zeichen zusammengestellte Text auf dem Anzeigemittel dargestellt werden. Es bietet sich dabei an, den bereits erstellten Text in einem Textfeld etwas von den wählbaren Zeichen abzusetzen.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaft gewählten Ausführungsform näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine mögliche Bildschirmanzeige des Anzeigemittels zu Beginn eines Verfahrensdurchgangs,
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2 die Bildschirmanzeige gemäß 1 in einem zweiten Iterationsschritt
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3 die Bildschirmanzeige gemäß 1 bzw. 2 beim Ende eines Verfahrensdurchgangs.
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1 zeigt eine mögliche Bildschirmanzeige, wie sie im Rahmen des Verfahrens entstehen könnte. Benutzt wird eine Vorrichtung, welche im Wesentlichen ein Datenverarbeitungsgerät, Anzeigemittel, etwa einem Bildschirm 1, sowie ein Eingabemittel umfasst. Die Bildschirmanzeige ist in zwei Teile untergliedert, wobei im oberen Bereich ein Eingabefeld 2 angeordnet ist, worunter sich der zweite Bereich mit den verfügbaren Zeichen anschließt. Die Vorrichtung wird mithilfe eines Eingabemittels gesteuert, wobei es sich ist diesem Fall um ein Blasrohr handelt. Dieses hält der Benutzer im Mund, während er den Bildschirm 1 im Blickfeld hat.
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Sobald das Verfahren begonnen hat, wird zunächst von dem Datenverarbeitungsgerät, etwa einem Computer, eine Einteilung der verfügbaren Zeichen in zwei Zeichengruppen vorgenommen. Es ist notwendig, höchstens so viele Zeichengruppen vorzusehen, wie unterscheidbare Signale von dem Eingabemittel abgegeben werden können. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Blasrohr um ein 1-Bit-Eingabegerät, wobei ein Ja-Signal durch eine Betätigen, nämlich einen Luftimpuls durch das Blasrohr erzeugt wird. Der Benutzer muss hierzu in der Lage sein, einen solchen Luftimpuls zu artikulieren. Ein Nein-Signal wird dadurch gegeben, dass ein Ja-Signal innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne nicht erfolgt.
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Es soll zur besseren Anschauung anhand eines Musterfalls durchgespielt worden, was Verfahren und Vorrichtung während der Zeicheneingabe leisten. Der Benutzer will einen Text schreiben, der lautet „ich will trinken”. Einen Teil dieses Textes hat er in dem in 1 abgebildeten Moment bereits in das Textfeld 2 hineingeschrieben, das zuletzt begonnone Wort beginnt mit einem „t”. Des Datenverarbeitungsgerät verfügt über ein Wörterbuch, in welchem nun alle mit „t” beginnenden Wörter untersucht werden. Daraus und aus deren Verwendungshäufigkeit wird eine Auswahlwahrscheinlichkeit für jedes verfügbare Zeichen bestimmt, mit der ein Fortsetzen des begonnenen Wortes sinnvoll möglich ist.
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Nun bildet des Datenverarbeitungsgerät zwei Zeichengruppen, wobei die verfügbaren Zeichen so auf die beiden Gruppen verteilt werden, dass die Summen der Auswahlwahrscheinlichkeiten in beiden Zeichengruppen möglichst nahe an einen Zielwert für eine Auswahlwahrscheinlichkeit heranreichen. Je geringer der Schwierigkeitsunterschied zwischen den möglichen Ja- oder Nein-Signalen zu bewerten ist, desto ähnlicher sind dabei die Zielwerte für die Zeichengruppen zu wählen. Die für den Benutzer leichter auswählbare Signalart soll stets eine größere Auswahlwahrscheinlichkeit erhalten als die aufwändig auswählbare Signalart. Im Beispiel ist es einfacher, kein Signal als ein Blassignal zu geben. Folglich wird der Zielwert für die Auswahlwahrscheinlichkeit für das Nein-Signal in diesem Fall größer sein. In dieser ersten Annäherung sind die Zeichen „a, b, c, d, f, g, j, k, l, q, s, t, x, y, z”, Punkt, Komma und das Rücksetzzeichen in einer Zeichengruppe 4, die Zeichen „e, h, i, m, n, o, p, r, u, v und w” in der anderen Gruppe 3. Die beiden Gruppen werden von dem Anzeigemittel unterscheidbar dargestellt, etwa durch Fettdruck oder durch farbige Effekte, so dass vom Benutzer leicht entschieden werden, kann, welcher Gruppe das gewünschte Zeichen angehört. Abhängig von dieser Zugehörigkeit ist im Folgenden das Blasrohr zu bedienen. Es sei die Zeichengruppe, die durch kursiven Fettdruck hervorgehoben ist, mit dem Nein-Signal verknüpft, die andere Gruppe mit dem Je-Signal.
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Nachdem der Satz „ich will trinken” geschrieben werden soll, ist das nächste auszuwählende Zeichen ein „r”. Dieses ist in der Gruppe der hervorgehobenen Zeichen, also wird der Benutzer zur Auswahl des Zeichens „r” das Blasrohr betätigen, sprich also „Nein” melden.
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2 zeigt den nächsten Iterationsschritt, welcher der Auswahl des Nein-Signals folgt. Die Auswahlwahrscheinlichkeiten der Zeichen werden nach der Auswahl verändert, nämlich um einen Anteil erhöht, wenn ein Zeichen in der selektierten Zeichengruppe enthalten war und gesenkt, wenn dies nicht der Fall war. Danach werden die Zeichen wiederum in zwei Gruppen eingeteilt und abermals befindet sich das Zeichen „r” in der Gruppe der hervorgehobenen Zeichen 3. Ein weiteres Nein-Signal ist demnach erforderlich, um die Absicht, das Zeichen „r” auszuwählen, weiter zu verfolgen.
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3 zeigt das Ergebnis dieses zweiten Nein-Signals. Eine erneute Änderung der Auswahlwahrscheinlichkeiten führt zu dem Ergebnis, dass mit großer Sicherheit das „r” ausgewählt werden soll. Der Wert der Auswahlwahrscheinlichkeit übersteigt dabei einen vorgebbaren Grenzwert, so dass sich eine weitere Eingabe des Benutzers erübrigt. Das mit hinreichender Sicherheit ausgewählte Zeichen „r” wird im Textfeld 2 an den vorhandenen Text angefügt und im folgenden Schritt wird die Auswahlwahrscheinlichkeit für alle Zeichen unter Berücksichtigung des letzten Zeichens erneut berechnet. Eine Auswahl dieses Zeichens wurde im Beispiel sogar ohne Zutun des Benutzers erzielt, was unter Berücksichtigung der Tatsache erfolgt ist, dass eine Nichtsignalisierung selbstverständlich weniger aufwändig ist als eine Signalisierung. Hierdurch wird eine Erleichterung für den Benutzer bewirkt.
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Vorstehend sind somit ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die es dem zumeist schwerstbehinderten Benutzer ermöglicht, durch eine besonders geringe Anzahl an Signalen effektiv eine Texteingabe mit einfachsten Mitteln vorzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bildschirm
- 2
- Textfeld
- 3
- Gruppe hervorgehobener Zeichen
- 4
- Gruppe nicht hervorgehobener Zeichen
- 5
- Rücksetzzeichen
