（检测技术与自动化装置专业论文）移动电话文本输入技术研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 近年来，随着移动电话的广泛应用，不管是使用者还是研究人员，对移动电 话的文本输入技术产生了越来越浓厚的兴趣。他们要求一种更简单，更有效率的 文本输入方式。由于移动电话的多样性，目前还没有一种单一的，标准化的移动 输入设备出现。所以，移动电话的文本输入技术研究是一个十分开放，颇具发展 潜力的研究领域。 虽然移动电话的文本输入新技术不断涌现，比如在一些高档的智能电话和 p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 。个人数据助理) 上带有语音识别模块，手写识别 模块，触摸屏等等。但要达到一个很好的准确率和速度，还需要待以时日。所以 按键式的小键盘仍然是移动电话的主要文本输入设备。 在移动电话体积逐渐缩小的趋势下，键盘的物理空间尺寸开始受到了极大的 限制。由移动电话所应用的特定环境，决定了其键盘与传统桌面键盘的差异，它 要求兼顾以下几个方面；高速度、低错误率、占用物理空间小、环境适应能力强 等。但是，现有的移动电话文本输入设备往往在环境适应性、输入效率等方面与 我们的期望还有很大差距。 本文针对目前移动电话键盘的物理空间与按键数量的矛盾，以及其环境适应 性较弱的特点，详细介绍了国内外对移动电话文本输入技术研究的大体方向与现 状，并以现有的移动电话3 x 4 结构的键盘为原型，进行适当的结构改进，将其应 用于移动电话平台上。 一种掰的移动文本输入方式或设备，总需要对其效率，使用舒适度等方顽加 以评估分析。尽管这是一个复杂，甚至要花费很多时间的过程。针对目前移动电 话的主流移动输入设备( m u l t i t a p 、t 一9 、m i n i q w e r t y ) ，本文通过实验设计，定 量的对以上三种输入方式以及c h o r d 进行测试，分析评估。同时，以k s p c ( k e y s t r o k e sp e rc h a r a c t e r , 字符击键次数) 、费兹法则为理论依据，对其进行定性 评估，并提出自己的改进观点。 本文通过系统设计，实验测试，定性分析等方面，以实验和理论相结合的方 式，为移动电话文本输入技术的研究提供了新的参考。 关键词：移动电话，文本输入，速度，准确率，k s p c ，f i t t s 法则 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a l o n gw i t hm o b i l ep h o n e sh a v i n gb e e nu s e dw i d e l y , t h e r eh a sb e e nas u b s t a n t i a l g r o w t hi ni n t e r e s ti nm o b i l et e x te n t r yo v e rr e c e n ty e a r s ，a m o n gb o t hr e s e a r c h e r sa n d u s e r s t h e yd e m a n df o ram o r ee f f i c i e n ta n de a s i e rt e x te n t r ym e t h o dt ou s e b e c a u s eo f t h ed i v e r s i t yo fm o b i l ep h o n e s ，t h e r eh a v en o tas i n g l e ，s t a n d a r dm o b i l et e x te n t r y m e t h o de m e r g e d t h u s ，m o b i l et e x te n t r yr e m a i n sav e r yo p e na n dp o t e n t i a la r e ao f r e s e a r c h a l t h o u g ht h e r ea r em a n yn c a vt e x ti n p u tt e c h n i q u e sh a v i n gb e e nc o m ef o r t h ，f o r e x a m p l e ，m a n ym o d u l e so fv o i c e ，w r i t i n g , t o u c h i n gh a v e b e e ne m e r g e d o ns l a p u p i n t e l l i g e n tp h o n eo rp d a ，i ts t i l ln e g d $ al o n gt i m et or e a c hav e r yh i g hs p e e da n d a c c u r a c y s o ，t h ek e y b o a r dw i t hk e y - p r e s sw i l lb et h em a i ni n p u td e v i c ef o ra g e s a st h eb u l ko fm o b i l ep h o n eb e c o m e sm o r ea n dm o r es m a l l e r ，t h ep h y s i c a ls i z eo f k e y b o a r db e g i n st ob er e s t r i c t e d b e c a u s eo ft h em o b i l ep h o n e ss p e c i f i cu s i n g c o n d i t i o n s ，w h i c hm a d ei tu n l i k ef o rt h ed e s k t o pk e y b o a r d ，a n dn e e d i n gh i g hs p e e da n d a e e u r a c y , s m a ub u l k ，1 l i g ha c c l i m a t i z a t i o na n ds oo n i nf a c t ，o u ri n p u td e v i c e sh a v ea h u g ed i f f e r e n c eb e t w e e ne x p e c t a t i o na n dp r a c t i c e a i m m i n ga tt h ei n c o n s i s t e n c yb e t w e e np h y s i c a ls i z eo fk e y b o a r da n da m o u n to f k e y - p r e s s ，a n dt h ef e e b l e n e s sa c c l i m a t i z a t i o n , g i v e nad e t a i l e di n t r o d u e t i o na b o u tt h e a c t u a l i t yo fm o b i l ep h o n e sd e v e l o p m e n ti nt h i sp a p e r a tt h es a m et i m e , t h ea u t h o r m a k e su s eo f t h ea n t e t y p eo f 3x 4k e y b o a r dw h i c ha p p l y i n gt ot h em o b i l ep h o n e an e c e s s a r yp a r to ft h ed e v e l o p m e n to fan e wm o b i l et e x te n t r ym e t h o di sa c o m p a r i s o no f i t sp e r f o r m a n c ew i t he x i s t i n gm e t h o d s d e s p i t eb e i n gc o m p l e xa n dt i m e c o n s u m i n g i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o ru s e se x p e r i m e n t a t i o nt oq u a n t i f i c a t i o n a l l ya n a l y s e t h ec h o r da n dt h et h r e em a i n i n p u tm e t h o d s o nm o b i l ep h o n ew h i c ha r e m u l t i t a p ，t 一9 ，m i i l i w e r t y a tt h es a n l et i m e ，u s i n gt h ek s p ca n df i t t sl a wt og i v et h e ma q u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，a n db n n gf o r w a r di d e a so f n e wb e t t e r m e n t h at h i sp a p e r , t h ea u t h o rb a s e so ns y s t e md e s i g n ，e x p e r i m e n ta n dq u a l i t a t i v e a n a l y s i s ，u s i n gt h em e t h o do fc o m b i n i n gt h e o r ya n de x p e r i m e n t , f o u n dan e wr e f e r e n c e f o rm o b i l ep h o n et e x ti n p u tt e c h n i q u er e s e a r c h k e y w o r d s ：m o b i l ep h o n e ，t e x ti n p u t ，s p e e d ，a c c u r a c y , k s p c ，f i t t sl a w j 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：阔锄签字日期：忉刁年f ：月l ；日 i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：阀；罡沔 导师签名： 签字日期：司年月彩日 签字日期： l 乍笨景g 叉 商每6 其b 重庆大学硕士学位论文1 绪论 l 绪论 移动电话，通常称为手机，旧称大哥大，是便携的、可以在较大范围内移动 的电话终端，目前还没有统一的定义。根据信息产业部新公布的电信业务分类 目录中规定，固定通信的主要特征是终端的不可移动性或有限移动性。移动电 话的定义是：蜂窝移动通信的主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本 地网自动漫游功能。在本课题中，泛指能够在移动中进行通话，并具有收发短信 等多功能的移动通信工具。 1 1 研究背景及意义 随着科技的发展，移动电话已经成为我们日常生活中不可缺少的工具，其功 能也层出不穷【l 】。但是，除了语音通话，移动电话最不可或缺的功能就是文字的输 入。 短消息( s h o r tm e s s a g e ，s m ) 作为一种传递信息、相互沟通的通讯方式，正凭 借其方便快捷、隐蔽性强、价格低廉的优势迅速博得广大用户的喜欢，短信市场 也因此呈现出前所未有的火爆场面。从2 0 0 0 年到2 0 0 6 年短短的7 年时间，国内 短信发送量增长了4 3 0 倍，如图1 1 所示。据2 0 0 7 年信产部统计数字显示：第一 季度，我国短信业务量再创历史颓高，达到1 3 5 7 。8 亿条，较2 0 0 6 年同期增长3 7 4 ， 平均每天业务量为1 5 亿条，每天市场收入超过1 5 亿元【2 】。 图1 1 中国短信发送量递增图 f i 9 1 1 t h e p i c t u r e o f s m i n c r e a s e i n c h i n a 虽然说，很多人都将短信的成功归功于s m s ( s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e , 短信 服务) 的廉价上，但事实却并非如此。一个很重要的原因就是在很多场合下，短 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 消息是语音通话的一个很好补充。比如，日常生活中，我们需要随时不同步的交 换自己的想法、发送节日祝福；需要利用短信来表示一些含糊不清的地址、号码， 姓名等：需要利用手机短信在公共场所发送一些私人消息。如表1 1 所示。 表1 1 短信与语音对比 1 h b l e1 1t h ec o n i x a s tb e t w e e ns ma n dv o i c a ， 短消息语音通话 无需同步 内容意思明确 易于存档和查找 不受外界喧闹所干扰 需同步 意思不一定明确 不易于保存和查找 易受噪声干扰，易被偷听 2 0 0 3 年1 1 月2 6 日的三联生活周刊上有这样一篇文章：曾经担任爱立信 手机设计的纳辛斯基( r a d z i n s k i ) 对 p cm a g a z i n e 的专栏作家约翰德瑞克0 0 h n c d v o r a k ) 抱怨道： “手机键盘太小了，可经理人们非要在9 个数字键上安排出2 6 个字母，所以目前世界上通用的数字键盘手机，在人体工程学上都是失败产品。” 同时他还补充道：“目前9 键键盘严重不符合人体工程学，即便输入英文使用起 来也不方便，迟早要被新技术替代。” 国内一家媒体在进行一项有关移动电话文本输入的调查后发现，3 7 7 8 的用 户觉得现在的文本输入方式过于困难。主要有两个方面的局限：第一、狭小的键 盘物理空间与按键数量的矛盾；二、受使用环境的影响较大。 虽然移动电话的文本输入新技术不断涌现，比如在一些高档的智能电话和 p d a ( p e r s o n a ld i 西t a la s s i s t a n t , 个入数据助理) 上带有语音识别模块，手写识别 模块，触摸屏等等。但是要达到一个很好的准确率和速度，还需要待以时日。所 以按键式的小键盘仍然是移动电话的主要文本输入设备。 但是，在移动电话体积逐渐缩小的趋势下，键盘的物理空间尺寸受到了极大 的限制【3 】。目前，应用在移动电话上的键盘布局结构主要有两种，一种是3 x 4 结构 的1 2 键标准键盘。尽管移动电话制造商投入大量的人力、物力和时间，使这种界 面用起来轻巧灵活，但是用目前的1 2 键输入方式来操控数目繁多的功能，实在是 太复杂了。另一种是m i n i q w e f t y 键盘，它依照p c 机( p e r s o n a lc o m p u t e r , 个人电脑) 的标准q w e 啊键盘布局，进行了适当的缩小。但是在狭小的物理空问上放置至少 2 7 个按键，必然导致单个按键体积的下降，使输入的速度和准确率受到了一定的 限制。 在环境的适应性方面，我们可以首先假定如下场景。如表1 2 所示。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 由下表中可以看出，在不同的使用环境下，用户对移动电话的可关注程度是 不一样的 4 j 。在移动条件下，使用者对移动电话的可关注程度是最低的。然而，现 有的移动电话键盘在环境适应性方面却并没有得到很好的解决。人们总是很难在 移动的条件下有效的进行文本输入。 由此可见，随着移动电话功能的强大、3 g 应用的普及，通过移动电话进行的 信息查询量和信息交流量将大大增加。移动电话缓慢的输入方式必将成为其发展 的一个巨大障碍。如何解决按键利用率与按键体积的矛盾，如何解决按键利用率 与输入速度的矛盾，以及如何增强文本输入的环境适应性将具有重要的研究意义 和应用价值。 表1 2 使用环境假定 对设备的外部 假定场景 姿势身体情况 可关注程度 干扰 安静的咖啡 平稳的，有固定 手和手臂完全放 馆、平稳的火 的桌椅可利用 松，设备可以放完全关注很少 车上 置在桌面上 坐在驶往乡村 摇晃的，没有固手和手臂不能完 经常 定的桌椅可利全放松，且需要较少关注 的公共汽车上振动 用把握住设备 行走在繁忙的 站立 手和手臂受限 非常 制，同时需要把 偶尔关注 大街上移动 频繁 握设备 1 2 国内外现状 据不完全统计，全球现在拥有移动电话的用户已经超过了2 0 亿，无线短消息 的发送已经非常普及，有预测认为在2 0 1 0 年手机短信市场年收入将达到5 0 0 亿美 元垆l 。提高文本输入速度还可能开辟一个近8 1 的消费者所期待的新的无线电邮 市场。无线电邮市场可能将成为下一阶段欧洲数字工资收税的推动者。 从上面的统计数字来看，寻找适合移动环境文本输入的设备和方式就显得尤 为重要，并且也成了移动电话各大厂家争取市场的必要手段，比如西门子、诺基 亚、l g 、摩托罗拉等等。根据对市场上各种移动电话输入模式的调研，其文本输 入方式大致有以下几种：语音输入、手写输入、原始的键盘操作输入。 但是，由于语音输入方式和手写输入方式的效果都不是很好，识另太慢，识 别率太低。并且在现有条件下，还没有能够找到一条可以很好的提高其文本输入 速度的有效途径。而且，使用语音输入方式和手写输入方式，环境适应力较差， 在很大程度上受外部条件的干扰。比如：手写方式无法在剧烈晃动的车厢中输入， 3 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 语音方式不能在嘈杂的地方输入。所以，在近期一个较长时期内。传统的按键式 键盘仍然是移动电话文本输入的主流设备。所以，国内外很多移动电话生产厂家 都将目光投向了对原始按键键盘的改进上，以希望在广阔的移动电话市场占有自 己的一席之地，各种各样的文本输入方式键盘也因此随之出现。 目前，对移动电话文本输入方式的改进主要集中在硬件和软件上面。 一、硬件主要针对键盘布局、结构等方面进行新的尝试1 6 。对于现行的1 2 键 输入方式，由于按键的利用率过高，人们总是觉得文本输入过于复杂，需要击键 多次才能实现一个字符的输入。所以，移动电话生产厂家都将目光集中在增加按 键数量上面，以期望能够实现一键一符。比如高端移动电话上所应用的m i n i q w m y 键盘。同时，一种新的键盘f a s t a p 打破传统q w e r t y 键盘的布局，如图1 2 所示。 该键盘的排列与a b c d 的顺序思维保持一致，并使每个字母都单独占有一个按键。 甚至数字键也在f a s t a p 键盘上独立出来，镶嵌在字符键盘中间，或者是字符键盘 其间，各项操作各不冲突。由于这种f a s t a p 键盘与p c 键盘不兼容，需要重新学习 和记忆，因此难以被用户接受，其影响因此很小。 图1 ，2f a a t a p 键盘布局 f i g1 2t h el a y o u to f f a s t a pk e y b o a r d 图1 3 双键盘移动电话 f i g1 3m o b i l e p h o n e w i t h t w o k e y b o a r d s 并且，很多移动电话研发中心也开始为自己的产品配备外置键盘，以适应目 前迅速增长的的市场需求。更有甚者，有的开始在移动电话上面安装了两种不同 输入方式的键盘，如图1 3 所示，以供人们选择。 但是，他们解决目前移动电话文本输入困难的方法，都是将目光锁定在一键 一符的情形下，而忽略了移动电话原本标准的1 2 按键式键盘。这必然产生键盘空 间体积与按键数量的矛盾。 软件方面则主要对现有的输入设备，提出与之相适应的输入法，以最大限 度的发挥该输入设备的效能 7 1 。在对输入法的改进上，最明显的一个趋势就是“智 能化”。针对目前1 2 键键盘，英文输入最为流行的就是1 - 9 输入方式，为了进一步 完善，人们将目光聚集在对单词的预测，词频的分析以及词库的完善。 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 3 研究内容 针对前面对现有移动电话输入设备的分析，引出了本文的研究内容以移 动电话文本输入技术为中心展开，对目前国内外移动电话文本输入方式进行整体 综述，并针对移动电话平台，对四种输入方式进行定量和定性评估。 本论文各章内容概括如下： 第一章简要介绍移动电话文本输入技术的研究背景，意义，以及目前国内外 对移动电话文本输入技术的研究现状。 第二章介绍目前比较常见的移动输入设备和技术，特别是应用于移动电话平 台的1 - 9 ，m u l t i ，t a p ，m i n i - q w e r t y 输入方式。并介绍相关评估准则。 第三章对移动电话的硬件和软件技术进行简单介绍。通过对现有3 x 4 结构 移动电话键盘改进，以及不同移动电话应用平台，实现自制键盘( c h o r d ) 在移动 电话上的实现。 第四章针对t - 9 ，m u l t i t a p ，m i n i q w e r t y ，c h o r d 四种不同的输入方式，设计 实验，对其进行定性的评估与分析。包括速度，准确率，环境适应能力等等。 第五章依据k s p c 和f i t t s 法则，对四种不同的输入方式进行定性的评估，并 对c h o r d 方式提出相应的改进思路。 第六章结论，以及对下一步工作的展望。 5 重庆大学硕士学位论文2 主流移动输入设备及评估准则介绍 2 主流移动输入设备及评估准则介绍 虽然文本输入并不是一个新鲜的名词，但是在近几年却迅猛的发展了起来。 主要有以下几点原因：第一、移动计算在可穿戴领域，移动w e b 和e m a i l 等方面 显得越来越重要；第二、文字处理，电子表格等一些传统的桌面软件也开始逐步 移植到移动平台上；第三、对如何更快更准确的应用传统软件进行文本输入的 要求也越来越强烈；第四、移动电话中手机短信的成功运行。 对于p c 电脑来说，占统治地位的文本输入方式是一键一符的q w e r t y 键盘， 它每个字符或每个数字都对应着它们各自的按键，它以键盘的第一排的第一个字 母为头，从左到右6 个字母组合而命名。对于q w e r t y 键盘起源于早期的打字机， 如果根据现在入机工程学理论来说，其布局相当的不合理。所以，许多键盘布局 被一一的提了出来。目前，得到广泛认同的是d v o r a k 键盘，d v o r a k 在设计键盘时 考虑的是将最常用的字符，也就是使用频率最高的字符放在键盘的左右两个中心 点，以减少手指在键盘上的移动距离；该键盘布局设计时同样还考虑到了连续的 两个按键在两手之间进行交互操作。对于这- g q 新在很大程度上提高文本输入的 效率，缓解了人们手指的疲劳。如图2 1 所示： 幽2 i d v o r a k 键盘布局 f i g2 1l a y o u to f d v o r a kk e y b o a r d 利甩标准的桌面q w e a y 键盘，文本输入的速度能够达到每分钟6 0 个英文单 词以上。但是在2 0 0 5 年，世界文本输入速度记录的打破者利用d v o r a k 键盘达到 了每分钟1 5 0 个英文字符。 对于很多设备来说，特别是在移动环境中，它们都不允许安装一个完整尺寸 的q w e r t y 键盘，因为它们所处的物理空间决定了这一切。同时，其他很多文本输 入设备上面都只有很少，很小的按键，很难使用。为了解决上面所提出的问题， 一个常用的解决物理空间不足的途径就是减少按键的数量。 重庆大学硕士学位论文 2 主流移动输入设备及评估准则介绍 2 1 文本输入技术的发展 从1 9 7 0 年至今，在文本输入领域出现了三个不同的时期，它们分别代表了当 时不同的研究方向。如图2 2 所示： 图2 2 文本输入研究时间线 f i g2 2t e x ti n p u tr e s e a r c h - t i m e l i n e 第一时期( 2 0 世纪8 0 年代) 自从键盘从打字机中分离出来以后，人们便开始了以人的因素为中心，也即 人机工学理论，进行文本输入设备的探索，研究领域主要集中在打字，文字处理 以及文件管理。 第二时期( 2 0 世纪9 0 年代) 在这个时期，人们的重心开始转移到了人机交互方面。研究方向主要集中在 软键盘，铁笔。 第三时期( 2 0 世纪至今) 在这个时期，由于移动计算的快速发展，以及在手机短信成功运行的驱使下， 人们的研究重心又一次发生了变化。主要集中在以移动文本输入的研究上面，并 开始利用文本输入评估模型。 2 2 移动文本输入设备的分类 随着人机交互技术和移动计算技术的发展，移动输入设备在形式上和交互方 式上有很大的改进和提高。如早期移动计算多采用键盘形式，目前发展到识别类 ( 包括手写，语音，图像输入等) ，传感类( 数据手套) 等输入方式以及多通道人 机交互技术。 7 重庆大学硕士学位论文 2 主流移动输入设备及评估准则介绍 a r e a ls i r i s e n a 在移动文本输入一文中将移动输入方式分成三类：基于键 盘的输入方式，基于笔的输入方式，超前的输入设备( 比如单词预测技术) 。如 图2 3 所示。实际上移动输入设备根据形态，方式，目的等的不同，可以划分成不 同的分类方式。 r 一；2 = = = = 2 = = 2 一手机键盘 h 苎三苎竺k ：t 叁兰兰丝塞 inc h o r d 键盘 l 一= 二二 l 一超前输入h t - 9 图2 3 移动输入方式分类 f i g2 , 3t h ec l a s s i f yo f m o b i l ei n p u tm e t h o d s 根据按键的输入效率和映射关系来分：键盘可以分为一键多符，多键一符， 一键一符。一键多符是指一个按键的不同按键次数对应着不同的字符输入，其中 以常用的移动电话键盘( m u l t i - t a p ) 为代表。多键一符是指通过同时按住几个键( 类 似组合键) 达到输入一个字符的目的，其中以穿戴计算中采用比较多的单手手持 键盘t w i d d l e r ( c h o r d 方式) 为代表。一键一符就是一个按键对应一个字符输入， 这种输入方式多见于大键盘上，移动键盘中的腕式键盘( h a l f - q w e r t y ) 就是类似 这种方式。从键盘的按键利用率来看，前两种方式的按键利用率要高于最后一种。 根据键盘的物理形态划分，键盘可以分为虚拟键盘和非虚拟键盘。虚拟键盘 指采用软件实现或者具有借助其它媒介构建的无物理键盘和按键的键盘，常见的 有软件实现的软键盘，识别类输入方式如手写，语音。非虚拟键盘是相对虚拟键 盘而言，指具有实际的物理形态的按键，利用硬件实现的，可接触的键盘。常见 的p c 键盘，腕式键盘，数据手套等都属于这个范畴。 2 3 移动电话主流文本输入设备 2 3 1m u l t i t a p 对于移动电话来说，最普遍的文本输入技术莫过于m u l t i t a p 了喁】【9 l 。如图2 4 所示。该种键盘通常用大拇指操作，有用单手，也有用双手操作。它是将2 6 个英 文字符映射到了3x 4 结构的1 2 个按键上面( o 一9 ， ，# ) 。因此每个按键上面 就至少对应了一个字符。对于标准的1 2 键按键板，它与英文字母的典型映射关系 为：按键板上的数字键“2 ”到数字键“9 ”完整的对应着2 6 个英文字母。平均下 来，每个按键上面对应着3 或4 个英文字符( 不包括数字) 。 重庆大学硕士学位论文2 主流移动输入设备及评估准则介绍 图2 4m u l t i t a p 键盘布局 f i g2 al a y o u to f m u l t i - t a pk e y b o a r d 在进行文本输入时，需要我们连续敲击某按键直到我们所期望的字符出现在 显示屏上。比如，数字键“3 ”对应着三个英文字母“d ”、“e ”、“f ”，当我们敲击 数字键“3 ”一次时，出现的是字母“d ”；连续敲击两次，出现的是字母“e ”；三 次就是字母“f ，依此类推。所以，对于m u l t i - t a p 方式下，要实现文本输入，就 需要我们不断重复的敲击某按键，然后系统不断循环的显示备选字符。再一个例 子，假如输入单词“w o r d ”，我们需要在按键板上依顺序按下如下数字键： “9 6 6 6 7 7 7 3 ”。 从上面的例子可以看出，对于m u l t i - t a p 方式，有一个很突出的优点简单、 易学。但也因此出现了一个很严重的不足：在输入某个我们所期望的字符时需要 多次击键。并且，在输入的过程中还会经常出现意思不明确的情况。以单词“c a t ” 为例，我们需要按下数字键“2 2 2 2 8 ”来实现输入。但是，对于上面的这窜数字， 它也同样的意味着按下的是字符串“b b t ”，或者“a c t ”。要解决这个问题有两种方 法：一种方法就是通过延时。当我们所期望的字符出现在显示屏上时，延时1 秒 钟，以确认该字符的选择，比如“2 2 2 p a u s e 2 8 ”。利用这种方法，虽然在同一按键 上的不同字符之间输入出现了分界线，但却明显的降低了输入速度。另一种方法 就是利用某一特定的按键进行字符的确认选择，比如“2 2 2 # 2 8 ”，在这种情况下极 大的提高了文本输入速度。 2 3 2 t 9 为了解决m u l t i t a p 方式下字符输入时多次击键的问题，t 9 方式随之而生。目 前，因为t - 9 应用简单，以及高速的文本输入速度，在商业上得到了极广的应用。 在 i - 9 方式下，它所利用的按键板仍然是3 x 4 结构的标准布局，与m u l t i - t a p - - 模一 样。不同的是在这种技术下面，存在着一个英语词典。然后依据我们输入的情况， 进行适当的组合。比如我们按下数字键“3 ”和“6 ”，它们所有的组合应该为3 3 = 9 种。但是，经过英语词典过滤，筛选之后得到单词“d o ”，因为只有该组合 才是有效的。所以，如果我们要输入“g o l d ”，仅仅需要依次按下数字键“4 6 5 3 ”， 9 重庆大学硕士学位论文2 主流移动输入设备及评估准则介绍 如图2 5 所示。把原来需要击键8 次才能完成“g o l d ”的输入降低到了现在只需要击 键4 次。 通过t 9 方式下面的英语词典，在m u l t i t a p 方式下很多含糊不清的意思都可以 得到很好的解决。为什么不是全部呢? 因为，在英语词库中，9 6 的单词通过t ，9 方式的输入都能够得到一个明确的单词，但是还剩下4 的单词仍然意思并不明 确。同样的，我们以“c a t ”为例，他与“b a t ”一样，数字顺序都为“2 2 8 ”。解决 这个问题的方法与m u l t i t a p 方式下一样，利用某一个特定的按键进行单词的选择。 在t 一9 方式下还有一个新的问题；在输完整个单词之前，用户并不知道自己到底已 经输入了哪些字符，或者是否有错误产生。 图2 5 1 - 9 输入方式演示 f i g2 5i n p u tm e t h o do f t - 9 2 3 3m i n i q w e r t y 近几年来，在一些高端的移动电话上面开始出现了一种新的键盘，双手操作， 由人手的两个大拇指完成，一般称之为m i n i q w e r t y 键盘【l o j 。相对于普通桌面电脑 的标准q w e r t y 键盘，它的布局没有任何的变化，同样是一个字符和数字对应了各 自不同的按键，唯一不同的是它在标准q w e r t y 键盘的基础上，对其按键面积进行 了适当的缩小。 图2 6m i n i - q w e r t y 键盘 f i g2 6m i n i - q w e r t yk e y b o a r d 1 0 重庆大学硕士学位论文2 主流移动输入设备及评估准则介绍 目前已经商业化的m i n i q w e f t y 键盘如图2 6 所示。比如诺基亚6 8 0 0 手机使用的 就是m i n i q w e r t y f 建盘。其实，早在1 9 9 7 年，m i n i q w e r t y 键盘就已经产生，当时是 为了进行运动研究而设计的一款移动信息设备。从那时开始，m i n i q w e r t y 就跟随 了一大批忠实的使用者。但是，尽管m i n i q w e r t y 已经出现在移动计算场所，但很 少有关于m i n i q w e r t y 键盘使用的实验数据，比如速度，效率等等。 由于人们已经熟悉了桌面q w e r t y 键盘，所以在使用m i n i q w e n y 键盘时不再需 要繁琐的练习和记忆。然而，由于过多的按键排列在有限的空间中，使得键盘的 体积与按键的体积不能得到很好的兼顾，这也成为迸一步缩d 、m i n i q w e r t y 键盘体 积的一大障碍。同时，由于按键的体积过小和分布过密，人们在使用时很容易错 按，这直接影响了键盘文本输入的正确率。 2 3 4 手写识别 就熟练度而言，手写识别在文本输入方面具有显著的魅力。理想情况下，手 写识别系统就如同在纸上进行书写一样简单。任何人都可以无需额外的学习就会 使用这种设备，输入速度与q w e r t y 初学者的速度相当。但是在发展的早期，字符 的识别也是很困难的。 手写识别系统主要有两种输入方式。第一种就是直接在屏幕上书写。虽然这 种输入方式不会占用很多空间，但是书写时手却会遮挡住屏幕的一部分，不利于 持续地交互。第二种方式是在专门的平板上书写。这样避免了书写时手阻碍显示 屏的问题。 图2 7 手写输入方式 f i g2 7t h ei n p u tm e t h o d o f h a n dw r i t t e n 从识别率角度来说，手写识别仍然不够完美。人们普遍认同，只有手写识别 的准确率达到或者超过9 7 时，手写识别才能被广泛的接受。孤立的印刷字符的 识别率要达到9 6 8 。手写识别系统的优势之一在于具有实时信息采集和处理的 功能。例如，计算机能够区分v s 与w 这两个很相近的字符，因为系统能监视手写 笔书写时的书写轨迹，这将有助于手写识别系统达到理想的准确程度。但是对一 些特殊文字，如艺术字，手写识别率只有8 7 9 3 ，还远远低于可接受的9 7 的准确率。 重庆大学硕士学位论文2 主流移动输入设备及评估准则介绍 2 4 其他移动文本输入设备【1 2 】 除了上面已经讲到的经常在移动电话上使用的键盘外，目前国内外致力于研 究或已经开始出现的文本输入设备还包括了以下几种； 2 4 1 传统按键式键盘 在这里所定义的传统接触式键盘是指从通过开关的通断来判定按键位鹭秘状 态，是实实在在的，看得见摸得着的键盘。对于传统接触式键盘的研究有很多种， 有的致力于对标准q w e r t y 键盘的重新布局，有的则致力于新的探索。 ( ) h a l f - q w e r t y 键盘 h a l f - q w e r t y 并不是对q w e r t y 键盘的直接缩小，而是将传统q w e r t y 键盘从中 问劈为两半。所以，对于h a l f - q w e r t y 键盘来说就产生了两种形式，一种是保留了 q w e r t y 键盘的左半部分，另种则为保留了右半部分。如图2 8 所示。 在进行文本输入时，如果按下某一按键的同时也按下了空格键，那么该动作 相当于在完整的q w e r t y 键盘上按下了与之对称的按键。比如，对于保留了键盘右 半部分的h a l f - q w e r t y 键盘来说，如果在按下字符“i ”的同时按下空格键，那么 则代表在完整键盘上按下了字符“e ”。据相关研究单位测试，在经过l o 个小时的 练习后，h a l f - q w e r t y 键盘的输入速度能够达到2 3 8 4 2 。8 w p m 之间。 图2 8 保留了右半部分的h a l f - q w e r t y 键盘示意图 f i g2 8h a l f - q w e r t yk e y b o a r d ( 堇) c h o r d 方式 c h o r d 的概念键盘首先在2 0 世纪6 0 年代用于美国邮局的邮件筛选系统中。先 前大多数研究主要集中在如输入数字数据等有限研究上。到了8 0 年代，c h o r d 方 式再次被使用并向常规文本输入的方向发展。但是这些研究的前提任务就是解决 输入字符的数量有限的问题。一个只有5 个键的单手c h o r d 方式只能进行3 1 种组 合转换，这对于只有少量字符空闻的英文输入已足够。可以同很多方法来增加 c h o r d 方式的输入字符数量，以下就做简单介绍： 双手组合：这样就有l o 个键，能产生1 0 2 3 种字符，这对于常规文本输入已 经绰绰有余。 重庆大学硕士学位论文2 主流移动输入设备及评估准则介绍 拇指键：在拇指可以触及的范围内增加一个或者多个附加键，这样每个拇指 键可以增加1 6 个字符。若是拇指键能同时被按下，那么就会有更多的字符组合。 这也是当前最常用的方法。 粘滞切换键：一旦按下这个键，那么它将使下一个按键输入变成c h o r d 方式； 若是被双击( 就像双击鼠标) ，那么它使所有按键输入启动c h o r d 直到切换键再次 被按下。对每次转换，可能的字符数量加倍。 多态键：不是普通键盘上的按下松开两种方式，它能产生三种或者更多状态 的按键方式。一个三态键可以推上、拉下或者两者都不是。这样单手键盘可以产 生2 4 3 种组合。 附加手指键：每个手指控制多个键，例如在基本行的基础上增加列，使每个 手指可以控制多个按键。 利用以上一种或者多种组合可以达到同标准键盘相同数量的输入字符。这个 问题解决后，我们就可以把c h o r d 方式作为常规文本输入设备来用。 c h o r d 方式最大的优点在于它们比标准键盘小得多，每个手指只需要敲击1 3 个键。实际上，目前手持输入设备中有很多采用c h o r d 方式如数据手套，t w i d d l e r ， f r o g p a d 等。 f i v e - k e y 键盘 如图2 9 所示，这种键盘在国内并不多见。它是通过4 个方向键的移动来实现 字符选择，然后用一个“e n t e r ”键作为确认。所有待选择的字符或符号，包括2 6 个字母，1 0 个数字及其他符号都整齐的排列在显示屏上。 p i v ek 吖一 abcdefghljkli n0pqrstuv x 麓z 1234567890 送 回 图2 9f i v e - k e y 键盘示意图 f i g2 9f i v e - k e yk e y b o a r d 利用五键键盘进行输入，最大的好处就是简单，易学。不过，却有一个影响 文本输入效率的最关键问题：在选择不同字符时，如何保证移动距离的最小化? 在1 9 9 8 年，该问题已经得到了初步的解决，即利用f o c l 思想( f l u c t u a t i n go p t i m a l c h a r a c t e rl a y o u t 浮动最佳字符排列) ：当移动键盘检测到上次输入的字符后，自 动猜测下次最有可能输入的字符，并按照可能性的大小，依次排列在光标附近。 1 3 重庆大学硕士学位论文 2 主流移动输入设备及评估准则介绍 2 4 2 铁笔 在很多情况下，键盘在手持设备上并不实用。所以，这时候人们开始倾向于 铁笔的研究，利用铁笔来实现文本的输入。目前，对于铁笔的应用除了前面所讲 述的手写输入外，主要集中在以下几个方面。 软键盘 软键盘并不是一个物理键盘，它是一种触摸屏技术的运用，是通过将完整的 键盘映射到显示屏上，然后利用手中的铁笔来实现按键的操作【1 3 】。这种键盘的大 小，形状，位置都可以任意的调整。软键盘一个显著特点就在于：它可以随用户 的个人偏好而改变。如图2 1 0 所示。 小键盘受限的空间限制了输入速度的提高，对于任意大小设计合理的软键盘， 键盘越小，就意味着操作越困难，使用铁笔可以很有效缓解这样的问题。 图2 1 0 软键盘 h g2 1 0t h e s o f tk e y b o a r d 软键盘存在两个长久没有得到解决的问题。第一，缺乏反馈。由于缺乏触觉 反馈，用户就得始终注视显示屏，以确认他们是否输入正确。虽然声音反馈可以 稍微弥补这种情况，然而，些用户发现这样做相当令人讨厌，而且也不可靠。 另一个问题是，软键盘占用了显示屏有限的显示资源，影响计算机的图像输出和 用户感知。 莲) t - c u b e 对于t - c u b e 键盘，它的输入形式与台式机上的菜单选择类似。它将一个圆盘 分割为9 块区域，每一块区域分别对应一个小圆盘，小圆盘又被分割为8 块，每 块区域表示一个或两个字符，这样就意味着t - c u b e 键盘由7 2 个按键组成。输入时， 通过使用特制的铁笔来进行选择，从而完成文本输入。如图2 1 1 所示： 1 4 重庆大学硕士学位论文 2 主流移动输入设备及评估准则介绍 成输入。 个字母， 然后移 图2 1 2 输入“m y ”时铁笔的移动轨迹 f i g2 1 2t h es k e t c hm a po f i n p u t m ，u c i r r i n 2 4 3 虚拟键盘 虚拟键盘是指