触摸屏输入的自适应抽样

1.用于执行多个软件应用程序的系统，每个应用程序可以实现至少 一个功能，该系统包括：
一个适于接收来自用户的触摸输入的显示屏；
用于以多个抽样速率中的任何一个对所述触摸屏输入进行抽样的抽 样装置；
用于为所述每一应用程序或为所述每一功能存储一个预定抽样率的 存储装置；
用于在执行一个给定应用程序或实现一个给定功能的时候，将所述 抽样装置的抽样率设置到为所述一个给定应用程序或所述一个给定功能 存储的抽样率的设置装置；
其中所述系统以第一和第二模式工作，在所述系统工作于所述第一 模式时，所述抽样装置的抽样率相对于不同应用或功能而不同地设置， 而在所述系统工作于所述第二模式时，所述抽样装置的抽样率相对于不 同应用或功能而相同地设置，并且当所述系统使用交流电源时，由用户 指令激活所述第一模式。
2.权利要求1的系统，其中，所述抽样装置包括一个模-数转换器。
3.权利要求2的系统，其中，所述抽样装置还包括一个连接到所述 模-数转换器的微控制器。
4.权利要求3的系统，其中，所述设置装置包括一个与所述微控制 器交换信息的微处理器。
5.权利要求1的系统，其中，所述软件应用程序和所述抽样率存储 在所述系统的存储器中。
6.权利要求1的系统，其中，所述系统包括一个便携式计算机。
7.权利要求2的系统，其中，当所述系统由使用交流电源切换为使 用电池电源时，激活所述第一模式。
8.一个触摸屏输入抽样系统，包括：
一个适于接收来自用户的触摸输入的显示屏；
用于对所述触摸屏输入抽样和用于产生代表所述触摸屏输入的多个 抽样点的装置；
用于判定所述抽样点的变化速率的装置；
用于基于所述所述抽样点变化速率来调整所述抽样装置的抽样速率 的装置；
其中，所述系统以第一和第二模式工作，当所述系统工作于所述第 一模式下时，所述抽样装置的抽样率被调整，而当所述系统工作于所述 第二模式下时，所述抽样装置的抽样率为固定值，并且，当所述系统使 用交流电源时，由用户指令激活所述第一模式。
9.权利要求8的系统，其中，所述抽样装置包括一个模-数转换器。
10.权利要求8的系统，其中，所述抽样装置还包括一个连接到所 述模-数转换器的微控制器。
11.权利要求10的系统，其中，所述判定装置和所述调整装置在与 所述微控制器交换信息的微处理器中实现。
12.权利要求8的系统，其中，当所述抽样点变化率增加或减少时， 所述抽样率也分别增加或减少。
13.权利要求12的系统，其中，使用公式 $\sqrt{(x^2+y^2)}/\mathrm{\Delta t}$ 来确定所 述抽样点的变化率，其中x和y为在显示屏的两个连续抽样点之间分别 沿水平和垂直轴的距离，而Δt为所述两个抽样点之间的时间间隔。
14.权利要求8的系统，其中，所述系统位于一个便携式计算机中。
15.权利要求8的系统，其中，当所述系统由使用交流电源切换为 使用电池电源时，激活所述第一模式。
16.一种用于控制触摸屏输入的抽样的方法，用于一个具有用于接 收来自用户的触摸屏输入的显示屏的系统中，所述系统可以执行多个软 件应用程序，每一个应用程序可以实现至少一个功能，每一个所述应用 程序或功能是响应于用户的一个指令而引起的，包括以下步骤：
在所述系统的存储器中为每一个所述应用程序或为每一个功能存储 一个预定触摸屏输入抽样率；
监测所述系统以判定一个给定应用程序或一个给定功能是否已引 起；
当一个给定应用程序或一个给定功能已被引起时候，由所述存储器 中提取出对应于所述给定应用程序或给定功能的触摸屏输入抽样率；
当所述给定应用程序已执行或所述给定功能已实现时，以所述提取 出的触摸屏输入抽样率对输入到所述显示屏的所述触摸屏输入进行抽 样；
其中，所述系统包括一个工作于交替激活的第一和第二模式的便携 式计算机，在激活所述第一模式时，以为正执行的应用程序或正实现的 功能存储的触摸屏抽样率对输入到所述显示屏的所述触摸屏输入进行抽 样，当激活所述第二模式时，以一个恒定抽样率对输入到所述显示屏的 所述触摸屏输入进行抽样，并且当所述便携式计算机正使用交流电源 时，由用户指令激活所述第一模式。
17.权利要求16的方法，其中，当所述便携式计算机由使用交流电 源切换到使用电池电源时，激活所述第一模式。
18.用于控制对由用户到显示屏的触摸输入的抽样的方法，该方法 包括以下步骤：
产生代表所述触摸屏输入的多个抽样点；
判定所述抽样点的变化率；
基于所述抽样点的变化率调整所述触摸屏输入的抽样率；
其中所述显示屏为工作于第一和第二模式的便携式计算机的一部 分，当所述便携式计算机工作于所述第一模式时，调整所述触摸屏输入 的抽样率，而当所述便携式计算机工作于所述第二模式时，所述触摸屏 的抽样率为固定值，并且当所述便携式计算机正使用交流电源时，由用 户指令激活所述第一模式。
19.权利要求18的方法，其中，当所述抽样点的变化率增加或减少 时，所述抽样率相应地分别增加或减少。
20.权利要求19的方法，其中，使用公式 $\sqrt{(x^2+y^2)}/\mathrm{\Delta t}$ 来确定所 述抽样点的变化率，其中x和y为在显示屏的两个连续抽样点之间分别 沿水平和垂直轴的距离，而Δt为所述两个抽样点之间的时间间隔。
21.权利要求18的方法，其中，当所述便携式计算机由使用交流电 源切换到使用电池电源时，激活所述第一模式。
22.权利要求18的方法，其中，当所述抽样点的变化率增加或减少 时，所述抽样率相应地分别增加或减少。

技术领域\n本发明涉及可以通过显示屏接收用户输入的设备，更具体地，涉及 用于这样控制对该用户输入的抽样速率以降低功耗和改善在这种设备中 的处理效率的系统。\n背景技术\n便携式计算机在今天用于各种应用和环境。相对于台式计算机或工 作站，许多用户更喜欢膝上型计算机或掌上型计算机。一些便携式计算 机是设计用于支持传统家庭或办公环境的通用型计算机，而其他可专门 设计用于特殊的应用，诸如在工厂跟踪生产量和在仓库跟踪存货水平。 相对一般的计算机，便携式计算机的性能(即内存和处理能力和速度) 随着时间进程而不断提高，结果，便携式计算机将在可以预见的未来变 得更加普及。\n许多类型或品牌的商用型便携式计算机允许用户通过与显示屏交互 作用，以一种称为“触摸屏输入”的方式输入数据。使用触摸屏输入的 便携式计算机的例子包括所谓的“个人数字助理”(PDA)设备，诸如 Apple Newton，Motorola Envoy和U.s.Robotics Pilot products。触摸屏输 入的形式和内容可以根据所选择的软件和硬件而改变。例如，在一些应 用中，用户可通过将手指放在显示在屏幕上的相应“无线按钮”(“radio button”)上而被促使选择一个特殊的动作或菜单指令。在其他应用中， 用户可以使用输入笔在屏幕上写和画。在所有这些应用中，可以使用一 个抽样电路来检测，抽样和将触摸屏输入转换为数字信号用以由计算机 进行适当的处理。\n通常，触摸屏输入抽样电路被设计用于检测和周期性地对用户的手 指或笔挤压屏幕的点进行抽样和将每一个抽样点转换为数字值，该值传 送给处理器用于适当的处理。该抽样点可以通过各种与各种不同的现有 触摸屏技术(例如，电阻式、电容式、压力矢量型、声引导波型、声表 面波型、红外扫描型或张力计量型)相应的已知技术来检测。例如，在 许多通用的抽样电路中，抽样点通过连接到显示屏上的压力传感器来检 测。最近，也将电磁传感器用于此目的。不论检测方法和依据具体应用， 微处理器可以存储输入值(数据)用于后续的处理(例如，当用户输入 一幅画时)或立即响应这些值而执行一个或多个功能(例如，当用户按 下一个代表某个指令的按钮时)。\n众所周知地，为了改善触摸屏输入的质量或可靠性，可以在抽样电 路中增加抽样速率(抽样频率)。然而，也认识到，更高的抽样速率导 致抽样电路中的更大功耗和由于相对于其他所要求或期望的任务，微处 理器将更多的处理周期由于处理触摸屏输入数据，导致微处理器的总性 能更低。从而，在现有技术的便携式计算机中，更高的抽样速率带来更 高功耗和更低处理性能的代价，而在其他现有技术的便携式计算机中， 较低的抽样速率带来更低的功耗和不充足的数据的代价。在另外的其他 计算机中，诸如U.S专利No.5497176和GB-A-2292507中所公开的，将 一个高抽样频率用作初始(或默认)抽样率，或当一个应用程序请求时， 而在其他时间使用一个低的(或较低的)抽样率。另外，如EP-A-0706112 中公开的，在没有任何触摸屏输入时，提供给触摸屏的能量将被中断， 或将计算机置于“睡眠模式”(“sleep mode”)(低抽样速率和低功 耗)，保留提供给触摸屏的能量，一旦检测到输入，则切换到“激活模 式”(“active mode”)(高抽样速率和高功耗)。然而，这种组合(高 或低)方案不能有效地解决在激活模式下使功耗最小的问题。\n由于便携式计算机经常使用电池电源而电池的寿命由于功耗是有限 的，也希望触摸屏输入的数据尽可能地可靠，这可能要求将导致更高功 耗和更低处理性能的更高抽样速率。本发明的主要目的是动态地实现在 一方面的更高抽样速率和另一方面的更高功耗以及更低处理性能之间的 平衡。\n发明内容\n本发明与对于所有使用触摸屏输入的应用都保持单个(高或低)抽 样率的现有技术方案不同。本发明认识到抽样率应基于特定应用的要求 而动态地选择。更具体地，本发明认识到用于获得可靠输入数据的最小 抽样率在不同应用之间可以有相当大的变化。例如，当一个高抽样率对 于精确表示使用者的手迹或签名的复杂性可能是必须的，而为了确定在 屏幕上已按下一个按钮或选择了一个菜单项，一个相当低的抽样率可能 已经足够。优选地，因此抽样率应对于具有不同要求条件的应用而变化。 此外，对于任何已给定应用，抽样率可以在所有时间上根据在任意特定 时刻执行的功能而变化。例如，对于一个词处理应用，可以在打开的屏 幕上使用某个抽样率(当用户设置或打开文件时)，一旦打开一个图形 或类似输入的文件，则使用高抽样率，而其后在格式化，拼写检查或打 印设置时可以使用较低的抽样率。\n根据本发明的第一方面，提供了一种用于执行多个软件应用程序的 系统，每个应用程序可以实现至少一个功能，该系统包括：一个适于接 收来自用户的触摸输入的显示屏；用于以多个抽样速率的任何一个对所 述触摸屏输入进行抽样的抽样装置；用于为所述每一应用程序或为所述 每一功能存储一个预定抽样率的存储装置；用于在任何分别执行一个给 定应用程序或实现一个给定功能的时候，将所述抽样装置的抽样率设置 到为所述一个给定应用程序或所述一个给定功能存储的抽样率的设置装 置；其中所述系统以第一和第二模式工作，在所述系统工作于所述第一 模式时，所述抽样装置的抽样率相对于不同应用或功能而不同地设置， 而在所述系统工作于所述第二模式时，所述抽样装置的抽样率相对于不 同应用或功能而相同地设置，并且当所述系统使用交流电源时，由用户 指令激活所述第一模式。\n在所述系统中，优选地，所述抽样装置包括一个模-数转换器。其 中，所述抽样装置还包括一个连接到所述模-数转换器的微控制器。其 中，所述设置装置包括一个与所述微控制器交换信息的微处理器。\n在所述系统中，优选地，所述软件应用程序和所述抽样率存储在所 述系统的存储器中。其中优选地，所述系统包括一个便携式计算机。\n在所述系统中，优选地，当所述系统由使用交流电源切换为使用电 池电源时，激活所述第一模式。\n根据本发明的再一个方面，提供了一个触摸屏输入抽样系统，包括： 一个适于接收来自用户的触摸输入的显示屏；用于对所述触摸屏输入抽 样和用于产生代表所述触摸屏输入的多个抽样点的装置；用于判定所述 抽样点的变化速率的装置；用于基于所述所述抽样点变化速率来调整所 述抽样装置的抽样速率的装置；其中，所述系统以第一和第二模式工作， 当所述系统工作于所述第一模式下时，所述抽样装置的抽样率被调整， 而当所述系统工作于所述第二模式下时，所述抽样装置的抽样率为固定 值，并且，当所述系统使用交流电源时，由用户指令激活所述第一模式。\n在所述系统中，优选地，所述判定装置和所述调整装置在与所述微 控制器交换信息的微处理器中实现。\n在所述系统中，优选地，当所述抽样点变化率增加或减少时，所述 抽样率也分别增加或减少。其中，使用公式 $\sqrt{(x^2+y^2)}/\mathrm{\Delta t}$ 来确定所述 抽样点的变化率，其中x和y为在显示屏的两个连续抽样点之间分别沿 水平和垂直轴的距离，而Δt为所述两个抽样点之间的时间间隔。\n根据本发明的又一个方面，提供了在一个具有用于接收来自用户的 触摸屏输入的显示屏的系统中的一种用于控制所述触摸屏输入的抽样的 方法，所述系统可以执行多个软件应用程序，每一个应用程序可以实现 至少一个功能，每一个所述应用程序或功能是响应于用户的一个指令而 引起的，所述方法包括以下步骤：在所述系统的存储器中为每一个所述 应用程序或为每一个功能存储一个预定触摸屏输入抽样率；监测所述系 统以判定一个给定应用程序或一个给定功能是否已引起；当一个给定应 用程序或一个给定功能已被引起的时候，由所述存储器中提取出对应于 所述给定应用程序或给定功能的触摸屏输入抽样率；当所述给定应用程 序已执行或所述给定功能已实现时，以所述提取出的触摸屏输入抽样率 对输入到所述显示屏的所述触摸屏输入进行抽样；其中，所述系统包括 一个工作于交替激活的第一和第二模式的便携式计算机，在激活所述第 一模式时，以为正执行的应用程序或正实现的功能存储的触摸屏抽样率 对输入到所述显示屏的所述触摸屏输入进行抽样，当激活所述第二模式 时，以一个恒定抽样率对输入到所述显示屏的所述触摸屏输入进行抽 样，并且当所述便携式计算机正使用交流电源时，由用户指令激活所述 第一模式。\n在所述方法中，优选地，当所述便携式计算机由使用交流电源切换 到使用电池电源时，激活所述第一模式。\n根据本发明的最后一个方面，提供了一种用于控制对由用户到显示 屏的触摸输入的抽样的方法，该方法包括以下步骤：产生代表所述触摸 屏输入的多个抽样点；判定所述抽样点的变化率；基于所述抽样点的变 化率调整所述触摸屏输入的抽样率；其中所述显示屏为工作于第一和第 二模式的便携式计算机的一部分，当所述便携式计算机工作于所述第一 模式时，调整所述触摸屏输入的抽样率，而当所述便携式计算机工作于 所述第二模式时，所述触摸屏的抽样率为固定值，并且当所述便携式计 算机正使用交流电源时，由用户指令激活所述第一模式。\n本发明的这些和那些方面，目的和优点将通过下面的附图和发明详 述变得更清楚。\n本发明将会更易理解，而参照附图，本领域的技术人员将更清楚其 目的和优点。\n附图说明\n图1为根据本发明的包括一个触摸屏和一个用于对输入到触摸屏的 用户输入进行抽样的控制器的框图；\n图2示出用于激活本发明的自适应抽样模式的条件的流程图；\n图3是包括在根据本发明的一个实施例的便携式计算机中的存储器 的一部分的示意图；\n图4是图3所示便携式计算机的操作的流程图；\n图5是本发明的另一个实施例的操作的流程图。\n具体实施方式\n首先参照图1，根据本发明构建的便携式计算机10包括一个连接到 控制器14的触摸屏12。控制器14又依次与连接到存储器18的微处理 器16通信。在优选实施例中，控制器14包括一个应用专用集成电路 (ASIC)，它是市场上可以买到的，例如MicroClock公司所生产的器 件号为No.MK712。这种ASIC包括一个可用于对到触摸屏的用户输入 进行抽样的12比特的模数转换器(A/D)。然而，在其他实施例中，控 制器14可以包括一个诸如三菱公司所销售的器件号为No.M37735MHL 的通用微控制器或，可选择的，为日立公司所销售的H8系列微控制器。 然而，控制器14可以使用没有嵌入式A/D转换器的其他类型可用微控 制器来实现。在此情况下，可以在图1的控制器14与触摸屏12之间增 加一个外部A/D转换器。\n接着参照图1，存储器18包括一个或多个电子存储媒体，诸如一个 随机存取存储器(RAM)，一个只读存储器(ROM)和/或一个磁盘或 CD ROM驱动器。在优选实施例中，存储器18存储一个用于便携式计 算机10的操作系统软件(0S)，用于控制器14的驱动软件和各种诸如 字处理，桌面排版，手写体识别或图形应用的应用软件。每一个应用程 序可以在一个时候用作一种或同时用作“后台”和“前台”应用，这是 现有技术中已知的。在OS控制下工作的微处理器16协调这些应用的执 行和任何相关或其他任务的任何性能。微处理器16还根据驻留在存储器 18中的控制器驱动软件中的指令与控制器14通信。\n鉴于现有技术对于触摸屏输入使用恒定的抽样速率，本发明提供一 个允许选择抽样速率使得功率消耗与/或微处理器负载最小的自适应抽 样模式。参照图2，无论何时当便携式计算机10由使用交流电源切换到 使用电池电源时或无论何时当用户在便携式计算机10工作于交流电源 时选择“处理器节能”设置时，可以激活本发明的自适应抽样模式。在 通常使用期间，在方框20处，微处理器16判定便携式计算机10是工作 于交流电源还是工作于电池电源。如果，例如，便携式计算机10与标准 交流适配器断开并连接到一个普通电池组上，微处理器16进到方框22 并激活自适应抽样模式。在此情形中，自适应抽样模式可以用于调整(例 如，减少)控制器14的抽样率以保存电池能量。然而，在交流工作期间 (当不是特别关心能量保存时)可选择性地使用本发明的自适应抽样模 式以节省处理负载。特别地，如果在方框20，微处理器16判定便携式 计算机10由一个交流电源供电，它进到方框24并测试用户是否选择处 理器节能模式(例如在用户的“个人喜好”菜单中)。如果选择了这一 选项，将激活自适应抽样模式以使效率最大或改善微处理器16的性能。 另一方面，如果在交流工作期间，用户未选择这一选项，将关闭自适应 抽样模式，如图2所示。\n当如图2所示激活自适应抽样模式。控制器14所使用的抽样速率基 于便携式计算机10当前所运行的应用或功能(在一个特殊应用中)来动 态地设置抽样速率。参照图3，在本发明的优选实施例中，存储器18存 储了一个包括一个应用与/或功能列表的查询表28，对于每一应用或功 能，当该应用或功能被运行时使用特定的抽样速率。每一个应用或功能 的特定抽样速率依赖于应用或功能的类型并表示该应用或功能所要求的 用于可靠处理该类触摸屏输入的最低抽样速率。从而，例如，可以对于 处理用户在触摸屏12上手写或画的应用或功能指定一个在190-200点/ 每秒范围内的相对高的抽样速率。相反地，可以对于允许用户通过按下 在触摸屏12上显示的按钮来引导菜单或发出指令的应用或功能指定一 个在40-50点/每秒范围内的相对低的抽样速率。对于其他类型的应用 或功能的指定抽样速率可以降到前面高和低抽样速率之间的某处。应相 信，本领域的技术人员可以很好地为存储在查询表23中感兴趣的每一应 用或功能选择一个最低抽样速率。\n图4显示了当查询表用于本发明的自适应抽样模式时，微处理器16 所执行的步骤。在方框30，微处理器16判定用户是否调用一个新的应 用或功能(例如，在用户已选择了一个手写应用或字处理应用中的一个 图形编辑器时，或在一个后台应用返回到前台时)。如果用户已调用了 一个新的应用或功能，则微处理器16进到方框32并在查询表28中搜索 对新应用或功能所指定的抽样速率。在方框34，微处理器16将指定抽 样速率与控制器14当前使用的抽样速率进行比较。如果当前的抽样速率 不同于指定的抽样速率，则在方框36，微处理器16将一个命令发送给 控制器14以开始使用指定的抽样速率。\n图5显示了本发明的另一个实施例，其中基于来自用户的所接收的 触摸屏输入的变化率来调整抽样速率(而不是基于正在执行的应用，如 图3-4的情形)。根据图5所示的这另一个实施例，在方框38，微处 理器16判定控制器14在触摸屏12上所检测到的输入点坐标的变化率 (R)。R的值可以根据下式来计算： $R=\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\mathrm{\Delta t}}$\n其中，“x”和“y”为在触摸屏12的两个连续输入点(抽样)之间 分别沿水平和垂直轴的以英寸为单位的距离；而“Δt”是在两个连续的 抽样之间以秒为单位的时间(即，Δt是当前抽样周期，它是当前抽样频 率的倒数)。在方框40，R的计算值与预定阈值R1相比较，例如，R1 可以选择为1.0英寸/每秒。一个R大于R1的判定指示了输入点为快速 变化位置(例如，用户在触摸屏12上绘画)。在方框42，微处理器16 判定控制器14所使用的当前抽样率是否小于最大可用速率(它可以是控 制器14提供的最大可能速率，或可选择地，为用户指定最大速率)。假 设当前抽样率未超过最大可用速率，则微处理器16进到方框44并增加 抽样速率以补偿更高的触摸屏输入速率。在方框44，可以诸如50点/每 秒的预定量(或步长)来增加抽样率或，可选地，可以将抽样率增加到 诸如200点/每秒的预定水平。\n返回图5中的方框40，如果R的值不大于R1的值，则对于R的值 是否小于R2的值进行第二判定，其中R2可以选为0.5英寸/每秒。R小 于R2的判定指示出输入点为不变化位置或仅缓慢变化的位置(例如，用 户正推按触摸屏12上的单个按钮)。在此情况中，微处理器16移到方 框48以测试当前抽样率是否大于最小可用速率(它可以是控制器14提 供的最小可能速率，或可选择地，为用户指定最小速率)。假设当前抽 样率高于最小可用速率，则微处理器16进到方框50并考虑到更低的触 摸屏输入速率减小抽样速率。在方框50，可以诸如50点/每秒的预定量 (或步长)来减小抽样率或，可选地，可以将抽样率减小到诸如50点/ 每秒的预定水平。\n由上所述，很明显的是，本发明允许基于特殊应用的要求而灵活分 配触摸屏的抽样速率。此外，很明显的是，本发明可以在不牺牲触摸屏控 制器的输入可靠性的前提下自动减小抽样率和节能和/或改善处理器性 能。\n以上描述了本发明的某些形式和实施例，但本领域的技术人员可以 容易地认识到可以在不背离本发明的精神和范围的前提下对本发明的形 式和实施例进行许多改进和变型。从而，例如，虽然本发明已在一个便 携式计算机的上下文中进行了描述，但是应认识到，本发明的思想适用 于任何可以接收和处理触摸屏输入的机器，装置或设备。因此，在此公 开的本发明的形式仅仅是示例性的，而不用作对如下权利要求所定义的 本发明范围的限制。