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裝置內建機器學習 MCU催生互動智慧家居
新通訊 20186 月號 208 期《 趨勢眺望 》
文.杜俞輝
機器學習能力的注入,為智慧家庭人機介面帶來新的體驗。透過全新的人機介面應用,使過去人們採用鍵盤溝通、觸控輸入的方式,轉變為透過語音操控的應用,無形中簡化智慧裝置使用的門檻,加速家庭智慧化的情境快速成形。
隨著物聯網應用興起,人們可以開始感受到人工智慧為家居生活帶來改變,在日常生活、家庭娛樂與保健醫療等方面都為使用者帶來全新體驗,提供更高的便利性與自動化程度。智慧家電藉由學習使用者的生活習慣,進而預測使用者行為,讓使用者不再需要事必親躬,智慧家電可以自動預先做出反應,譬如決定開啟空調的時機與最佳溫度、開啟空氣清淨機或自動開關照明等等。 

智慧常伴左右  無人在家也可以  

為帶來更舒適與便利的體驗,使用者不在家時,經由雲端連接與智慧家庭裝置互動,利用隨身手機掌控家中狀態,如家電、視聽、照明、窗簾、門鎖、插座、監視器等。採用人工智慧進行家庭裝置控制的情境,無人在家就自動關閉空調和照明,家庭成員返家時自動開啟,以達到節能目的。智慧保全監控系統可採用影像辨識,確定有人再通知遠端,進行後續處理。如Honeywell的Smart Home Security System帶有攝影鏡頭,不僅能監視屋內狀況,也支援臉部辨識,知道是否小孩放學回到家了。 

智慧家庭應用蓬勃發展,各智慧家庭裝置除了直接反映使用者所需的服務外,透過人工智慧讓裝置間也可進行互動,譬如廚房煙霧偵測器感測煙霧濃度過高,立即通知烤箱或微波爐關閉電源;瓦斯偵測器發現瓦斯濃度高於標準,立即通知瓦斯爐關閉開關。智慧家庭裝置間的互動,除可讓災害警告即時發出外,還能更進一步地進行處理動作。智慧家居生活除便利性外,亦可大幅減少災害發生或擴大。 

人性化互動介面掀革 語音控制旋風起 

如何帶給使用者絕佳體驗,與裝置的互動方式成了關鍵因素,回頭看十年前的觸控革命,改變了人類與機器的互動方式,運用手指觸摸完成命令,完勝了老式的鍵盤按鍵的輸入模式。 

時至今日,觸控家庭裝置已經深入智慧家庭之中,當人人都視觸控為理所當然的家電操作介面時,我們不免要問,觸控是智慧家居裝置控制的唯一選擇嗎?這個問題相信大家都能輕易地回答!我們的感官表達除了觸摸以外,還有肢體語言、聲音與表情,而其中最為直接的莫過於聲音的表達方式,使語音控制裝置逐漸興起。 

廠商建置完整智慧家庭生態圈 

過往礙於技術限制,裝置若要使用語音控制功能,需要具備特定的聲音算法,對於一般非語音應用專業領域的廠商,並不是件容易的事。亞馬遜(Amazon)首先看到了語音應用的商機,並發表了Echo智慧音箱(Smart Speaker)系列產品,成功地在智慧家庭領域建構成一完整生態圈,也令相關業者爭相仿效推出自己的智慧音箱,透過網路的連接,把語音服務與各類家用產品做深入結合,並建構雲端人工智慧語音技術,提供聰明的裝置聲控,成為家中的語音控制中樞,並且能播報日常生活資訊,播放串流音樂、新聞等等。 

隨著語音控制智慧家庭的潮流,各雲端大廠也爭相競逐,Google Home搭載的Google Assistant以及Apple Home Kit搭配Siri均積極的建構各自的生態圈。各個生態圈也藉由開放應用介面(API),擴大應用領域。開放式介面一向能吸引廠商投入單一資源獲取最大效益,廠商無須自行架構自有的語音系統,只要將產品建構於這些成熟的語音控制平台上,智慧家庭裝置在聯網後藉由雲端語音生態系統,立刻具備語音控制功能,大幅提高產品的附加價值。像LG或Samsung除了有自己的智慧家電控制系統外,也支援亞馬遜的Alexa或是Google Assistant等雲端語音平台;此外,Honeywell推出的智慧家電等產品也已支援Alexa。 

市占最大的亞馬遜Alexa語音服務,可惜的是中文仍不在支援之列。因此與亞馬遜同樣有電商背景的阿里巴巴推出了天貓精靈(Tmall Genie)智慧音箱,上市時是499人民幣,僅在去年雙11曾降至99元人民幣而賣出百萬台。阿里巴巴為了後續的平台推廣與更進一步乘勝追擊,同時也提供AliGenie完整的語音開平台,吸引各家廠商投入阿里雲的懷抱。小米的小愛同學音箱也配合布局已久的小米生態圈,友善地自動連接使用者的各個小米產品,一推出時即受到米粉高度矚目,299人民幣的定價,直接挑戰亞馬遜的Echo Dot(49.99美金)。同樣為了爭取開發商,小米提供名為水滴平台的開發環境,提供開發商能夠快速簡單地支援小米裝置結合雲服務。隨著雲服務與語音開發平台越趨完善,語音控制產品料將再帶起市場高峰。 

從上述各式智慧家居產品,我們可以知道智慧家庭裝置皆須連到雲端進行運算處理,甚或目前流行的語音辨識,亦是連雲後進行運算,與使用者產生互動,雖然雲端可以處理海量運算與分析,但是處理效率卻是必須考慮的問題;另外設備須短時無線連結上網,要求低耗電,因此低功耗為終端感測器必備規格之一。 

智慧要更智慧 省電要更省電  

讓智慧家庭設備擁有學習能力,具備更佳處理資訊效能與滿足低功耗需求,將考驗著在設備中扮演控制角色的微控制器廠商,目前台廠微控制器廠商中,以新唐最有可能滿足這些需求。 

分析新唐推出的NuMaker PFM-M480平台,內含Arm Cortex-M4核心,具備DSP與浮點運算,時脈達192MHz,可建構高效的類神經網路(Neural Network),幫助智慧家庭裝置進行機器學習,亦是節點端機器學習的最佳選擇;低功耗產品方面,亦有可支援的微控制器系列方案,主要以Arm Cortex-M0為內核,支援Arm Mbed OS,提供連接主要雲端服務的參考範例,搭配亞馬遜Alexa服務達成語音控制。除推出各式物聯網微控制器外,該業者並持續結合各類服務架構於NuMaker PFM平台,協助廠商推出各式物聯網應用方案。 

(本文作者為新唐科技微控制器應用事業群資深工程師)

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