第二章
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第二章. 數位家庭 (Digital Home). 本章學習重點. 何謂無所不在運算?形成原因與需求。 藍色家電的分類與設計 數位家庭的標準與願景. 無所不在運算. 無所不在運算 ( ubiquitous computing ) 將是由環境中許許多多的電腦裝置及服務提供給每個人 各式各樣的裝置將會越來越小,甚至隱藏起來 裝置可能會跟著使用者移動或是會嵌入在環境的各種物件中,像是汽車、工具、家電、衣服、以及消費性物品中 這些裝置透過無線的技術跟整個世界連接起來. 電腦演變的趨勢. 過去的電腦. 現在的電腦. 未來的電腦.

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第二章

數位家庭(Digital Home)

嵌入式系統導論, 探矽工作室


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

本章學習重點

  • 何謂無所不在運算?形成原因與需求。

  • 藍色家電的分類與設計

  • 數位家庭的標準與願景


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

無所不在運算

  • 無所不在運算 (ubiquitous computing)

    • 將是由環境中許許多多的電腦裝置及服務提供給每個人

    • 各式各樣的裝置將會越來越小,甚至隱藏起來

    • 裝置可能會跟著使用者移動或是會嵌入在環境的各種物件中,像是汽車、工具、家電、衣服、以及消費性物品中

    • 這些裝置透過無線的技術跟整個世界連接起來


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

電腦演變的趨勢

過去的電腦

現在的電腦

未來的電腦


Pervasive

嵌入式系統導論, 探矽工作室

普及(Pervasive) 運算技術

資料來源:Ovum


Ambient intelligence

嵌入式系統導論, 探矽工作室

環繞智慧 (ambient intelligence)

  • 嵌入的 (embedded)

    • 周遭環境裡分佈許多隱藏起來的裝置。

  • 情境感知的 (context aware)

    • 可以知道周遭狀況。

  • 個人化的 (personalized)

    • 可以依據您的需求量身定做,而且可以辨識您是誰。

  • 可調適的 (adaptive)

    • 可以依據您或是您的環境作不同的反應。

  • 可預知的 (anticipatory)

    • 可以預知您的喜好,不需要一直詢問。


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

材料與製造科技

  • 製造運算能力更強大的微處理器

    • 嵌入系統程式設計人員也要相對應設計出可以充分發揮這些製程效果的程式結構,

  • 縮小裝置的體積

    • 奈米等級,可以將許多元件縮小到比頭髮還細的地步

  • 製造微小的感測器與致動器

    • 微機電技術 (micro-electro-mechanical system,MEMS) 可以製作出更微小的精密機械與感測器

  • 延長電池的壽命

    • 燃料電池


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微米製程與燃料電池

Intel 0.13微米製程的晶元與電路

Fuel Cell

卡西歐鹼性燃料電池


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智慧型軟體設計

  • 如何處理資訊,讓使用者獲得想要的資料

  • 讓操作流程更簡單,讓產品更容易使用

  • 人性化的操作

    • 人工智慧與生物資訊科技領域

    • 生物特徵辨識技術

西洋祺王Kasparov與IBM超級電腦DeepBlue對戰,該場西洋棋對戰由DeepBlue獲勝

(資料來源:http://www.research.ibm.com)


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感測器技術

  • 感測器 (sensor) 是測量系統中的一種前置部件,它將輸入變化轉換成可供測量的訊號

  • 達到情境感知(context aware)的重要基礎,如何讓一個裝置具有知覺,感受使用者周遭環境的變化,並且給予正確的反應

  • 做出檢測範圍寬,準確度高、可靠性高、穩定性好、回應速度快、互換性好、壽命長、抗干擾性高的感測器是感測器領域的目標

  • 需要智慧型處理與演算法,幫助判定所偵測到的大量訊號


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網路合作能力

  • 如何讓這些裝置能夠相互合作,

    • 這包括了尋找網路、自我組態、傳輸路徑規劃與重建、取得網路伙伴的能力資訊、傳遞自我能力、省電等等

  • 感測器網路(sensor network)

    • 由一組感測器以Ad Hoc方式構成的有線或無線網路

    • 互相合作、感知、採集和處理網路覆蓋的地理區域中感知物件的資訊,並傳遞給觀察者

    • 美國柏克萊大學的塵粒(MOTE)或智慧微塵(smart dust)計畫


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機器人足球比賽

機器人足球比賽(資料來源:http://www.robocup.org)


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

藍色家電

  • 黑色家電

    • 主要包括電視機、錄影機、音響、VCD、DVD等

  • 白色家電

    • 以空調、電冰箱、洗衣機爲主

  • 小家電

    • 電磁爐、電熱水壺、風扇等家電産品

  • 藍色家電

    • 滿足家庭生活四大需求:資訊獲取、娛樂休閒、通信溝通和家庭自動化

      • 一是以網路爲功能核心;

      • 二是以嵌入式系統爲技術核心。


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資訊藍色家電

  • 包括個人電腦之外的其他資訊終端,例如掌上電腦、壁掛電腦等。上網不再是電腦的專利,滿足家庭用戶對資訊及相關服務的需求,能很好地使用現有各種網路服務


2 1 palm pda

嵌入式系統導論, 探矽工作室

範例2-1Palm PDA的設計

Palm PDA的硬體架構圖


2 1 palm pda1

嵌入式系統導論, 探矽工作室

範例2-1Palm PDA的設計(續)

PalmOS 4.0的軟體架構圖


2 1 palm pda2

嵌入式系統導論, 探矽工作室

範例2-1Palm PDA的設計(續)

Palm PDA的產品


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娛樂藍色家電

  • 包括互動式數位電視、視頻點播、遊戲機等,滿足資訊時代家庭用戶對視、聽、互動遊戲需求爲主的産品。這個市場就是傳統上的黑色家電市場。資訊工業技術將把這一巨大的傳統市場帶入一個新的境界。


2 2 playstation2

嵌入式系統導論, 探矽工作室

PlayStation2 設計架構

PlayStation2 情境引擎設計架構

範例2-2PlayStation2的設計


2 2 playstation21

嵌入式系統導論, 探矽工作室

範例2-2PlayStation2的設計(續)

PlayStation2的機板與外觀


2 2 playstation22

嵌入式系統導論, 探矽工作室

範例2-2PlayStation2的設計(續)

CodeWarrior for PlaySation2的環境(資料來源:http://www.metrowerks.com)


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通訊藍色家電

  • 利用網路技術所發展出的新型通訊方式的設備,包括LCD上網電話、E-mail機以及具備全球通訊手機功能的掌上電腦等。


2 3 tnetv1050 ip

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範例2-3TNETV1050 IP電話

IP網路電話硬體架構圖(資料來源:http://www.ti.com)


2 3 tnetv1050 ip1

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IP網路電話軟體架構圖(資料來源:TI)

範例2-3TNETV1050 IP電話(續)


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家庭自動化産品

  • 利用資訊工業技術實現黑白藍家電之間互聯和相互控制,從而大幅提升現有家電的功能範圍。例如:包括家庭安全防護系統、電器自動化日常起居控制等。

網路微波爐

自動吸塵器

網路冷氣機

網路冰箱


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數位家庭的興起因素

  • 數位裝置熱賣:包括了音樂播放機、數位相機、數位攝影機、DVD播放機、多媒體行動電話以及PVR等等。

  • 寬頻到府:例如DSL與Cable。

  • 家用網路建設:包括有線或是無線的上網裝置、點對點連線等網路建設。


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標準統合的需求

  • 數位家庭工作小組(Digital Home Working Group)要讓不同的家電之間能夠彼此認識與合作,需要一個標準來統合,整合三種不同的裝置:

    • 個人電腦的網際網路世界,包含了個人電腦與相關周邊通訊。

    • 透過廣播方式來提供服務的裝置,例如機上盒(set-top box;STB)以及傳統的消費性電子產品。

    • 行動裝置,包含了多媒體行動電話、個人數位助理、筆記型電腦和其他小型裝置,提供可以隨時帶著走的服務,並且可以走出戶外。

資料來源:http://www.dhwg.org


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數位家庭產品的分類

  • 數位家庭伺服器(DHS, Digital Home Server)裝置

    • 提供媒體擷取、錄影、儲存與來源等能力,依據數位家庭互操性模型來設計,也同時包含了內容保護功能。DHS也通常都具有DHR的功能,像是智慧型操作與管理、豐富的使用者介面以及媒體管理、集合與發佈功能。

    • 這些裝置包含了:機上盒、個人影像錄影(Personal Video Recorder;PVR)、個人電腦、擁有硬碟裝置的音響與家庭劇院,像是音樂伺服器、廣播調整器(broadcast tuner)、影像與照片捕捉裝置,像是照相機或是錄影機、多媒體行動電話。

  • 數位家庭展示器(DHR, Digital Home Render)裝置

    • 提供播放與顯示能力,這些裝置包括了:電視監視器、音響與家庭劇院、印表機、PDA、多媒體行動電話、無線監視器、遊戲機。


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

互操性框架

  • 在數位家庭裡裝置之間的透通性連接

  • 裝置的發現、組態與控制的統一框架

  • 互操性的媒體格式與串流協定

  • 互操性媒體管理與控制框架

  • 符合服務品質機制

  • 符合驗證與授權能力

  • 數位版權管理與內容保護


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數位家庭採用的標準

(資料來源:http://www.dhwg.org)


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互傳媒體格式的策略

Optional Format Set

(may implement one or more)

Required Format Set

(must implement all)

  • Interoperability achieved by requiring specific formats

    • Open standards that are formally ratified by an internationally-recognized standards organization

    • IP must be licensed under reasonable, non-discriminatory terms

  • Optional formats available to cover market needs

    • Source devices supporting an optional format must be able to convert that content into one of the required formats

GIF, TIFF, PNG

JPEG

IMAGES

AAC, AC-3, ATRAC3plus,

MP3, WMA9

LPCM (2 Channels)

AUDIO

MPEG2

MPEG1, MPEG4, WMV9

AUDIO/VIDEO

(資料來源:http://www.dhwg.org)


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數位家庭的影像收視

Server

(資料來源:http://www.dhwg.org)


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數位家庭的音樂收聽

Server

(資料來源:http://www.dhwg.org)


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數位家庭的圖形傳遞

(資料來源:http://www.dhwg.org)


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數位家庭的願景

資料來源:http://www.dhwg.org


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嵌入式系統導論, 探矽工作室

總結

  • 因為嵌入式系統快速發展,使得無所不在運算臻於可能,當所有裝置都具有運算、感測與網路能力的時候,也是建立出無所不在運算環境的時候

  • Intel公司認為家庭將是資訊工業的下一個戰場,提出了數位家庭的願景

  • 許多廠商聯合共組數位家庭工作小組,希望能夠在建立共同標準的情況下,推廣數位家庭的願景。


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