Transcript 嵌入式系統的未來戰場－數位家庭

第二章
數位家庭(Digital
Home)
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嵌入式系統導論, 探矽工作室
嵌入式系統導論, 探矽工作室
本章學習重點
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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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無所不在運算
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無所不在運算 （ubiquitous computing）
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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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電腦演變的趨勢
過去的電腦
現在的電腦
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未來的電腦
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普及(Pervasive) 運算技術
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資料來源：Ovum
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環繞智慧 （ambient intelligence）
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嵌入的 （embedded）
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情境感知的 （context aware）
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可以依據您或是您的環境作不同的反應。
可預知的 （anticipatory）
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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）
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可以知道周遭狀況。
個人化的 （personalized）
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周遭環境裡分佈許多隱藏起來的裝置。
可以預知您的喜好，不需要一直詢問。
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材料與製造科技
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製造運算能力更強大的微處理器
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縮小裝置的體積
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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
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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
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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，
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
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卡西歐鹼性燃料電池
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智慧型軟體設計
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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
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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
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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
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如何讓這些裝置能夠相互合作，
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感測器網路（sensor network）
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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
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
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機器人足球比賽（資料來源：http://www.robocup.org）
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藍色家電
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黑色家電
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白色家電
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以空調、電冰箱、洗衣機爲主
小家電
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主要包括電視機、錄影機、音響、VCD、DVD等
電磁爐、電熱水壺、風扇等家電産品
藍色家電
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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
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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
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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
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範例2-1 Palm PDA的設計
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Palm PDA的硬體架構圖
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範例2-1 Palm PDA的設計(續)
PalmOS 4.0的軟體架構圖
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範例2-1 Palm PDA的設計(續)
Palm PDA的產品
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娛樂藍色家電
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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。
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範例2-2 PlayStation2的設計
PlayStation2 設計架構
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PlayStation2 情境引擎設計架構
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範例2-2 PlayStation2的設計(續)
PlayStation2的機板與外觀
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範例2-2 PlayStation2的設計(續)
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CodeWarrior for PlaySation2的環境（資料來源：http://www.metrowerks.com）
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通訊藍色家電
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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。
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範例2-3 TNETV1050 IP電話
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IP網路電話硬體架構圖（資料來源：http://www.ti.com）
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範例2-3 TNETV1050 IP電話(續)
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IP網路電話軟體架構圖（資料來源：TI）
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家庭自動化産品
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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
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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
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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：
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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
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數位家庭伺服器（DHS, Digital Home Server）裝置
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數位家庭展示器（DHR, Digital Home Render）裝置
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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。
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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互操性框架
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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
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（資料來源：http://www.dhwg.org）
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互傳媒體格式的策略
IMAGES
AUDIO
AUDIO/VIDEO
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(must implement all)
(may implement one or more)
JPEG
GIF, TIFF, PNG
LPCM (2 Channels)
AAC, AC-3, ATRAC3plus,
MP3, WMA9
MPEG2
MPEG1, MPEG4, WMV9
Open standards that are formally ratified by an internationallyrecognized standards organization
IP must be licensed under reasonable, non-discriminatory terms
Optional formats available to cover market needs
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Optional Format Set
Interoperability achieved by requiring specific formats
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Required Format Set
Source devices supporting an optional format must be able to convert
that content into one of the required formats
（資料來源：http://www.dhwg.org）
嵌入式系統導論, 探矽工作室
數位家庭的影像收視
Server
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（資料來源：http://www.dhwg.org）
嵌入式系統導論, 探矽工作室
數位家庭的音樂收聽
Server
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（資料來源：http://www.dhwg.org）
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數位家庭的圖形傳遞
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（資料來源：http://www.dhwg.org）
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數位家庭的願景
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資料來源：http://www.dhwg.org
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總結
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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。