VR帶動(dòng)人機(jī)接口全新體驗(yàn)，眾多技術(shù)匯流 創(chuàng)造想像空間

　　談到人機(jī)介面的發(fā)展，就形式上可以分成觸控與手勢辨識(shí)兩大類別，但就技術(shù)層次上，可以分成觸控、紅外線、超音波、音頻與影像辨識(shí)等，近期較為熱門的應(yīng)用，莫過于語音輸入或是語音控制為主流。

　　VR開啟全新人機(jī)介面體驗(yàn)

　　隨著VR(虛擬實(shí)境)在這近半年成為科技產(chǎn)業(yè)的主流話題時(shí)，某一程度它亦可被歸納為人機(jī)介面的應(yīng)用之一。Lattice(萊迪思半導(dǎo)體)亞太區(qū)資深事業(yè)發(fā)展經(jīng)理陳英仁表示，就VR應(yīng)用來說，Lattice的確非常關(guān)注其未來的發(fā)展，現(xiàn)階段在人機(jī)介面領(lǐng)域的生態(tài)系統(tǒng)投入了相當(dāng)多的心力與資源，其中亦不乏采取投資行動(dòng)。

　　陳英仁進(jìn)一步談到，廣泛來看，VR最為需要的，就是影像延遲的基本問題是不被允許發(fā)生的，所以FPGA(可編程邏輯閘陣列)某程度上可以加速影像傳遞，避免這種情況發(fā)生，進(jìn)而維持基本的使用者體驗(yàn)。但如果再加上手勢呢?屆時(shí)，手勢或是手指的動(dòng)作，也要即時(shí)輸入的情況下，也是需要感測器集線器(Sensor Hub)的幫忙才作到“即時(shí)”訊號(hào)傳遞與處理的要求，但這種感測器集線器在硬體規(guī)格與要求上又與智慧型手機(jī)的需求不太相同。

　　圖1 : 單看VR裝置的話，它可能只提供了觀賞體驗(yàn)，但如果加上手勢感測的話，使用體驗(yàn)也許會(huì)更不一樣。(Source：techcrunch.com)

　　ST大中華暨南亞區(qū)技術(shù)行銷與應(yīng)用工程經(jīng)理蘇振隆也同意，VR談的是“真實(shí)互動(dòng)”的體驗(yàn)，拿掉了所謂的“搖桿”控制的情境，手勢的偵測或是手的動(dòng)作感測，也許就能取而代之，像是手的動(dòng)作感測或許就能用加速度計(jì)來負(fù)責(zé)。

　　陳英仁認(rèn)為，VR應(yīng)用就形式上，仍可以分為有線與無線兩種，前者在流暢性與使用者體驗(yàn)上，因?yàn)檫\(yùn)算工作交由電腦來負(fù)責(zé)，所以VR裝置本身的工作負(fù)擔(dān)不會(huì)太大，但若是后者，無線訊號(hào)的傳遞就要保持連線暢通，此外，裝置本身還要顧慮到低功耗的課題，所以要因應(yīng)的課題會(huì)較多。但從市場層面而言，還是會(huì)有不少裝置會(huì)朝向C/P值高的方向發(fā)展，在有限硬體條件的情況下，提供一定的使用者體驗(yàn)，這也會(huì)是Lattice可以努力的空間。但在現(xiàn)階段，VR的主要體驗(yàn)還是偏重影音呈現(xiàn)為主，過去Lattice在MHL與HDMI等標(biāo)準(zhǔn)，都有相當(dāng)多的著墨，再加上前面所提到的，在人機(jī)介面也挹注了不少資源，相信未來VR應(yīng)用的發(fā)展將會(huì)相當(dāng)?shù)木伞?/p>

　　圖2 : 由于VR仍是處在萌芽期階段，有些業(yè)者會(huì)在硬體規(guī)格有限的情況下，盡可能提供較佳的VR觀賞體驗(yàn)。(Source：www.businessinsider.com)

　　壓力感測加電容式觸控 注入智慧型手機(jī)活水

　　人機(jī)介面的另一個(gè)課題，則是觸控技術(shù)的發(fā)展，iPhone 6S在推出之后，除了在處理器事件成了產(chǎn)業(yè)界所討論的熱門話題外，另外一個(gè)值得關(guān)注的議題，應(yīng)是首次亮相的3D Touch技術(shù)。眾所皆知，智慧型手機(jī)所采用的觸控技術(shù)為電容式觸控，在過去這幾年的發(fā)展下，該技術(shù)其實(shí)已經(jīng)有相當(dāng)高的成熟度。

　　但也因此，該技術(shù)遲遲無法有效進(jìn)展的情況下，蘋果所推出的3D Touch，也為智慧型手機(jī)觸控應(yīng)用帶來更多的想像空間。由于電容式觸控主要是針對(duì)X、Y軸的電荷值加以計(jì)算，透過演算法的方式，以了解手指的觸控位置的所在處。這種作法僅限于平面2D的觸控，而蘋果的3D Touch，則是多加了“壓力感測”，透過不同的壓力變化值，提供反饋或是互動(dòng)，以提供使用者更豐富的使用者體驗(yàn)。

　　ST(意法半導(dǎo)體)大中華暨南亞區(qū)類比、微機(jī)電與感測元件技術(shù)行銷經(jīng)理王嘉瑜說：“預(yù)計(jì)2016年，將會(huì)有80%的旗艦級(jí)手機(jī)搭載壓力感測技術(shù)。”可以想見，3D Touch技術(shù)為已經(jīng)趨近成熟的智慧型手機(jī)市場注入了一股活水。

　　圖3 : 蘋果的iPhone 6S為智慧型手機(jī)觸控技術(shù)帶來了全新的使用體驗(yàn)(Source：Apple)

　　不過，王嘉瑜也坦言，僅管導(dǎo)入壓力感測技術(shù)成了觸控螢?zāi)坏臒衢T話題，但考量到智慧型手機(jī)的成本與輕薄等課題，既有的面板、觸控與壓力感測晶片將來也會(huì)朝向整合為單一晶片的方向發(fā)展。而ST現(xiàn)階段的作法，則是充份利用既有的電容式觸控所需要的ADC(類比數(shù)位訊號(hào)轉(zhuǎn)號(hào)器)，讓壓力與觸控的類比訊號(hào)都能由該ADC來進(jìn)行訊號(hào)轉(zhuǎn)換的工作，再交由Cortex-M3架構(gòu)的MCU(微控制器)來進(jìn)行該訊號(hào)的處理。

　　王嘉瑜進(jìn)一步談到，電容式觸控技術(shù)演變至今，對(duì)于類比訊號(hào)的處理已成了十分重要的議題，像是SNR(訊號(hào)雜訊比)值的提升以及訊號(hào)變化量的控制與管理等，都是關(guān)鍵。而ST在過去與智慧型手機(jī)大廠三星，在觸控技術(shù)的合作已有兩年多的時(shí)間，所以也累積了不少的經(jīng)驗(yàn)與專利。

　　而談到晶片整合的策略，王嘉瑜則是透露，在In Cell技術(shù)上，由于ST并沒有面板控制晶片的技術(shù)，所以ST有與臺(tái)廠的面板控制晶片業(yè)者在進(jìn)行策略合作。然而，觀察智慧型手機(jī)的發(fā)展，感測器數(shù)量不斷增加，感測器集線器所面臨的負(fù)擔(dān)相信也日益提高，既然壓力與觸控可以由MCU來處理，那么，再加上動(dòng)作感測器的訊號(hào)，MCU是否也能應(yīng)付?而蘇振隆談到，對(duì)ST來說，這早就是“現(xiàn)在進(jìn)行式”的現(xiàn)象，只要有Cortex-M4核心的MCU，都可以處理前述所談到的多元訊號(hào)處理的工作。

　　提升輸入品質(zhì) MEMS麥克風(fēng)變異性成關(guān)鍵

　　至于前面所提到的語音輸入或是語音控制，此類應(yīng)用在智慧型手機(jī)市場可以說是相當(dāng)常見的使用情境，而MEMS麥克風(fēng)則是近年來扮演相當(dāng)重要的元件之一，根據(jù)IHS在2015年的十一月份的研究報(bào)告顯示，智慧型手機(jī)大廠蘋果在MEMS麥克風(fēng)的使用量呈現(xiàn)逐年成長的態(tài)勢，光是2016年的使用量，就高達(dá)1,045百萬顆以上。

　　圖4 : 語音控制成了近年來在高階智慧型手機(jī)上的一大賣點(diǎn)。(Source：9to5mac.files.wordpress.com)

　　MEMS麥克風(fēng)與其他以MEMS為基礎(chǔ)的元件相同，除了既有的MEMS元件外，還必須搭配專用的ASIC(特殊應(yīng)用積體電路)，專為處理類比訊號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)位訊號(hào)，讓后端的主晶片可以接手處理后續(xù)的運(yùn)算工作。英飛凌射頻及感測元件、電源管理及多元電子事業(yè)處資深行銷經(jīng)理潘哲源表示，早在1998年英飛凌就投入了這個(gè)市場一路到現(xiàn)在，在全球MEMS麥克風(fēng)裸晶供應(yīng)商位居第二的位置。

　　潘哲源談到，今年蘋果已將要將麥克風(fēng)的數(shù)量增加為四個(gè)，自2014年開始，大陸的手機(jī)業(yè)者也開始采用MEMS麥克風(fēng)，其數(shù)量也呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢。

　　從技術(shù)層面考量，為了能讓聲音輸入能避免過多的干擾，對(duì)于SNR(訊號(hào)雜訊值)的要求也相當(dāng)?shù)母?，潘哲源指出，一般來說，要在64dB以上的產(chǎn)品可被用在高端應(yīng)用。但考量共振的情況，MEMS麥克風(fēng)的變異性也相當(dāng)重要，單一的MEMS麥克風(fēng)必須控制在正負(fù)3dB內(nèi)，兩顆的話，就是正負(fù)6dB。

　　蘇振隆也補(bǔ)充說明談到，就語音指令的應(yīng)用上，用到四個(gè)MEMS麥克風(fēng)，主要是可以形成麥克風(fēng)陣列，以作到360度的收音效果，而依照過去ST在市場上的策略，像是波束成形(BeamForming)或是降噪技術(shù)，ST都可以與第三方的合作伙伴合作，來提供對(duì)應(yīng)的解決方案。

　　由于語音輸入或是語音控制是屬于相當(dāng)生活化的應(yīng)用，按理來說，應(yīng)需要軟硬體乃至于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，一起合作，才能挖掘出多元應(yīng)用情境。但潘哲源不諱言，由于英飛凌身為裸晶的供應(yīng)商，相對(duì)沒有機(jī)會(huì)與系統(tǒng)廠或是軟體業(yè)者有所接觸，反倒是與封裝業(yè)者有較多的配合。正如同前面所談到的，既然單一的MEMS麥克風(fēng)必須控制在正負(fù)3dB左右，那么裸晶就必須控制在正負(fù)1dB內(nèi)，畢竟在進(jìn)入封裝程序后，多少還是會(huì)產(chǎn)生誤差。

　　不過，英飛凌射頻及感測元件、電源管理及多元電子事業(yè)處經(jīng)理吳柏毅也補(bǔ)充，英飛凌與軟體業(yè)者有時(shí)候還是會(huì)有些接觸，透過這些交流，反饋到自家的晶片上，來進(jìn)行研發(fā)。

　　而撇開MEMS麥克風(fēng)不談，吳柏毅也透露，在去年六月，英飛凌與Google先進(jìn)科技計(jì)劃團(tuán)隊(duì)(ATAP)聯(lián)手開發(fā)人機(jī)介面感測的解決方案，可望用于穿戴式裝置或其他應(yīng)用。所采用的技術(shù)基礎(chǔ)是60GHz的無線雷達(dá)感測技術(shù)，英飛凌將收發(fā)器、天線與控制元件加以整合在極小且同一封裝內(nèi)。就目前公開的展示影片中，可以看到使用者能在不接觸表冠之下，輕松調(diào)整時(shí)間，開發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)于手指的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作要相當(dāng)高的熟悉度，才能打造出這類的應(yīng)用情境。

　　圖5 : 英飛凌與Google合作，利用60GHz頻段雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行手勢控制技術(shù)開發(fā)。(Source：Google ATAP)

　　結(jié)論

　　大體來看，人機(jī)介面技術(shù)的發(fā)展，這些既有技術(shù)，不論是感測器集線器亦或是感測元件等，仍會(huì)將在將來扮演重要角色。