智能手機由于兼具聯網、多媒體播放等諸多應用功能,令其采用的嵌入式系統核心應用領域漸受關注,蘋果的iOS和Android OS嵌入式系統相繼鎖定大屏幕的智能電視應用,以現成的嵌入式系統解決方案與硬件的高度集成,成為發展未來智能家電的絕好方案。
智能手機可以說是目前IT產業最熱門的終端產品,不只是產品的體積越來越薄、越來越小,產品的運行效能還直逼尋常使用的臺式電腦、筆記本電腦,近來又因為手機執行的3D電玩與應用程序激增,連行動處理器業者亦發展雙核心、4核心...等大型設備才會應用的多核處理器方案來因應市場需求。
智能手機成熱門 云應用熱潮延燒數碼家電
以目前極為熱門的iPhone為例,發展至今,蘋果已經將iOS延伸至自家的多媒體播放器(Portable media player;PMP)、數碼機頂盒(Set-top-box;STB),如iPod Touch、Apple TV...等消費性產品,以Apple TV來觀察,轉換至嵌入式系統與自家嵌入式單板計算機解決方案后,再搭配應用元件的小幅調整,可以讓原有的產品體積縮小數倍,產品的運行功耗也能大幅度降低,甚至連元器件成本都可因為改采移動版的嵌入式操作系統,而獲得大幅削減。
集成SiS單芯片方案的智能電視
另一方面,以iPhone較具規模的競爭對手Google Android來說,也呈現近似的發展軌跡,尤其聯網需求相對較高的電視產品,目前也發展出Smart TV智能電視產品線,通過Android機頂盒或是直接將處理運算、聯網應用的單板模塊與電視設備進行集成,形成一體成形的Smart TV產品,是目前針對電視聯網、數碼娛樂需求,一個最快速、便捷且利于開發的產品集成方案,這種開放操作系統搭配簡易之硬件平臺,令設備具聯網應用的目的,已成為發展智能家電的開發捷徑。
Android開放式軟件平臺,相較于臺式電腦的系統平臺,由于初始運行環境即缺省以相對有限的運算資源為主,例如,手機、控制設備等聯網系統設計應用,因此,對比于資源近似無限的臺式電腦環境(存儲器動輒超過4GB、硬盤為TB級容量),嵌入式系統能提供的硬件效能、儲存容量、存儲器容量等規格均相對受限許多。
Android具數碼家電集成應用優勢
也正因為平臺資源相當受限,因此Android這類開放性系統源碼,也發展出相對較為輕量的操作系統環境,只要運行的硬件平臺提供合理的硬件資源,架構于硬件之上的嵌入式操作系統針對集成的特殊應用,也能達到兼具效能與效用的系統服務水平。
而在智能手機獲得成功的軟件市集商務形式,在嵌入式系統也成為新的獲利模式或核心應用。例如,Apple通過AppStore販售大量的數碼內容App、iBook Store販售數碼內容,甚至新一代的Newsstand亦可發展出一套穩健獲利的訂閱型內容服務。這種發展態勢讓不少硬件制造商開始重新審視,能否在現有極為微利的電子產品上,再通過嵌入式系統的云端集成應用服務,進行產品深入集成,達到終端、內容、網絡無縫式的應用環境,讓消費者能以更簡單、輕松的形式取得所需的數碼商品。
但現在的數字家庭設備產品,大多數仍維持封閉系統形式,不少設備彼此間雖然有應用融合的功能開發趨勢與不同產品連接傳輸需求持續增加,但實際上要滿足設備間的資源分享應用,仍相當困難。
在80~90年代,多數消費者在家電的娛樂體驗,主要以時光平移應用(Time Shifting)為主,例如,隨時利用攝像機(Video Cassette Recorder;VCR)、個人攝像機(Personal video recorder;PVR)進行錄制,隨后發展DVR(digital video recorder)進行節目觀賞。近年的多媒體應用發展,不光只是要求Time Shifting,而是將需求拉高到Place Shifting易地播放的新門檻,這時集成云計算、移動無線傳輸應用等需求,即成為數碼家電的重要發展方向。
而目前消費性電子產品彼此的區隔呈現日漸模糊的態勢,不同于以往多以使用地點、使用情境來區別電子產品的應用方式,例如,臺式電腦在辦公室或書房使用,而筆記本電腦則可攜至戶外、圖書館使用,除使用型態、環境之外,科技進展讓零組件的性能、功能大幅躍進。
例如,硬盤動輒數TB,而Flash記憶卡動輒8~16GB,這使得原先無法應付高清影音儲存的移動設備,只要通過簡單轉檔、儲存,就能將以前必須在電視前觀看的影音節目隨身攜帶,甚至借助云計算與網絡技術,還可通過網絡實時下載視頻于手機、嵌入式系統聯網設備或多媒體設備,觀賞以往必須通過藍光光盤、DVD光驅搭配電視才能享受的高清娛樂內容。
用戶使用習慣改變 影響數碼家電集成趨勢
不管是網絡的、技術的、元器件的各方面突破,將現有的數碼產品應用型態完全打破,智能手機已可以提供臺式電腦(甚至是1部LCD TV)近8成的應用內容,通過簡單的嵌入式系統集成,也可滿足近乎臺式電腦的相關應用需求。
對于數碼家電而言,下一代的產品(數碼電視、機頂盒、數字媒體服務器)還要能實現Source Shifting來源轉移的應用目標,意即用戶可在任一設備上,存取來自區域設備、網絡或互聯網等不同來源的數碼內容,但這個目標的達成前提是家庭中的各項設備必須能順利地相互連接并具備上網功能,要達到此目的,則需要搭配完整的操作系統,可用的嵌入式設計選項目前僅Android在系統基礎、開發資源具備相對完善的條件。
利用DLNA技術,可讓家電、信息設備輕松建構資料傳輸與交流的管道(博通)
要達到前述的設備聯網目的,必須通過一種聯網標準統一規范設備連接支持需求,例如, Digital Living Network Alliance(DLNA)技術,只要設備經DLNA認證兼容,即能令使用者可通過網絡連結不同的聯網設備來分享數碼內容。
縱觀數碼家電的發展軌跡,會發現電視是最熱門的關鍵產品,因為電視本身即具備最適合呈現數碼商品、數碼內容的大型屏幕,電視又是使用者每日都會頻繁接觸、持續應用的電子產品,只要再集成運算、儲存、聯網機能,即可讓TV衍生出媒體載具的多元應用條件。
增值應用開發 仍需考慮開發資源的后繼支持
但傳統電視數字化過程,第一個會碰到的問題即用戶利用電視的習慣偏好固定,例如,通過Remote Control遙控器來進行功能設定、切換動作,而電視徒具大屏幕,若沒有發展對應的控制操作功能,將造成用戶無法有效掌握電視呈現的大量內容,進而影響電視數碼化、聯網化的使用者體驗(User Experience)。
而單純針對Remote Control功能追加設計,對于嵌入式系統應用來說并不是太難的工作,只是除了單純的Remote Control之外,新的趨勢與需求是集成娛樂的應用平臺,新產品還要在Remote Control上加入更多增值設計規劃,例如,陀螺儀傳感器、加速度計等,令Remote Control與聯網平臺下載的體感互動游戲能達到更進一步的結合。
數碼家電云計算服務 面臨多屏顯示尺寸支持問題
這方面的集成設計,目前在釋出Android的源碼端,僅有OS核心方面的控制應用支持,若要將原有系統應用的傳感機制再集成無線技術(如藍牙),來進行Remote Control與體感互動控制,必須花更多心力來進行相關設計,而體感控制的設計方案即便在硬件方面已獲實現,緊跟著將考驗后續的應用軟件數量與質量問題,如果沒有大廠的應用方案來加以驅動,基本上這類應用仍會遭遇市場的嚴厲考驗。
而在云計算方面,目前數碼家電設計方案,大多采取將原有產品增設屏幕的方式處理,來滿足快速應用云服務的內容呈現與操作需求,但要將數碼家電接上云服務之前,肯定會先遭遇終端設備處理多屏幕顯示、不同分辨率的問題,例如在Android 2.x/3.x都曾遇到必須處理多種分辨率屏幕顯示的問題,除非因應數碼家電的云服務不需要顯示,或是顯示環境為可預知的封閉系統,否則開發端都必須面對未來多屏幕顯示的技術支持問題。
即便在Android 4.x系統缺省可支持多屏幕顯示的使用者接口(User interface;UI),但實際上Android版本越新代表硬件的限制也逐步提升,其采行的硬件解決方案之零組件成本也會跟著水漲船高,這對商品系統開發不見得是件好事。
另一方面,改善多屏幕顯示兼容設計,應對多種數碼家電的云服務接入需求,為了達到每種設備均能呈現最佳化終端頁面效果,較實際的作法是利用Widget工具來實現多屏幕分辨率的支持,不只包含UI體驗最佳化設計,也可讓數碼家電輕松因應不同應用程序獲得增值功能,甚至由家電廠商直接開發信息入口網站,衍生更豐富的應用程序支持。
再從技術觀點檢視,數碼家電集成聯網應用的需求,仍必須持續朝向低成本、多格式媒體解碼器支持方向進行,一般的作法會采取系統單芯片(System-on-a-chip;SoC)方案來解決系統載板的簡化設計,甚至是利用極小的功能載板來統一為各式數碼家電提供一個快速升級系統化聯網應用的基礎模塊,而開發端則可將設計心力投注在集成應用服務方面,尤其是云服務與數碼家電集成的關鍵應用。
嵌入式系統平臺開放優勢 快速集成增值應用服務
另一個硬件發展方向,是寬帶上網應用與服務成本日益下滑,這會促使數碼家電開發商積極思考善用高速網絡傳輸的各式增值應用,尤其是針對各種媒體網站大量內容的存取,在系統載板即可集成802.11g/11n等高速無線網絡應用標準,數碼家電甚至可以不用實線即可讓家電連上網絡,未來的家電加載屏幕還可應對720p/1,080p高畫質、高分辨率數碼互動內容的應用需求。
過去數碼家電制造商曾開發相關網絡應用方案,但多數均未能獲得市場正面回應,因為這類產品在擴充性、兼容性方面頗受限,大多僅能與自家設備互通,甚至因為開發成本昂貴,進而反應于產品售價,甚至僅能采集特定網絡內容、私有云服務,造成使用上的各種不便。由于數碼家電的軟件都必須搭配特定硬件才能運行,亦造成開發成果難以移植到其它系統平臺,影響相關服務的使用便利性。
在開放系統平臺進行開發工作,有相當多的好處,因為開發人員能善用現成的軟件元件,因應不同的開發需求得以重新組建所需的功能,同時也不需支付軟件版權費或授權費用。開發團隊若能找來具經驗的開源碼軟件工程人員,則軟件開發工作將變得更快速、更具成本效益。
在眾多開源開發平臺方面,以Android系統為最重要的系統資源,目前大量的智能手機均采用Android虛擬化平臺進行軟件開發,這意味著尋求開發資源或是組建專案開發團隊的難度會降低,可更快速的建構專案組織,處理各式開發需求,達到加速產品開發時程、降低成本、最小化開發資源之開發目的,同時通過應用內容的增值集成,來增加數碼家電的產品差異化設計。
即便Android目前似乎是開發數碼家電集成電算平臺的最佳選擇,但由于Android最初是因為智能手機開發需求而產生,多數功能性都必須再投入開發資源,才能延伸額外的數碼家電嵌入式設備的使用模式,增值集成方面仍需投入資源進行功能建構。例如,為實現聯網數碼電視應用,若采用Android操作系統,則必須重新投入開發資源來處理數字廣播、網絡電視所需的高畫質影音串流傳輸,同時還須搭配中介軟件進行應用集成,甚至還要在傳輸中進行DRM(Digital rights management)數碼內容保護措施,令內容存取滿足安全性的應用標準;此外,為應對Place Shifting易地播放需求,還得符合網絡存取和內容分享的DLNA標準。
為了增加系統的可用度與最佳使用體驗,OS本身另需針對多工處理進行更深入的集成開發,但以手機應用為主的Android系統平臺,在應對真正的多工作業仍有力不從心的問題,因為Android會在執行過程中依據系統資源進行分配,若是現行的應用程序要求資源過多時,可能會適時關閉背景應用程序來爭取更完善的運行條件,這在數碼家電應用情景中可能是無法被接受的。以家電的DVR應用為例,錄像與數碼電視訊號處理同步進行,若因為預約錄像要與正常數碼影音播放程序互搶執行資源,造成某個工作因此被強制關閉,顯然是使用者所無法接受的狀況。