從技術走向生態?原廠不同視角探討“乘風破浪”的智能家居

智能家居產品大家耳熟能詳,智能音箱、智能門鎖、掃地機器人、智能照明等等,但若要回答一個原始問題——智能家居是什么?恐怕答案莫衷一是,這取決于我們談論智能家居的時候,是將其視為一個產品/技術、一個系統方案、一個業務、還是一個生態。本期深度報道,我們邀請行業內的領先廠商和行業人士,從不同角度討論智能家居產業的趨勢和機遇。


從單品時代走向智能化、場景化方案時代

如果說消費者對于智能家居的認識是建立在種類繁多的智能產品之上,那么接下來成熟的場景化方案或許能讓消費者對智能家居的認識更加立體。四川長虹網絡科技有限責任公司(下文簡稱長虹網絡)物聯網事業部總經理姜海洋說道,從2013年至今,智能家居經歷了眾多風口,包括互聯網電視、智能音箱等爆款單品之爭,操作系統、服務應用等生態構建,有被資本、廠商追捧時的高光時刻,也有因體驗差、不智能、低價競爭導致的市場低谷。

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圖注:四川長虹網絡科技有限責任公司物聯網事業部總經理姜海洋

前期智能家居的主旋律在硬件設備普及和連接上,如今在5G和物聯網等產業快速發展的趨勢下有望從智能單品進入AI智能時代,并改善前期的標準互通問題、網絡問題、接口和格式壁壘問題等等,都讓智能家居產品由單一的信息孤島的閉環模式走向真正的標準化物聯網時代。

目前市面上很多時候都是大量產品的強行連接,功能重復堆砌,讓用戶迷失在一堆單品中間,交互體驗差。我們所看到的用戶期望,應該是把產品回歸為用戶所用的本質,產品必須為痛點買單,做到功能簡單,性能穩定,多場景無縫融合,自然交互,提升用戶使用黏性和滿意度。簡單來說,就是用戶上手難度趨近零,用戶滿意度趨近百分百。

基于不同用戶場景,長虹網絡致力于打造家庭全帶寬綜合業務解決方案,搭配不同技術方案和產品形態,為用戶帶來輕松便捷的智能家居新體驗。

窄帶部分,長虹網絡聚焦在安防和智能控制兩大方向,提供智能插座、紅外人體、門磁、煙感等設備。倡導“輕智能”的理念,“輕”是對消費者而言,價格合理,AI智能管理,無需過多人工干預,讓消費者享受科技進步帶來的生活便利和安全保障。

寬帶部分,依托5G、Wi-Fi 6的高帶寬網絡接入和覆蓋能力,與音視頻收看、監控、VR等大帶寬場景相結合,打造各類智能融合產品,比如5G+IPC、超高清機頂盒+遠場語音、Wi-Fi+NAS存儲+語音控制+Zigbee等,為用戶提供從輕量級控制到復雜應用的完整體驗。

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圖注:長虹網絡家庭全帶寬綜合業務解決方案

對于人工智能、大數據、5G技術運用,長虹網絡也做了很多努力。比如在功耗管理、傳感器檢測、狀態判定等多個領域都有自研的核心算法,能夠保證產品在使用過程中功耗更低、檢測更準、穩定性更高。同時長虹網絡公司注重大數據分析和用戶行為分析等在場景上的定義和自動化上的應用。

長虹網絡的理念是“輕智能”,倡導產品給消費者帶來舒適的生活體驗的同時又感覺不到它的存在,不會為產品煩心。采用簡約化人性化的設計理念,或者說AI化的理念,極簡的交互和智能的引導無需更多的人工干預,即可享受產品帶來的貼心服務,就像一個善解人意的管家一樣。采用人機交互結合智能算法,讓產品時刻學習用戶習慣,做到更懂用戶、更懂需求。

在終端產品通信協議方面,姜海洋表示,長虹網絡更傾向于標準化的鏈接協議,如Zigbee 3.0、LoRaWAN、NB-IoT等,從根本上解決不同品牌產品互聯互通的技術障礙,提升用戶操作體驗。產品通過相應的技術聯盟認證,如Zigbee 3.0認證,做到和其他廠家產品的互聯互通,打破閉環模式。同時,產品支持與谷歌,亞馬遜和華為等生態的融合。在產品體系設計采用模塊化和強包容的理念,云端、手機應用和產品支持多種形式的對接??蛻艨梢詥为氝x擇其中任何一個或幾個部分。

對于5G技術,姜海洋認為5G的三大特性——大帶寬、海量連接和超低時延,可為其帶來更為充滿想象的產品創意空間。例如,智能家居與家庭網絡覆蓋技術的結合,利用Mesh技術可實現智能家居的全屋分布式控制,超高清IPC監控與5G網絡的結合,帶來前所未有的畫質體驗和延時效果。同時,依托云端平臺和終端邊緣計算節點,實現AI賦能,構建更為復雜的應用場景,比如家庭看護、云課堂、個人助理等。


多協議共存、多協議連接變得更加普遍

互聯互通或許是智能家居一直存在的問題,無論是國內還是國外,都存在多生態、多平臺的現狀,不同產品之間無縫連接還不能完美解決,天貓精靈不能喚醒小米電視,蘋果設備無法在谷歌語音助手下實現操作,這與萬物互聯的愿景背道而馳。之所以出現這種情況,有分析認為,一是因為各個廠商更看重產品的使用體驗;二是產品的授權問題;再者就是目前仍以培養消費者剛需為主?;ヂ摶ネǖ膯栴}同樣反映在無線通信協議上,相對于生態/平臺互聯互通的暫時無解,無線通信協議的互聯互通可以通過多協議方案緩解。

1、多協議方案需求提升

Silicon Labs亞太區IoT營銷高級經理陳雄基表示,智能家居應用沒有一種協議能成為絕對主流,藍牙、Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave、Thread和專有網絡都具有不同的特性。為了充分利用各種協議的優勢,優化智能家居設備的性能、功耗和效率,對多協議連接技術的需求與日俱增。因此,智能家居的一個趨勢是:多協議連接變得更加普遍。在這樣的趨勢下,需要一種支持多種無線通信協議的芯片,對于終端廠商而言,這種芯片在成本和產品尺寸上的益處是顯而易見的。Silicon Labs的Wireless Gecko第二代平臺就可以提供具有動態多協議連接能力的無線解決方案,例如EFR32MG21、EFR32MG22E和EFR32BG22等SoC產品都支持多個協議?;诙鄥f議SoC進行設計,可以將無線子系統的材料清單(BOM)減少多達40%,可以簡化印制電路板(PCB)的設計,并且可以通過使用RF共存方法消除多個無線電之間的潛在干擾。

EFR32BG22支持新的藍牙5.2規范、藍牙測向和藍牙網狀網絡,其功耗非常低,可以使藍牙產品的電池續航時間達到10年,從而滿足智能家居等物聯網應用對性價比的要求。EFR32MG22是專為Zigbee Green Power(綠色能源)應用而優化的最小尺寸、最低功耗的SoC,是使用紐扣電池或通過能量收集供電的Zigbee設備的理想選擇,其目標應用包括智能家居傳感器、照明控制等。Silicon Labs對WirelessGecko第二代平臺的芯片、軟件和解決方案開發賦予長期承諾,這使得客戶能夠去實現先進的設計,升級到新的產品功能,并重復利用其硬件和軟件投資(這是單點解決方案所無法做到的)。

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圖注:Silicon Labs亞太區IoT營銷高級經理陳雄基

2、實現聯網安全,同時兼顧產品特性

另外,陳雄基表示,智能家居的另一個趨勢是:更強大但影響較小的安全性。這里的影響是指不能在實現安全性的同時對電池壽命、帶寬、CPU使用率和系統成本等產生不可接受的影響。

Silicon Labs一直致力于在這方面進行深入研究,其Z-Wave SmartStart等新技術使智能家居技術更易于部署且更加安全。SmartStart建立在Z-Wave行業領先的S2安全框架上,該框架是與網絡安全防黑客專家共同開發的,為已經完備的Z-Wave設備提供了更高的不可穿透性。通過在本地為家庭設備以及在集線器或網關中為云功能提供安全的通信,S2完全消除了設備在網絡中被黑客入侵的風險。此外,Silicon Labs還于2020年3月推出了全新的SecureVault技術,該技術憑借當前最先進的硬件和軟件安全保護功能組合,可以幫助物聯網設備制造商提高產品安全性、簡化開發并加快上市時間。


無線通信協議LoRa推動智能家居差異化設計

未來智能家居仍然是多種無線通信協議并存,沒有可以通吃智能家居的唯一無線通信協議,只有符合場景和用戶需求的無線通信協議,在這樣的情況下,LoRa以新姿態進入智能家居領域。

Semtech中國區銷售副總裁黃旭東(Mike Wong)表示,智能家居是一個歷史悠久、但還在持續增長且不斷創新的市場。從商業模式來看,無論是開發商先期集成、還是裝修公司全屋整裝、以及消費者單品購買(DIY),這幾個市場都在快速發展,Semtech及伙伴也提供相應的支持;從技術趨勢來看,諸如Wi-Fi、Zigbee、Z-WAVE和藍牙等技術已經在智能家居中得到了廣泛的應用,但是LoRa的低功耗和廣覆蓋能力,正在使其從各種無線通信協議中脫穎而出,提供智能家居應用一個全新的、具有差異化和優化功能的技術。

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圖注:Semtech中國區銷售副總裁黃旭東(Mike Wong)

實際上LoRa已經加快了在智能家居的商業化。Semtech公司的LoRa技術和芯片產品在全球物聯網領域內得到了廣泛的應用,諸如柚石科技(YoSmart)等公司采用LoRa器件一直在深耕智能家居這個市場,并已經取得了不俗的業績。柚石科技利用LoRa器件開發了YoLink消費級智能家居套件,它包括一系列傳感器,用于移動追蹤、門鎖管理、車庫門監控、燃氣/水閥使用、管道泄漏檢測和電源插座監控等應用。該解決方案可與現有的家庭基礎設施無縫集成,并提供包括能源使用量和使用狀態在內的實時數據。此外,門鎖和管道泄漏傳感器會提醒房主注意潛在的風險,讓用戶對其家居安全性感到放心,并能夠迅速做出反應以防止威脅的產生。

1、LoRa智能家居器件LLCC68d

Mike Wong介紹,Semtech在中國宣布推出全新的LoRa智能家居器件(LLCC68d),從而將LoRa的市場應用范圍從以行業類低功耗廣域網(LPWAN)為主,大幅度擴展到智能家居、社區和消費者應用。LLCC68d收發器可為室內和鄰近區域內的物聯網(IoT)設備提供低功耗和穩定的覆蓋,以連接用于安全防護、環境監測和提供便利等應用場景的無線傳感、控制設備。新的LoRa智能家居芯片LLCC68d兼容國際LoRa聯盟(LoRaAlliance)標準LoRaWAN?協議,可滿足諸如智能鎖和照明等低延遲智能家居應用,實現了低成本網絡擴展,并在今天的物聯網市場中為許多基于LoRaWAN的B2B和B2C解決方案提供了橋梁。

這款新型收發器可支持電池供電無線傳感、控制設備。它具有600nA的休眠電流和4.6mA的工作接收電流功耗等級。借助其對低功耗局域網(LAN)使用場景LoRa調制模式,以及針對傳統使用場景的(G)FSK調制的支持,該器件可與現有的LoRaWAN網絡兼容,并且還可以支持專有通信協議。

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2、LoRa為廠商、用戶帶來更多價值

在智能家居市場中,無論是專業的電氣工程師,還是可能沒有電子技術基礎的消費者,他們的共同需求都是易于安裝和即插即用的便捷性、不受建筑材料及形態影響的無線連接能力、能夠長達數年不用維護的電池續航能力、以及可以從室內擴展到建筑周邊的全面覆蓋。而LoRa技術的低功耗和長距離特征,加上LoRaWAN協議帶來的互聯互通,可以完全滿足這些專業用戶和最終消費者的需求,同時還提供組網靈活、以及可以跟蹤監控室外資產、老人/小孩、寵物等附加功能,從而支撐智能家居系統提供更多的價值。

隨著物聯網和智能化技術及應用的發展,無處不在的聯網和智能成為了一枚硬幣不可分割的兩面,因此Semtech采用了多層次的物聯網和智能化融合策略,并通過與各領域內的伙伴協作,實現兩者協同發展。Semtech為了推動物聯網與人工智能/軟件算法的融合,提供了LoRa Cloud這一簡便易用的云服務,它提供復雜的解決方案組件,并將其轉換為API調用,使用戶可以在LoRa網絡之上快速開發各種智能應用。除此之外,Semtech在中國有很多合作伙伴都在云端提供人工智能和各種應用算法,他們與基于Semtech的LoRa技術的網絡相結合,形成了一個完整的物聯網/智能化大生態,并促進了各自的發展。


智能家居的健康、安全功能將更受關注

隨著5G、AI、云計算等技術的發展,智能化產品已經滲透到我們生活的方方面面,智能家居的發展已經勢在必行。近幾年,智能家居是以住宅為平臺,基于物聯網技術、軟件系統、云計算平臺構成的家居生態圈,通過數據收集,分析用戶行為數據,從而為用戶提供個性化的服務。而在所有智能家居中,家電智能化的比較多,可以說現在我們的生活中已經出現了很多智能家電的身影,比如我們可以遠程通過智能手機、智能音箱指揮掃地機器人、電視機等家電的工作。

傳統家電行業的發展已經放緩,多數傳統品類呈現了下滑趨勢。據資料顯示,全球智慧家庭市場空間預計2023年將增長到1570億美元。艾邁斯半導體(ams)認為,從智能家居的細分領域來看,除了智能家電,智能安防、智能照明、智能音響等市場也在不斷擴大。

智能安防在家庭中也逐漸扮演著越來越重要的角色,像智能門鎖、智能攝像機、智能安防傳感器等或將成為下一個爆發點,尤其是在一些有老人和孩子的家庭,他們對于智能安防類產品的需求會更大。特別是在新冠肺炎疫情暴發以后,人們對于健康和安全的關注度會更大,因此,消費者對于智能設備的需求將更加強烈。人們更加希望在特殊時期,智能設備可以代替人工勞動,或是希望智能設備更好地保護人們安全,例如,為了避免人直接接觸電梯按鍵的無接觸智能乘梯解決方案,實現園區內電梯、門禁、攝像頭、藍牙等設備的互聯管理,住戶通過手機APP、微信小程序或者手機藍牙即可遠程呼叫電梯。

不管是哪種智能家居,都需圍繞用戶需求,讓智能家居的場景真正懂人性,所有用戶指令,都將圍繞自身與家庭的需求,進行場景生成。只有真正從用戶體驗出發,智能家居行業才能走得更長遠。


提升智能產品使用體驗,傳感器角色加重

艾邁斯半導體(ams)是全球領先的先進傳感器解決方案設計和制造商,眾多全球領先制造商均憑借艾邁斯半導體的傳感技術實現先進系統的設計?!皞鞲屑瓷睢?ams致力于創建使設備和技術更智能、更安全、更易用、更環保的傳感器解決方案。

ams認為,目前智能家居還沒有快速推廣和應用的原因之一就是行業內缺乏統一的通信協議標準。智能家居的理想形態一定是多場景聯動的全屋智能。雖然目前智能家居眾多單品放量,但由于品牌眾多、通信協議復雜,智能家居生態處于割裂狀態,設備之間相互獨立,用戶體驗相對單一。

另一個原因就是安全問題。由于智能家居應用場景的特殊性與私密性,安全問題便成了擺在行業面前的一大難題。而這主要分為三個方面,即平臺安全、設備安全和通信安全。平臺安全主要是指智能家居平臺存在的各類安全問題,包括用戶身份認證、設備訪問控制、設備聯動安全等方面;設備安全研究主要集中在設備固件漏洞挖掘和設備側信道分析等方向;通信協議安全主要用于保護用戶敏感信息在傳輸過程中不被泄露或竊取。因此,通信安全研究主要集中在協議漏洞挖掘和網絡使用分析。

用戶的認可是智能家居快速推廣和應用的一個要點。廠商可以從用戶的角度出發,現在的一些智能家居產品只是專注于自身技術和功能的實現,對用戶體驗重視不夠,因此用戶會產生一種“高大空”的感覺。真正的智能家居要圍繞用戶需求,以對家庭的關愛為主導,并可以通過云端的計算了解用戶行為并反饋,形成雙向的人機交互。

針對這些問題,ams接下來會嘗試創新一些適用于智能家電的傳感方案,并大力推進與方案廠商、家電廠商的合作,協助客戶研發各類新型的產品。

1、智能家電或成為行業發展的突破口

智能家電很有可能率先成為智能家居的突破口。隨著生活水平的提高,消費者對智能化的需求也越來越高,一些系統穩定、體驗感強的智能家電越來越被認可。而在全部的智能家居應用中,智能影音和娛樂類產品市場份額約40%,智能電視、智能投影、智能音響類產品市場增長迅速。

家電的智能化要根據周圍環境的不同自動做出響應,不需要人為干預,這種自動感知周圍環境,必然少不了傳感器的參與。因此先進的傳感技術是支持智能家居發展的重要因素。目前有四類傳感器應用在智能家電上,分別是紅外對管、接近傳感器、1D ToF傳感器(區別于3D ToF)和三角距離傳感器。其中,紅外對管和接近傳感器具有成本小、功耗低的優勢,但容易受到外界因素影響。比較適用在智能家居的自動翻蓋和自動掀馬桶圈的衛浴、自動水龍頭等對精度要求不高的場景。1D ToF傳感器的價格偏貴,但性能較高,適用在掃地機器人的障礙物識別和樓梯檢測;智能電視的人體靠近檢測;智能燈的靠近點亮;投影儀的人眼保護以及自動對焦功能;3D智能門鎖等應用場景。

除了傳感技術,人工智能、5G、大數據等技術都是推動智能家居發展的關鍵。因為智能家居不僅提供了傳統家居的居住功能,同時還兼備了設備網絡化、設備信息化、設備自動化,具備全方位交互信息的功能。比如,人工智能中的語音識別、圖像識別等基礎技術,是智能家居的標準配置。5G速度快、頻段多、功耗低和低時延的特點,使智能設備之間的“感知”更精確更迅速,這有利于提高整個智能家居控制系統的智慧化程度。

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圖注:1D ToF傳感器TMF8801結構

2、1D ToF傳感器在智能家居的應用多樣化

ams針對智能家居市場推出了包括0.1℃的高精度溫度傳感器AS6200,可以做溫度控制,實時記錄房間的溫度,從而通知空調等家電做出調整;應用于智能照明方案的AS7221,可以自動調整室內的燈光亮度和色溫;1D ToF測距方案TMF8801/TMF8701用于智能掃地機器人的避障、3D方案可以用于智能門鎖、光譜方案用于知道洗衣機衣物是否清晰干凈等。

ams非??春?D ToF傳感器在智能家居中的應用,其相比其它傳感器具有很多優勢,比如可識別多個物體、精度高、監測距離較遠、可自動校準、抗污能力強等等。以ams的新產品TMF8801為例,其內置算法可以根據測量的結果,自動切換近距和遠距離模式,使近距和遠距的距離計算更加精準。2cm~2.5m檢測距離,可以給智能家電提供了更大的設計空間。

眾所周知,看電視的距離關系著眼部健康,離電視越近,眼內的直肌收縮力也愈強,也就愈容易造成視疲勞,特別是自控力不足的小孩子,不自覺地就會被電視吸引,越靠越近。我們試想一下,可否在電視中裝一個能夠測量人是否接近的方案,一旦有人出現在電視前一定范圍內,電視就會自動提醒或調解亮度或關閉顯示器,以此來達到保護視力的目的?,F在市場上的部分激光電視,為了防止人靠近激光發射端傷害人眼,已經加了距離類的感應傳感器。

除了人體接近檢測外,1D ToF傳感器還可以搭配智能電視的攝像頭實現自動對焦功能。目前主流的相機對焦方案有兩種,一種是基于CCD半導體成像器件的聚焦方案,其利用物體光反射的原理,物體反射回來的光被相機上的傳感器CCD接收,通過計算機處理,帶動電動對焦裝置進行對焦。隨著相機的像素越來越高,對焦時間會越來越久。另一種是測距的對焦方案,使用1D ToF傳感器,可以直接給出對焦距離,這提高了對焦速度,相對于其他對焦方案速度更快,成本也更低。

總之,隨著智能家居的不斷發展,傳感器也將迎來更廣闊的發展前景?!耙詡鞲衅鹘鉀Q方案打造完美世界”一直是ams的使命,而智能家居是打造世界的第一環,未來ams繼續在智能家居行業發力,把芯片做的越來越容易使用,且擁有更多創新功能,以我們自己的方式推進智能家居進一步升級,從而讓用戶獲得更好的體驗。


先進IP方案推動人工智能在智能設備中的應用

人工智能(AI)的介入使得智能設備實現可自主判斷和決策,隨著技術突破,AI引起全世界熱潮,普遍認為人工智能時代即將來臨,而Imagination Technologies的IP方案可為這個目標提供有力的技術支撐。

目前,消費者正迅速地了解真正的AI所帶來的好處,他們將對設備的智能化程度提出更高的要求,這將導致對內置AI功能的新型智能家電的需求激增。Imagination Technologies資深產品總監Andrew Grant表示,“隨著終端客戶對其供應商的要求越來越高,我們看到了一種普遍的趨勢。通過研究我們發現,在這些市場中終端客戶需要高質量的、可為他們帶來明顯優勢的AI控制產品。幸運的是,Imagination的產品非常適用于加速家居監控、通信、可穿戴設備和語音等應用?!?/p>

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圖注:Imagination Technologies資深產品總監Andrew Grant

用戶需要簡單、易用的解決方案。例如,爐灶可以自行關火,從而不會使食物煮焦;又如,可以遠程使用家居監控系統來查看誰在自己家門口,從而可以與訪客或快遞員進行溝通。用戶還希望設備可以了解自己的喜好,例如知道是誰訂購了產品,或者了解用戶對家中空調或暖氣的使用偏好,甚至知道冬天的早晨應該何時開燈。當我們將真正的AI置入設備中時,上述所有功能就會伴隨著AI的便利性而實現了。

據介紹,Imagination Technologies是一家芯片IP供應商,其IP作為構建模塊被用于專業的系統級芯片(SoC)中。Imagination可以為家用電器和可穿戴設備提供全面支持,包括基于Imagination神經網絡加速器(NNA)系列產品的嵌入式人工智能(AI)解決方案、圖形處理器(GPU),以及通過Imagination的Wi-Fi和低功耗藍牙(Bluetooth LE)產品所實現的連接能力。

1、提升邊緣設備運行AI神經網絡能力

Imagination的技術可以應用于嵌入式和移動設備、電視、空調以及家庭和工作場所中的許多其他設備。Imagination打造了在邊緣設備上運行AI神經網絡推理的能力,從而使自己成為人工智能物聯網(AIoT)領域的領導者。Imagination的NNA具有無與倫比的可擴展性,從小于1平方毫米的單核到擁有極高算力的多核,Imagination可提供從1TOPs(每秒萬億次運算)到160TOPs的計算能力。相比運行相同任務的CPU,NNA的計算速度可以快100倍。

Imagination是邊緣和終端設備AI推理的全球領導者。Imagination的NNA為設備提供了“大腦”,可以非??焖俚剡\行神經網絡和機器學習AI任務,從而支持邊緣設備運行面部識別、物體識別和分類功能,其運行速度放在以前只有數據中心應用才能達到。而現在,這些功能在家里的設備上就可以執行,或許這對隱私和性能都有好處。

Imagination可以轉換和運行原本用于數據中心的網絡,例如百度飛槳(PaddlePaddle)框架,并將它們導出為適用于邊緣推理的版本。這意味著用戶可以在家用AI設備上受益于對速度/性能和精確度進行了優化的小型網絡模型。

2、著眼于未來的應用場景,探索AI應用機遇

Imagination將重點關注在未來的探索和創新過程中會出現的終端用戶應用場景,并創建可以在未來幾年支持這些應用場景的IP。例如,Imagination可以設想消費者和終端客戶將如何在家中使用家用機器人,然后確保Imagination的芯片設計具有前瞻性、未來適用性和高度靈活性,從而可以用于全新的應用場景。

Imagination相信,人工智能在智能家居領域擁有非常光明的前景,而Imagination才剛剛起步。Imagination正致力于探索中國的白色家電、空調和其他AI應用的機遇,期待可以幫助終端客戶在未來享受智能家居帶來的優勢。


語音交互成主流,多功能微控制器加速離線語音開發

使用體驗是智能設備開發時的關注點,除了借助新型傳感器之外,當涉及到機器學習的時候,還依賴具備一定算力的微控制器:在語音識別應用上,機器學習在開發上更加便利,開發者不需要有深厚的經驗,僅需有足夠的數據即可,因此帶動機器學習在更多場景中的運用。云端實現的語音識別存在隱私問題,并且使用體驗受限于網絡連接質量,因此,基于機器學習的離線語音識別技術開始普及。

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圖注:離線語音識別與云端語音識別對比

離線語音識別設備可以讓用戶在無需聯網的情況下使用,隔絕外部數據收集,保證用戶的安全與隱私,在實現操控的同時,兼顧便利與安全。新唐科技微控制器應用事業群副總經理林任烈介紹,在智能家居領域,對于大部分具有控制需求的家電,都可以透過附加離線語音識別的能力來及提升產品價值,比如:空調、洗衣機、烤箱、微波爐等。

通常離線語音識別的核心部分是“喚醒詞”引擎或者算法,該算法根據收集到的足夠多的音頻樣本,建立出喚醒詞數據集,并用此進行訓練。林任烈表示,離線語音識別的難點在于,客戶需要對語音識別算法有一定的基礎才能開發產品。針對這個問題,新唐科技提供新一代的機器學習架構,并提供相關的開發平臺,協助客戶快速開發語音識別產品,用戶僅制作集喚醒詞數據集,即可完成設計。新唐科技NuMaker-PFM-M487、NuMaker emWin M487平臺支持自行定義語音指令、語言與數量。新唐提供的語音訓練模型與云端訓練相比,是較為輕量化的語音關鍵詞識別,核心微控制器M487特性包括:

高達192MHz的指令周期(Cortex-M4內核),工業級操作溫度范圍-40°C至105°C

完整的硬件加解密加速器支持包含AES、DES、TDES、ECC、SHA、HMAC等加解密算法,以及RNG隨機數產生器

支持Secure Boot、KPROM、SPROM、Flash Lock、Tamper detection等安全功能

支持Ethernet 10/100 MAC、USB高速接口(帶片上PHY)、USB全速界面(帶片上PHY)、CAN BUS2.0B界面

豐富模擬外設包含一組12bit5 MSPS ADC、兩組12bit 1 MSPSDAC、三個運算放大器、兩個模擬比較器提供完備軟件開發平臺與多種RTOS,如Arm Mbed、FreeRTOS、AliOS,迅速開發應用軟件,連至云服務,產生新智能應用。

新唐使用深度神經網絡(DeepNeural Networks, DNN)和卷積神經網絡(Convolutional Neural Networks, CNN)兩種不同的機器學習模型,并使用梅爾頻率倒譜系數(Mel-Frequency Cepstral Coeff icient,MFCC)來擷取音頻特征,并輸入模型訓練。用戶可以根據訓練結果,自行調整模型大小和參數,取得最適合的機器學習模型。


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圖注:新唐科技NuMaker-PFM-M487(上)和NuMaker-emWin-M487(下)開發板


克服傳統掃地機器人弊端,SLAM技術前景看好

掃地機器人是一個熱門智能家居產品,早期的掃地機器人移動軌跡并無規律,碰壁、被障礙物卡住等問題是常見的現象。新技術的運用使得目前的掃地機器人已變得非常智能,可通過傳感器對室內的環境進行掃描建圖,并實現自主規劃式清掃,還能做到自主回充、斷點續掃等功能。

這種技術被稱為SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)可即時定位與地圖構建,SLAM使得機器人或其他設備在自身位置不確定的條件下,在完全未知環境中創建地圖(Mapping),同時利用地圖進行自主定位和導航(Localization),實現路徑規劃(Navigation)的技術。傳統的視覺定位導航、GPS定位導航、超聲波定位導航等存在缺憾,日漸式微,相比之下,SLAM開始乘勢而起,技術的不斷演進,SLAM解決了其運算量巨大、需要PC級別處理器的瓶頸。

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圖注:深圳樂動機器人營銷總監David Nie

據深圳樂動機器人營銷總監David Nie介紹,SLAM在智能家居行業的前景還是廣闊的,除了居家安防機器人外,還可以用于空調清潔移動機器人和陪伴機器人等需要底盤控制及室內檢測的等產品。樂動機器人所采用的核心芯片為100%國產主流Arm構架的四核1.3GHz/1.4GHz高性能芯片,算力可以支持視覺、SLAM算法、運動控制、精準避障、快速定位、即時建圖等機器人絕大多數功能,為國內掃地機器人行業所使用的最高等級處理器,并提供雙核1.2GHz芯片的降本方案。

樂動機器人使用的是775-795納米波長(三角測距雷達)及905納米(ToF激光雷達)技術,激光安全等級FDA Class1,為市場主流掃地機器人所采用雷達激光規格,采用三角測距法或ToF方案通過電機帶動激光頭做360°激光掃描,實現對環境的邊界測量并構建地圖。激光雷達具有價格經濟性好和環境適應性強的優勢,在白天和黑夜的工作環境下都能實現比較好的地圖構建及規劃,但對小障礙物體識別能力上沒有視覺SLAM(VSLAM)強,但如果搭配線激光雷達(如樂動固態激光雷達),可以極大的彌補這方面的短板。VSLAM為未來掃地機及AI視覺提供了一個方向,是一個極好的賣點,如不考慮成本的因素(如一個雙目攝像頭的成本為100元人民幣以上,加上更高的算法芯片及更高的光濾波零件,總成本增加約150-180元人民幣以上),搭配足夠強的算法團隊,VSLAM應該可以提供更好的障礙物規避,居家安防等功能,但是視覺方案受限光的干擾,天生對環境適應能力差,比如在落地窗等高光,以及黑暗環境下的識別能力大打折扣。


智能設備仍不是消費者剛需,家裝渠道或為其“帶貨”

廠商以新技術、新功能力推智能產品的時候,消費者買單嗎?建博網創始人兼總經理大荔(殷春燕)認為,智能家居概念已經火了很多年,但這個行業圈內紅火、圈外冷,換言之,就是搞產品、搞電子制造的供應商很活躍,但是另外一邊,消費者對于智能家居產品的接受度并不高,因此,智能產品要想大規模滲透到市場,渠道的力量很關鍵。

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圖注:建博網創始人兼總經理大荔(殷春燕)

大荔表示,消費電子是靠技術創新去驅動的一個產業。以智能手機為例,每一輪智能手機技術革新都是因為處理器芯片的升級,驅動力來自于諸如高通、Arm這樣的公司不斷提升處理器性能,手機隨之迭代,不斷支持更大、更復雜軟件和應用,在這個過程中,用戶粘度會越來越強。另一個驅動力來自于像華為這樣的公司,在通信技術上走在世界的前列,讓我們有更大的無線網絡帶寬,從而帶動消費電子產業的升級,本質上也是技術成熟驅動。

智能家居和消費電子產業的邏輯不一樣,是技術先行,最早就是由通信技術公司開始推動市場,他們從技術的角度看到市場的未來,但是從市場的角度來看,結果卻未盡如人意,智能家居發展了將近有10年的時間,其實并沒有真正的大熱起來。問題出在哪里呢?大荔認為,技術只是智能家居的基礎層,比如說無線通信技術,包括甚至是5G,都是智能家居的基礎層。但是智能家居是一個系統方案,不是一個產品、一個技術,現在最大的瓶頸在于場景方案不成熟。產品公司設計了一堆產品功能,但是消費者感知不到這些功能有什么實質性價值。很多智能產品在消費者手中真正使用期限只有三個月,也就是說,消費者出于新鮮感,將產品買回去,然后發現沒有什么實際用處,三個月之后產品就很有可能被消費者擱淺,這其實違背了做智能家居和物聯網的初衷。

大荔認為,目前智能家居產品落地往往有兩種方式,一種是爆品,通過品牌本身在C端具有較高認知度實現產品落地,比如像小米、華為,這種產品往往具有很強的消費力。另一種是全屋整裝,通過諸如地產這樣的精裝渠道,以前裝智能家居系統方案的形式落地。在第二種方式中,消費者感知的并不是某一兩款智能產品,而是全屋整裝解決方案,包含精裝修、家電、控制系統、軟裝等,此時智能產品只是智能家居一個組成部分。許多智能家居廠商已經開始與房地產、家裝公司合作,將其產品集成進智能家居整體解決方案,一方面借助線下渠道的力量更快地觸達消費者,一方面將目標用戶拓展至消費能力更強、年齡層次更廣的群體中。

但是智能家居廠商面臨的難題是,第一,如何讓傳統的、有很強落地和帶貨能力的家居建裝渠道商選擇好的產品和方案,第二,如何讓這些渠道商更好地推廣產品,向消費者傳遞產品價值,甚至是知道如何設計出場景化、系統化方案。第三,家居電商才是最了解消費者需求的渠道商,未來下一代智能家居解決方案或將由家居電商向上游產品和系統方案商提出需求,智能家居廠商需要考慮如何與家居電商深入合作。要解決上述難題,就需要一個中間媒介,實際上這是建博網創建的初衷,也就是在智能產品供應商和家居電商渠道之間建立通道,讓前者的產品更快進入市場。


來源:本文已首發于《中國電子商情·芯聞路1號》7月刊“深度報道”欄目。


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