智能手机由于兼具联网、多媒体播放等诸多应用功能,令其采用的嵌入式系统核心应用领域渐受关注,苹果的iOS和Android OS嵌入式系统相继锁定大屏幕的智能电视应用,以现成的嵌入式系统解决方案与硬件的高度集成,成为发展未来智能家电的绝好方案。
智能手机可以说是目前IT产业最热门的终端产品,不只是产品的体积越来越薄、越来越小,产品的运行效能还直逼寻常使用的台式电脑、笔记本电脑,近来又因为手机执行的3D电玩与应用程序激增,连行动处理器业者亦发展双核心、4核心...等大型设备才会应用的多核处理器方案来因应市场需求。
智能手机成热门 云应用热潮延烧数码家电
以目前极为热门的iPhone为例,发展至今,苹果已经将iOS延伸至自家的多媒体播放器(Portable media player;PMP)、数码机顶盒(Set-top-box;STB),如iPod Touch、Apple TV...等消费性产品,以Apple TV来观察,转换至嵌入式系统与自家嵌入式单板计算机解决方案后,再搭配应用元件的小幅调整,可以让原有的产品体积缩小数倍,产品的运行功耗也能大幅度降低,甚至连元器件成本都可因为改采移动版的嵌入式操作系统,而获得大幅削减。
集成SiS单芯片方案的智能电视
另一方面,以iPhone较具规模的竞争对手Google Android来说,也呈现近似的发展轨迹,尤其联网需求相对较高的电视产品,目前也发展出Smart TV智能电视产品线,通过Android机顶盒或是直接将处理运算、联网应用的单板模块与电视设备进行集成,形成一体成形的Smart TV产品,是目前针对电视联网、数码娱乐需求,一个最快速、便捷且利于开发的产品集成方案,这种开放操作系统搭配简易之硬件平台,令设备具联网应用的目的,已成为发展智能家电的开发捷径。
Android开放式软件平台,相较于台式电脑的系统平台,由于初始运行环境即缺省以相对有限的运算资源为主,例如,手机、控制设备等联网系统设计应用,因此,对比于资源近似无限的台式电脑环境(存储器动辄超过4GB、硬盘为TB级容量),嵌入式系统能提供的硬件效能、储存容量、存储器容量等规格均相对受限许多。
Android具数码家电集成应用优势
也正因为平台资源相当受限,因此Android这类开放性系统源码,也发展出相对较为轻量的操作系统环境,只要运行的硬件平台提供合理的硬件资源,架构于硬件之上的嵌入式操作系统针对集成的特殊应用,也能达到兼具效能与效用的系统服务水平。
而在智能手机获得成功的软件市集商务形式,在嵌入式系统也成为新的获利模式或核心应用。例如,Apple通过AppStore贩售大量的数码内容App、iBook Store贩售数码内容,甚至新一代的Newsstand亦可发展出一套稳健获利的订阅型内容服务。这种发展态势让不少硬件制造商开始重新审视,能否在现有极为微利的电子产品上,再通过嵌入式系统的云端集成应用服务,进行产品深入集成,达到终端、内容、网络无缝式的应用环境,让消费者能以更简单、轻松的形式取得所需的数码商品。
但现在的数字家庭设备产品,大多数仍维持封闭系统形式,不少设备彼此间虽然有应用融合的功能开发趋势与不同产品连接传输需求持续增加,但实际上要满足设备间的资源分享应用,仍相当困难。
在80~90年代,多数消费者在家电的娱乐体验,主要以时光平移应用(Time Shifting)为主,例如,随时利用摄像机(Video Cassette Recorder;VCR)、个人摄像机(Personal video recorder;PVR)进行录制,随后发展DVR(digital video recorder)进行节目观赏。近年的多媒体应用发展,不光只是要求Time Shifting,而是将需求拉高到Place Shifting易地播放的新门槛,这时集成云计算、移动无线传输应用等需求,即成为数码家电的重要发展方向。
而目前消费性电子产品彼此的区隔呈现日渐模糊的态势,不同于以往多以使用地点、使用情境来区别电子产品的应用方式,例如,台式电脑在办公室或书房使用,而笔记本电脑则可携至户外、图书馆使用,除使用型态、环境之外,科技进展让零组件的性能、功能大幅跃进。
例如,硬盘动辄数TB,而Flash记忆卡动辄8~16GB,这使得原先无法应付高清影音储存的移动设备,只要通过简单转档、储存,就能将以前必须在电视前观看的影音节目随身携带,甚至借助云计算与网络技术,还可通过网络实时下载视频于手机、嵌入式系统联网设备或多媒体设备,观赏以往必须通过蓝光光盘、DVD光驱搭配电视才能享受的高清娱乐内容。
用户使用习惯改变 影响数码家电集成趋势
不管是网络的、技术的、元器件的各方面突破,将现有的数码产品应用型态完全打破,智能手机已可以提供台式电脑(甚至是1部LCD TV)近8成的应用内容,通过简单的嵌入式系统集成,也可满足近乎台式电脑的相关应用需求。
对于数码家电而言,下一代的产品(数码电视、机顶盒、数字媒体服务器)还要能实现Source Shifting来源转移的应用目标,意即用户可在任一设备上,存取来自区域设备、网络或互联网等不同来源的数码内容,但这个目标的达成前提是家庭中的各项设备必须能顺利地相互连接并具备上网功能,要达到此目的,则需要搭配完整的操作系统,可用的嵌入式设计选项目前仅Android在系统基础、开发资源具备相对完善的条件。
利用DLNA技术,可让家电、信息设备轻松建构资料传输与交流的管道
要达到前述的设备联网目的,必须通过一种联网标准统一规范设备连接支持需求,例如, Digital Living Network Alliance(DLNA)技术,只要设备经DLNA认证兼容,即能令使用者可通过网络连结不同的联网设备来分享数码内容。
纵观数码家电的发展轨迹,会发现电视是最热门的关键产品,因为电视本身即具备最适合呈现数码商品、数码内容的大型屏幕,电视又是使用者每日都会频繁接触、持续应用的电子产品,只要再集成运算、储存、联网机能,即可让TV衍生出媒体载具的多元应用条件。
增值应用开发 仍需考虑开发资源的后继支持
但传统电视数字化过程,第一个会碰到的问题即用户利用电视的习惯偏好固定,例如,通过Remote Control遥控器来进行功能设定、切换动作,而电视徒具大屏幕,若没有发展对应的控制操作功能,将造成用户无法有效掌握电视呈现的大量内容,进而影响电视数码化、联网化的使用者体验(User Experience)。
而单纯针对Remote Control功能追加设计,对于嵌入式系统应用来说并不是太难的工作,只是除了单纯的Remote Control之外,新的趋势与需求是集成娱乐的应用平台,新产品还要在Remote Control上加入更多增值设计规划,例如,陀螺仪传感器、加速度计等,令Remote Control与联网平台下载的体感互动游戏能达到更进一步的结合。
数码家电云计算服务 面临多屏显示尺寸支持问题
这方面的集成设计,目前在释出Android的源码端,仅有OS核心方面的控制应用支持,若要将原有系统应用的传感机制再集成无线技术(如蓝牙),来进行Remote Control与体感互动控制,必须花更多心力来进行相关设计,而体感控制的设计方案即便在硬件方面已获实现,紧跟着将考验后续的应用软件数量与质量问题,如果没有大厂的应用方案来加以驱动,基本上这类应用仍会遭遇市场的严厉考验。
而在云计算方面,目前数码家电设计方案,大多采取将原有产品增设屏幕的方式处理,来满足快速应用云服务的内容呈现与操作需求,但要将数码家电接上云服务之前,肯定会先遭遇终端设备处理多屏幕显示、不同分辨率的问题,例如在Android 2.x/3.x都曾遇到必须处理多种分辨率屏幕显示的问题,除非因应数码家电的云服务不需要显示,或是显示环境为可预知的封闭系统,否则开发端都必须面对未来多屏幕显示的技术支持问题。
即便在Android 4.x系统缺省可支持多屏幕显示的使用者接口(User interface;UI),但实际上Android版本越新代表硬件的限制也逐步提升,其采行的硬件解决方案之零组件成本也会跟着水涨船高,这对商品系统开发不见得是件好事。
另一方面,改善多屏幕显示兼容设计,应对多种数码家电的云服务接入需求,为了达到每种设备均能呈现最佳化终端页面效果,较实际的作法是利用Widget工具来实现多屏幕分辨率的支持,不只包含UI体验最佳化设计,也可让数码家电轻松因应不同应用程序获得增值功能,甚至由家电厂商直接开发信息入口网站,衍生更丰富的应用程序支持。
再从技术观点检视,数码家电集成联网应用的需求,仍必须持续朝向低成本、多格式媒体解码器支持方向进行,一般的作法会采取系统单芯片(System-on-a-chip;SoC)方案来解决系统载板的简化设计,甚至是利用极小的功能载板来统一为各式数码家电提供一个快速升级系统化联网应用的基础模块,而开发端则可将设计心力投注在集成应用服务方面,尤其是云服务与数码家电集成的关键应用。
嵌入式系统平台开放优势 快速集成增值应用服务
另一个硬件发展方向,是宽带上网应用与服务成本日益下滑,这会促使数码家电开发商积极思考善用高速网络传输的各式增值应用,尤其是针对各种媒体网站大量内容的存取,在系统载板即可集成802.11g/11n等高速无线网络应用标准,数码家电甚至可以不用实线即可让家电连上网络,未来的家电加载屏幕还可应对720p/1,080p高画质、高分辨率数码互动内容的应用需求。
过去数码家电制造商曾开发相关网络应用方案,但多数均未能获得市场正面回应,因为这类产品在扩充性、兼容性方面颇受限,大多仅能与自家设备互通,甚至因为开发成本昂贵,进而反应于产品售价,甚至仅能采集特定网络内容、私有云服务,造成使用上的各种不便。由于数码家电的软件都必须搭配特定硬件才能运行,亦造成开发成果难以移植到其它系统平台,影响相关服务的使用便利性。
在开放系统平台进行开发工作,有相当多的好处,因为开发人员能善用现成的软件元件,因应不同的开发需求得以重新组建所需的功能,同时也不需支付软件版权费或授权费用。开发团队若能找来具经验的开源码软件工程人员,则软件开发工作将变得更快速、更具成本效益。
在众多开源开发平台方面,以Android系统为最重要的系统资源,目前大量的智能手机均采用Android虚拟化平台进行软件开发,这意味着寻求开发资源或是组建专案开发团队的难度会降低,可更快速的建构专案组织,处理各式开发需求,达到加速产品开发时程、降低成本、最小化开发资源之开发目的,同时通过应用内容的增值集成,来增加数码家电的产品差异化设计。
即便Android目前似乎是开发数码家电集成电算平台的最佳选择,但由于Android最初是因为智能手机开发需求而产生,多数功能性都必须再投入开发资源,才能延伸额外的数码家电嵌入式设备的使用模式,增值集成方面仍需投入资源进行功能建构。例如,为实现联网数码电视应用,若采用Android操作系统,则必须重新投入开发资源来处理数字广播、网络电视所需的高画质影音串流传输,同时还须搭配中介软件进行应用集成,甚至还要在传输中进行DRM(Digital rights management)数码内容保护措施,令内容存取满足安全性的应用标准;此外,为应对Place Shifting易地播放需求,还得符合网络存取和内容分享的DLNA标准。
为了增加系统的可用度与最佳使用体验,OS本身另需针对多工处理进行更深入的集成开发,但以手机应用为主的Android系统平台,在应对真正的多工作业仍有力不从心的问题,因为Android会在执行过程中依据系统资源进行分配,若是现行的应用程序要求资源过多时,可能会适时关闭背景应用程序来争取更完善的运行条件,这在数码家电应用情景中可能是无法被接受的。以家电的DVR应用为例,录像与数码电视讯号处理同步进行,若因为预约录像要与正常数码影音播放程序互抢执行资源,造成某个工作因此被强制关闭,显然是使用者所无法接受的状况。