VR帶動人機接口全新體驗，眾多技術匯流 創(chuàng)造想像空間

　　談到人機介面的發(fā)展，就形式上可以分成觸控與手勢辨識兩大類別，但就技術層次上，可以分成觸控、紅外線、超音波、音頻與影像辨識等，近期較為熱門的應用，莫過于語音輸入或是語音控制為主流。

　　VR開啟全新人機介面體驗

　　隨著VR(虛擬實境)在這近半年成為科技產業(yè)的主流話題時，某一程度它亦可被歸納為人機介面的應用之一。Lattice(萊迪思半導體)亞太區(qū)資深事業(yè)發(fā)展經理陳英仁表示，就VR應用來說，Lattice的確非常關注其未來的發(fā)展，現階段在人機介面領域的生態(tài)系統(tǒng)投入了相當多的心力與資源，其中亦不乏采取投資行動。

　　陳英仁進一步談到，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，進而維持基本的使用者體驗。但如果再加上手勢呢?屆時，手勢或是手指的動作，也要即時輸入的情況下，也是需要感測器集線器(Sensor Hub)的幫忙才作到“即時”訊號傳遞與處理的要求，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，但如果加上手勢感測的話，使用體驗也許會更不一樣。(Source：techcrunch.com)

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

　　陳英仁認為，VR應用就形式上，仍可以分為有線與無線兩種，前者在流暢性與使用者體驗上，因為運算工作交由電腦來負責，所以VR裝置本身的工作負擔不會太大，但若是后者，無線訊號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，所以要因應的課題會較多。但從市場層面而言，還是會有不少裝置會朝向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，這也會是Lattice可以努力的空間。但在現階段，VR的主要體驗還是偏重影音呈現為主，過去Lattice在MHL與HDMI等標準，都有相當多的著墨，再加上前面所提到的，在人機介面也挹注了不少資源，相信未來VR應用的發(fā)展將會相當的精采。

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

　　壓力感測加電容式觸控 注入智慧型手機活水

　　人機介面的另一個課題，則是觸控技術的發(fā)展，iPhone 6S在推出之后，除了在處理器事件成了產業(yè)界所討論的熱門話題外，另外一個值得關注的議題，應是首次亮相的3D Touch技術。眾所皆知，智慧型手機所采用的觸控技術為電容式觸控，在過去這幾年的發(fā)展下，該技術其實已經有相當高的成熟度。

　　但也因此，該技術遲遲無法有效進展的情況下，蘋果所推出的3D Touch，也為智慧型手機觸控應用帶來更多的想像空間。由于電容式觸控主要是針對X、Y軸的電荷值加以計算，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，以提供使用者更豐富的使用者體驗。

　　ST(意法半導體)大中華暨南亞區(qū)類比、微機電與感測元件技術行銷經理王嘉瑜說：“預計2016年，將會有80%的旗艦級手機搭載壓力感測技術。”可以想見，3D Touch技術為已經趨近成熟的智慧型手機市場注入了一股活水。

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

　　不過，王嘉瑜也坦言，僅管導入壓力感測技術成了觸控螢幕的熱門話題，但考量到智慧型手機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朝向整合為單一晶片的方向發(fā)展。而ST現階段的作法，則是充份利用既有的電容式觸控所需要的ADC(類比數位訊號轉號器)，讓壓力與觸控的類比訊號都能由該ADC來進行訊號轉換的工作，再交由Cortex-M3架構的MCU(微控制器)來進行該訊號的處理。

　　王嘉瑜進一步談到，電容式觸控技術演變至今，對于類比訊號的處理已成了十分重要的議題，像是SNR(訊號雜訊比)值的提升以及訊號變化量的控制與管理等，都是關鍵。而ST在過去與智慧型手機大廠三星，在觸控技術的合作已有兩年多的時間，所以也累積了不少的經驗與專利。

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

　　提升輸入品質 MEMS麥克風變異性成關鍵

　　至于前面所提到的語音輸入或是語音控制，此類應用在智慧型手機市場可以說是相當常見的使用情境，而MEMS麥克風則是近年來扮演相當重要的元件之一，根據IHS在2015年的十一月份的研究報告顯示，智慧型手機大廠蘋果在MEMS麥克風的使用量呈現逐年成長的態(tài)勢，光是2016年的使用量，就高達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上的一大賣點。(Source：9to5mac.files.wordpress.com)

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

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

　　從技術層面考量，為了能讓聲音輸入能避免過多的干擾，對于SNR(訊號雜訊值)的要求也相當的高，潘哲源指出，一般來說，要在64dB以上的產品可被用在高端應用。但考量共振的情況，MEMS麥克風的變異性也相當重要，單一的MEMS麥克風必須控制在正負3dB內，兩顆的話，就是正負6dB。

　　蘇振隆也補充說明談到，就語音指令的應用上，用到四個MEMS麥克風，主要是可以形成麥克風陣列，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，ST都可以與第三方的合作伙伴合作，來提供對應的解決方案。

　　由于語音輸入或是語音控制是屬于相當生活化的應用，按理來說，應需要軟硬體乃至于整個生態(tài)系統(tǒng)，一起合作，才能挖掘出多元應用情境。但潘哲源不諱言，由于英飛凌身為裸晶的供應商，相對沒有機會與系統(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麥克風必須控制在正負3dB左右，那么裸晶就必須控制在正負1dB內，畢竟在進入封裝程序后，多少還是會產生誤差。

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

　　而撇開MEMS麥克風不談，吳柏毅也透露，在去年六月，英飛凌與Google先進科技計劃團隊(ATAP)聯(lián)手開發(fā)人機介面感測的解決方案，可望用于穿戴式裝置或其他應用。所采用的技術基礎是60GHz的無線雷達感測技術，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。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，輕松調整時間，開發(fā)團隊對于手指的轉動動作要相當高的熟悉度，才能打造出這類的應用情境。

　　圖5 : 英飛凌與Google合作，利用60GHz頻段雷達技術進行手勢控制技術開發(fā)。(Source：Google ATAP)

　　結論

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