本期文章

多元人機介面的異質處理架構

撰文/丁于珊    

與他人進行遠端溝通、創作或消費數位內容,甚或學習使用新裝置時,介面是與機器產生互動的唯一方式。人機互動的效果端賴如何模仿人際互動,亦即人機介面(Human-Computer Interface, HMI)讓使用者感覺自然的程度。這必須整合同一介面下的各種溝通模式,這些模式應盡可能、甚至應該解決所有使用狀況,整合成自然的使用者介面。



這樣的介面電子技術涵蓋聲音、視覺與機電設計,而這些技術與能源管理、微波電路一樣,都因為原本即具有混合訊號特性,而不會被應用處理器所整合。晶片製造商若想跨足無線市場這個至少在未來五年內最有利可圖的半導體領域,這絕對是個相當吸引人的發展選項。



根據Gartner定義,人機介面協同處理器(HMI Coprocessor, HCP)是支援一種以上人機介面模式的混合訊號多核心異質性處理器。透過結合DSP與CPU核心,人機介面協同處理器便能支援中介軟體語音處理堆疊(speech processing stacks)、深度圖(depth map)的產生與觸控處理。此外,人機介面協同處理器也能產生並轉換成能與對應感應器互動時必要的類比訊號。



三大介面模式介紹



人機介面市場已形成語音、手勢及觸控等三大介面模式,且均有硬體與軟體業者涉足,技術方面也採用各種不同方法,但鮮有業者能跨領域發展。



1. 語音辨識



語音辨識亦即從聲音指令產生機器動作,是最為成熟且即將進入生產成熟期的一種模式,但語音轉語音翻譯及自然語言辨識等其他相關衍生技術,目前仍屬發展初期。



上述領域業者間也存在相互競爭的技術重疊部分。像Nuance、telisma、微軟、IBM、三星與蘋果,多多少少在中介軟體與應用層的部份結合了三項技術(語音辨識、語音轉語音翻譯及自然語言辨識)。



這些領域中,多數公司仰賴商品化的現成零件以打造自家的麥克風系統、喇叭、音頻放大器與處理器。Sensory、飛索(Spansion)等業者,則是專門製造語音處理裝置。



2. 手勢控制



雖然支援的手勢相對仍顯粗糙,且未經標準化(業界仍未針對特定指令訂定統一手勢),只要自由揮動四肢便能啟動機器的想法依然相當吸引人,因為使用者只輕鬆移動手指、手部或手臂,即可上網瀏覽、閱讀資料或搜尋選單。



結合手勢控制與語音辨識可增進自然的機器互動,因為這是溝通時最常使用的兩種模式。不過,下面幾家手勢控制業者並未直接涉入語音處理技術:PMD(硬體)、Omek(中介軟體)、PrimeSense以及SoftKinetic(系統)。



3. 觸控控制



螢幕觸控技術目前仍未臻至成熟,但五個手指以上的多點觸控支援可望在2年內進入生產成熟期(Plateau of Productivity)。觸控手勢的標準正逐漸成形且相當普及,尤其是針對小型電子設備。但觸控螢幕使用體驗在某方面仍無法比擬鍵盤文字輸入的體驗:亦即反饋(feedback)。除了螢幕顯示視覺線索的改變,在觸控螢幕上打字不會有太多堪用的反饋。雖可加上按鍵音,但就人體工學來說仍不如反饋直接,且較易令人分心。



以電流刺激壓電材料進而產生機械式震動,藉此提供觸覺式回應 — 也就是觸覺反饋(haptics)— 來補足觸控技術的不足,此一作法相當合適但所費不貲。觸控目前仍為新興科技,要達到生產成熟期可能尚需8年。



位於人機介面核心的DSP演算法



DSP演算法是將人所發出線索轉換成機器動作的基礎。圖2說明了人機系統的主要建置區塊。由於人類只能處理並產生類比訊號,數位裝置性質的機器必須先把來自使用者的類比線索轉化成有用的數位指令,接著根據指令行動或處理指令,最後再提供反饋給驅動該動作的使用者。



大部分的處理架構都圍繞著一顆CPU單元所建置,所有微控制器(MCU)、嵌入式處理器與應用處理器均為如此。針對反饋(Feedback)及中斷(Interrupt)這類的運算及控制需求,CPU無疑是最佳的處理單元,但對於需要密集運算的工作,效能表現就不是那麼好了。


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