眼球追蹤/RISC-V創(chuàng)新應(yīng)用，穿戴裝置串聯(lián)新商機(jī)

眼球追蹤技術(shù)與RISC-V架構(gòu)都為穿戴式裝置帶來(lái)創(chuàng)新的可能性，然而產(chǎn)品生命週期所面臨的種種挑戰(zhàn)還有待克服，需要透過(guò)測(cè)試方案提升連線穩(wěn)定度、符合法規(guī)標(biāo)淮并維護(hù)資安。

新興技術(shù)為穿戴式裝置創(chuàng)造前所未有的可能性，但同時(shí)也面對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的挑戰(zhàn)。例如眼球追蹤技術(shù)可應(yīng)用在行銷(xiāo)與醫(yī)學(xué)研究，也可能將虛實(shí)整合的使用體驗(yàn)融入日常生活，擴(kuò)大虛擬實(shí)境(VR)與擴(kuò)增實(shí)境(AR)的應(yīng)用范圍。RISC-V整合智慧化技術(shù)，則能建立更具有彈性的感測(cè)系統(tǒng)，提供更具實(shí)用性的語(yǔ)言轉(zhuǎn)換輔具等產(chǎn)品。然而產(chǎn)品上市前，仍離不開(kāi)測(cè)試驗(yàn)證需求，透過(guò)採(cǎi)用簡(jiǎn)單易用的測(cè)試方案，可加速產(chǎn)品上市時(shí)間。

眼球追蹤無(wú)限可能

眼球追蹤擴(kuò)大穿戴裝置的應(yīng)用范圍與可能性，促使虛實(shí)整合技術(shù)融入研究領(lǐng)域與日常生活。見(jiàn)臻科技執(zhí)行長(zhǎng)簡(jiǎn)韶逸(圖1)提及，結(jié)合眼球追蹤技術(shù)的裝置可分為兩種類(lèi)型，一是將模組裝在螢?zāi)幌路?，追蹤使用者觀看的位置，進(jìn)行遠(yuǎn)距離的眼球追蹤。另一種則是穿戴式的眼球追蹤，透過(guò)智慧眼鏡追蹤使用者觀看的位置。眼球追蹤的應(yīng)用領(lǐng)域多元，包含用眼睛控制的使用者介面，也可以跟真實(shí)世界互動(dòng)；行銷(xiāo)也是常見(jiàn)的用途，主要在做研究的時(shí)候，讓受測(cè)者戴上智慧眼鏡走進(jìn)賣(mài)場(chǎng)，就可以知道受測(cè)者對(duì)哪些貨架看的時(shí)間比較長(zhǎng)或頻率比較高；在駕駛的情境下，可以判斷駕駛是否疲勞開(kāi)車(chē)；于醫(yī)療研究中，可以從眼球動(dòng)態(tài)判斷眼睛或腦部的病變狀況；在訓(xùn)練跟教育場(chǎng)景中，透過(guò)追蹤眼球分析專(zhuān)家做研究的方式，即可將專(zhuān)家的知識(shí)傳遞給他人；輔具也是重要的應(yīng)用，例如無(wú)法對(duì)外溝通的漸凍人能藉眼睛向外表達(dá)想法。
 

圖1　見(jiàn)臻科技執(zhí)行長(zhǎng)簡(jiǎn)韶逸

元宇宙(Metaverse)就是基于新興技術(shù)衍生的藍(lán)圖，概念是未來(lái)有一個(gè)虛擬世界，人們只要戴上頭盔或智慧眼鏡就可以進(jìn)入這個(gè)世界，可以在其中參加活動(dòng)、跟認(rèn)識(shí)的人互動(dòng)，至此人類(lèi)會(huì)在很多不同的維度生活。元宇宙可說(shuō)在AR與VR之后的下一個(gè)應(yīng)用，在人類(lèi)生活中融入虛擬技術(shù)，眼睛也就變成重要的使用者介面。此外，眼球追蹤與元宇宙的概念結(jié)合，還能創(chuàng)造身在其中的轉(zhuǎn)播體驗(yàn)，例如使用者戴上頭盔，即可如同實(shí)際坐在球場(chǎng)內(nèi)般觀看球賽直播。

針對(duì)眼球追蹤的技術(shù)落地，見(jiàn)臻科技開(kāi)發(fā)尺寸小且省電的眼球追蹤模組，并計(jì)畫(huà)在2021年量產(chǎn)。該產(chǎn)品除了兼顧功耗與尺寸，也能彈性應(yīng)用于頭盔與眼鏡上，團(tuán)隊(duì)也與高通展開(kāi)人工智慧(AI)技術(shù)合作，在XR2平臺(tái)上提供眼球追蹤功能。採(cǎi)用見(jiàn)臻科技的眼球追蹤模組，裝置戴上后即可使用，也可以進(jìn)一步透過(guò)一秒的單點(diǎn)校正，提升辨識(shí)精淮度。且辨識(shí)內(nèi)容在方向以外加入深度，因此可以計(jì)算視線的方向與交會(huì)點(diǎn)深度，提升眼球追蹤的精淮度。

克服連線/驗(yàn)證/安全挑戰(zhàn)

萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)各領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置出貨量及傳輸資料量大幅上升，根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS統(tǒng)計(jì)，2030年IoT裝置的出貨量成長(zhǎng)1250億，年均複合成長(zhǎng)率達(dá)12%。是德科技技術(shù)工程師黃志偉(圖2)說(shuō)明，穿戴式裝置可以分成兩種，第一種是關(guān)鍵任務(wù)型，以醫(yī)療用的穿戴裝置為主，包含生物醫(yī)學(xué)的感測(cè)裝置、主動(dòng)植入式療、血壓計(jì)、心跳帶等等。另一種是常見(jiàn)的消費(fèi)型應(yīng)用，例如智慧眼鏡、手環(huán)、手表、鞋襪、皮帶等。
 

圖2　是德科技技術(shù)工程師黃志偉

當(dāng)IoT的發(fā)展演進(jìn)到新的應(yīng)用情境，產(chǎn)生以下六大挑戰(zhàn)。首先是連接性，這是最基本也是最關(guān)鍵的功能，要確保IoT裝置可以彼此相連。面對(duì)無(wú)線連接的標(biāo)淮不斷更新，需要打造在任何情況下都能穩(wěn)定連線的裝置。其次是持續(xù)性，IoT裝置通常採(cǎi)用可攜式電池，因此電池壽命與續(xù)航力攸關(guān)產(chǎn)品的耐用度，因此產(chǎn)品開(kāi)發(fā)透過(guò)淮確的計(jì)算跟驗(yàn)證優(yōu)化電池功耗。第三是法規(guī)，供應(yīng)商需要確保IoT裝置符合無(wú)線傳輸跟全球的法規(guī)標(biāo)淮，從產(chǎn)品生命週期的各個(gè)階段，包含設(shè)計(jì)、測(cè)試驗(yàn)證、製造、部署都可以做先期的認(rèn)證跟相符性的測(cè)試。第四是共存性，由于無(wú)線傳輸標(biāo)淮種類(lèi)很多，可能彼此干擾，共存性測(cè)試的目的在于確保裝置維持無(wú)線連接的效能。第五個(gè)是網(wǎng)路安全，為了保護(hù)資料不要遭到破壞，需要格外注重產(chǎn)品的資安設(shè)計(jì)。最后是使用者體驗(yàn)，也就是開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品要尋找良好的產(chǎn)品測(cè)試方案，提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的驗(yàn)證，兼具功能跟效能的實(shí)用性，以滿(mǎn)足使用者需求。

其中連接性是穿戴式裝置最基本的指標(biāo)，確認(rèn)裝置可以跟其他設(shè)備之間正確傳輸資訊。常見(jiàn)的無(wú)線傳輸包含近距離的NFC與RFID，到距離較遠(yuǎn)的區(qū)域網(wǎng)路，如Wi-Fi或藍(lán)牙，以及3G發(fā)展到5G的技術(shù)等，傳輸技術(shù)大多都已經(jīng)成熟，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者除了選擇適合的傳輸標(biāo)淮，還要克服三項(xiàng)挑戰(zhàn)。首先是如果開(kāi)發(fā)人員的RF知識(shí)不足，在產(chǎn)品因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)需求加入無(wú)線傳輸模組時(shí)，會(huì)遇到技術(shù)門(mén)檻產(chǎn)生的挑戰(zhàn)。第二項(xiàng)是物聯(lián)網(wǎng)裝置強(qiáng)調(diào)感測(cè)的功能，除了車(chē)用跟醫(yī)療需要精密的感測(cè)功能而價(jià)位較高，其他的產(chǎn)品通常是採(cǎi)用低價(jià)的銷(xiāo)售策略，為了維持較低的產(chǎn)品成本，但是兼顧連線品質(zhì)，就是研發(fā)人員需要克服的議題。最后為了提高生產(chǎn)效率，在產(chǎn)線上需要盡快完成測(cè)試，加速產(chǎn)品上市時(shí)間。因此是德科技推出IOT8700測(cè)試方案，可以透過(guò)OTA測(cè)試Wi-Fi與藍(lán)牙都可以測(cè)試，測(cè)試時(shí)間短且設(shè)定簡(jiǎn)單、方便使用。并且可以彈性測(cè)試不同類(lèi)型的IoT裝置，以及裝置的Tx power、Rx敏感度。

RISC-V開(kāi)拓AI創(chuàng)新

RISC-V架構(gòu)為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)四個(gè)方面的創(chuàng)新，包含採(cǎi)用RSIC-V架構(gòu)的軟體都可以相容，所帶來(lái)的自由度；客製化指令集所具備的彈性；標(biāo)淮組織針對(duì)未來(lái)應(yīng)用尚在制定相關(guān)規(guī)格，突顯其未來(lái)性；相互貢獻(xiàn)的社群也為此建立良好的生態(tài)系。而針對(duì)RISC-V在穿戴裝置的應(yīng)用，晶心科技業(yè)務(wù)發(fā)展副處長(zhǎng)洪彰辰(圖3)舉例產(chǎn)學(xué)研究案例，該案例針對(duì)中風(fēng)、腦性麻痺等無(wú)法清楚發(fā)音的病患，設(shè)計(jì)語(yǔ)音轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基于RISC-V核心，加上學(xué)界研發(fā)的低功耗深度神經(jīng)網(wǎng)路(DNN)加速器，達(dá)到整體系統(tǒng)只需要5W的低功耗成果，如果以TWS的電池晶片換算，採(cǎi)用此系統(tǒng)的裝置可以持續(xù)使用24小時(shí)。此應(yīng)用基于AI技術(shù)，讓配戴的病患能將語(yǔ)意不清的說(shuō)話內(nèi)容轉(zhuǎn)換為清楚的發(fā)音。
 

圖3　晶心科技業(yè)務(wù)發(fā)展副處長(zhǎng)洪彰辰

AI與RISC-V架構(gòu)為穿戴式裝置設(shè)計(jì)帶來(lái)新的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)，包含如何將AI技術(shù)結(jié)合硬體設(shè)備、保護(hù)資安以及降低系統(tǒng)功耗，都是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要克服的課題。降低功耗可以從系統(tǒng)級(jí)別切入，也就是不可能每一個(gè)晶片隨時(shí)都在運(yùn)作，所以如何在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)作跟開(kāi)關(guān)機(jī)，就是降低功耗的關(guān)鍵之一。此外，降低CPU功耗也是有效的方向，需要把透過(guò)將動(dòng)態(tài)功耗降低，并且找到加速運(yùn)算的方式，以實(shí)現(xiàn)低功耗CPU。針對(duì)降低CPU功耗，晶心科技提出DSP與VPU解決方案，DSP擴(kuò)充的功耗低且效率高，可以有效加速針對(duì)聲音、小圖像或是某些機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用，VPU也能提供更高效能的運(yùn)算。

軟體方面，需要整合AI的上層應(yīng)用跟下層的CPU核心。執(zhí)行AI應(yīng)用之前，資料跟訊號(hào)要經(jīng)過(guò)前處理和后處理，接著從AI的架構(gòu)跟模型下手，透過(guò)離線的AI模型組織，連接到引擎介面，最終經(jīng)由晶心科技提供的編譯器及OpenCL的異質(zhì)架構(gòu)，將AI應(yīng)用與CPU的硬體結(jié)合。

綜觀穿戴式裝置朝向嶄新的方向進(jìn)展，精淮且低功耗的眼球追蹤模組，提供實(shí)現(xiàn)元宇宙的可能性。加上RISC-V架構(gòu)結(jié)合AI實(shí)現(xiàn)智慧輔具等應(yīng)用，可見(jiàn)開(kāi)放性架構(gòu)的具備的創(chuàng)新潛能。同時(shí)易于導(dǎo)入的測(cè)試方案，也進(jìn)一步確保IoT裝置連線的穩(wěn)定性，以及資訊安全的保障。

參考資料

[1] ToshiyoTamura.“Current Progress of Photoplethysmography and SpO2 for Health Monitoring.”Biomedical Engineering Letters, February 2019.

[2] Jihyoung Lee, Kenta Matsumura, Ken-IchiYamakoshi, Peter Rolfe, Shinobu Tanaka, and TakehiroYamakoshi.“Comparison Between Red Green and Blue Light RPhotoplethysmography for Heart Rate Monitoring During Motion.” 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC), July 2013.