DSP分析技術的未來

jiming

方進（Gene Frantz）
( Z+ F# L9 Z5 b$ f0 k6 k德州儀器（TI）首席科學家
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% \! T; g" [  C* @5 \* R' Q" i# w可編程的智慧型監控設備可提供高階的智慧型分析功能，是支持新一代安全與汽車應用的重要技術。

智慧型監控設備不斷收集、處理我們周遭的訊息，並自動進行判讀並採取適當行動，讓我們能夠抽出時間進行其他工作。如果有人在凌晨一點翻過圍牆闖入，那麼這些智慧型監控系統將自動辨識並判別這個人的身分。在機場或其他公共場所，智慧型監控系統也能判斷出被人遺留的包裹，並聯繫相關管理部門進行處理。在街頭，這些系統也能減少警方與其他緊急機構的工作量。而在駕駛過程中，這些系統也可保障駕駛安全，甚至最終實現自動駕駛。
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& y* Z/ |8 R: Y- \8 E2 D目前，工程師在設計視訊分析應用時，通常會將最終用戶設想為個人。個人用戶會接收到一定容量的訊息，其中也包括各種壓縮與複製數據。不過，未來視訊分析技術的最終用戶將會是電腦，到時候數據是否壓縮、圖像是否清楚，都再也不重要了，對這個設備而言，某個像素不清楚就像一粒無足輕重的塵埃一樣可以被忽略。到時，分析技術的重點不再是數據，而是智慧判讀的能力，這是技術的一大進步。這整個轉變不僅涉及技術轉移，還將涉及社會行為的變化。但目前人們可能還不太習慣讓機器在無人操作的情況下進行重要決策。
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我認為，上述技術會經過階段性的轉移。以汽車工業為例，最初汽車視覺系統可幫助司機進行更好的駕駛決策，這些系統監看司機的視線死角並提供訊息作為司機的參考。而到了第二階段發展，這些汽車視覺系統將可進一步為決策提供參考意見，例如發現司機在隔壁車道有車的情況下轉換車道，系統就會自動加大方向盤的阻力，提醒司機潛在的問題與危險。到第三階段，系統將成為主要決策者，當然司機仍然可以選擇拒絕接受系統的操作。最終，汽車視覺系統將成為唯一的決策核心。

當然，要實現所有上述發展都需要可編程的功能。不只因為監控系統必須進行許多決策才能對系統發出指令，現實的商業機制也要求系統必須具備可編程性。可編程的監控系統能夠根據應用需求採用適當軟體，並隨時間推移不斷發展。不過根本元素是必須確保系統足夠的可編程性，我們才能隨心所欲地實現各種功能。
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一旦實現上述目標，智慧型監控系統就能應用於日常生活的各個領域。不僅可以協助交通部門監控車流狀況，還可分析塞車的症結所在。監控系統能應用於各種安全領域，包括機場的臉部識別，以及保護醫院裡的新生兒等。
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當然，未來人們的理念也需要改變。我們必須信賴這些系統及其所做的決定。

jiming

方進（Gene Frantz）
1 {5 ]/ p# `, R# V德州儀器（TI）首席科學家

! h3 i2 `5 H1 C. X: N. N" }# ~" w6 \      數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）已經25 歲了嗎？TI DSP真的已經成年，可以去租車、拍淡啤酒廣告了嗎？1982年，半導體市場誕生了第一顆商用DSP。我發現，在接下來25年中開始出現了一種有趣的現象，亦即DSP 愈成熟、愈靈活、運算速度愈快，消費者的行動就愈來愈緩慢，我在愈來愈多的周六晚上都習慣地坐在電視機前。光陰似箭呀﹗

        剛才當然只是玩笑話。不過DSP在這幾年間帶來的巨大影響確實不容忽視。目前業界的 DSP 出貨量已達到 95 億顆，廣泛應用於各種產品中，對人們生活的改變遠超過了當年DSP 開發者的想像。不過，在今後 25 年間DSP必定還會帶來更超乎我們想像的改變。截至目前為止，DSP已經深入半導體市場的各大領域，無疑地已經成為生活創新的催化劑。

產生這些改變的主要原因在於，我們已將製造商從以晶片功能為主導的產品設計工作中解放出來，開創了以產品為先、晶片次之的製造模式，因此有助於刺激創新。透過DSP與加速器、 ARM 等其他技術的結合，系統晶片（SoC）的技術不斷突破，因此得以深入從前無法想像的應用領域。目前，技術推展的主要領域還集中在音訊、視訊娛樂領域，不過這只是冰山一角，幾年後我們的生活將會發生更大的變化。

假設現在是 2020 年，而我在趕往機場的途中，我不再是自己開車，那已經是 2010 年的技術了，汽車視覺技術到2020年已經達到能夠自動駕駛的水準。現在，我能隨時隨地享受車內的視訊裝置和音樂庫，路程中不再感覺無聊。我ㄧ邊聆聽車用電腦下載的滾石 2018 年告別音樂會，一邊擔心Mick Jagger 這麼大年紀在舞台上跳來跳去會不會得心臟病。當然，如果他有發病的徵兆，感應器能立即警告他即將到來的危險，並分發植入藥物。醫療急救技術已經非常成熟，並能夠將一切安排的有條不紊。
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2 a, P4 K- F# Z+ P- p) R這提醒了我，今天還有一個醫療檢查。我將脈搏、呼吸、體溫、血壓等數據下載到手機的電子郵件信箱、發送給醫生。昨天晚上我在家裡做了核磁共振成像。我的孫子 Frantz 醫生收到訊息後立即回覆、告訴我身體健康，我真不敢相信他竟然不做工程師。多虧即時視訊會議技術，目前遠程教學已經提升到新的層次、並達到身歷其境的效果，他不必離開德州就可進入牛津就讀、並透過遠距教學課程隨時接收最新課程內容，並持續維持優異的成績。
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今天還有另外一個會議，看來我最好得趕快報到。這個會議是由來自大溪地、朱諾和里約的團隊共同進行。未來我們儘可能減少出差，也不用再受到時差之苦了。不過電話時差 (Phone lag) 仍然存在。我發出語音指令，立即連結，而視訊也相當逼真，如同與世界另一頭的人坐在同一張桌子談話一樣。我說的英語還被自動翻譯成流利的法語和葡萄牙語。15 分鐘後，我離開會場，因為該上飛機了。
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這根本不像商業旅行，嚴格來講，更像是旅遊休閒。我的妻子關掉了虛擬數獨（Sudoku）小遊戲，問我家裡的爐子關了沒有。她這個健忘的老毛病總改不了。我查看家庭監控器後告訴她確實沒關，然後透過遠程關閉，並檢驗安全系統是否運作正常。家中的這套安全系統會在發現異常時向我發出警報，經過編程及資料輸入，這套系統還能識別我的親朋好友，這種功能非常方便，因為我的女兒會到家裡拿社會保險單，而這也是我現下唯一收到的紙類郵件。
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機場雖然很擁擠，不過就像道路交通一樣有效率的快速運轉。通過安檢只需一分鐘，因為人體掃描和資料判讀的設備運算都相當有效率。我的妻子在一家禮品店裡停留，我很快透過 GPS 找到她的位置。她正透過掃描ID晶片購買最新的電子書，買好後我們上飛機啟程。兩小時後就能到羅馬，這段時間剛好讓我們稍作休息。
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- t+ X0 p0 w2 }2 c上述生活理想確實非常遠大，並且要克服許多挑戰才能實現。為了使所有電子設備都實現可攜帶、具備高度連接性和智慧功能的夢想，半導體公司必須解決許多設備內在的複雜性問題。目前TI推出了包括軟硬體與工具在內的完整系統解決方案，憑借長期累積的專業知識、技術與產業合作經驗，TI 必將解決上述挑戰，如同過去成功解決性能、價格與能源等問題。

( A6 m3 t  r& w8 K4 V這是個振奮人心的歷史時期，我們所了解和熟知的生活必將發生改變，而改變事實上已經開始發生了。

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方進（Gene Frantz）
德州儀器（TI）首席科學家

. n* ~  i% |% e) A. i& X" X許多熟悉DSP技術的人在第一次聽到“視訊分析技術”時，都會先聯想到視訊安全應用。不過，分析技術的影響遠遠超過保全領域，這些技術還能為我們提供更安全、更環保的生活，並且促進人與社會間更具個性化的全新互動模式。DSP技術讓一切存在無限可能。
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9 j! P: _8 x1 [+ s+ @先談談分析技術對能源節約的幫助。工程師們早已了解分析技術可提升耗能效率，降低碳排放量。例如，具備分析功能的智慧型攝影裝置可透過檢測房間中的人數及其所在位置，發送訊息給空調系統，進而自動調節房間的氣流與溫度。同樣地，照明設置也可根據室內人員進行調節。就生物檢測分析技術而言，空調與照明系統還能根據房間中人員的能源需求做進一步的微調設置。以上只是藉由分析技術減少建築物碳排放量的幾個最簡單例子。
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. ?$ O" f/ y2 ^) Y節約能源這個理念很好，但大多數人都不想為了節約能源而被監控系統全天候監視。這是一個可以理解的顧慮。我也不喜歡待在鏡頭前，不信可以問問最近剛幫我拍照的攝影師。此外，人們也不願為了龐大的影像儲存工作和儲存裝置發愁。令人欣慰的是，大多數先進分析應用不需要儲存大量的視訊內容，因為智慧型攝影裝置可處理輸入的資料，而不只是將資料當作數據儲存。這裡的訊息指裝置能藉由智慧型判讀了解房間中是否有人，而數據則是單純拍下房間中有人的畫面。就上述節約能源的例子而言，攝影裝置能觀測某個場景並進行分析，然後刪除不必要的數據。我相信沒有人對監控裝置拍下的內容有興趣，而上述技術還能進一步省去手動刪除這些影像的工作。
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而DSP分析技術也能運用在一般的消費者服務。例如在購物中心內，當消費者走到詢問處前，分析系統即可透過對消費者身材、性別、年齡的快照(snapshot)分析，自動提供商場相關資訊或地圖。如果您和我一樣，希望買了東西就離開，那麼商場可以透過這種模式自動提供購物建議，消費者不需再費心思挑選時尚產品了，購物將變得更加簡便快捷。

: ?& S  X) a. w7 a( A3 R: f- ~: X    分析技術的目的就是讓生活更便利、更有效率、更個性化。雖然需要一段時間適應這些新科技，不過今後這些科技將成為我們生活中不可或缺的一部分。DSP分析技術的應用相當廣泛，這些靈活的數位訊號處理平台將不斷發展，還將催生更多新型應用的出現。