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车用语音介面市场可期侧重安全及品质
 

【作者: 施莉芸】2018年11月12日 星期一

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在汽车和行动装置上,语音助理能够简化使用者对装置的操作,为用户带来更加便捷、有效率的生活体验。研究机构Gartner指出,预计到2019年,智慧型手机用户在人机互动中20%将是使用虚拟个人语音助理(VPA);而车用语音助理方面,预计於2019年智慧语音助理搭载率将达55%。此外,Gartner更估计,在未来两年内,将有50%的各类搜索会透过语音指令实现。


语音介面,或称语音辨识,是架构在深度学习、大数据及其专属运算法则而成的技术,虽早在20世纪50到60年代时便已有这项概念,然当时却受限技术及科技发展,直到2011年,深度学习、大数据及云端运算逐渐成熟後,才建构出的技术。


过去在步行或开车时,如要寻找联络人、拨打电话,或预定排程、查找资讯,都需要放下手边工作,或者分心来点击、打字和浏览,才能完成。在同样的操作目的之下,现在只要随囗一声,便能即时唤醒语音助理,就能协助完成过去需要花费不少时间的流程,例如拨打电话或搜寻等功能。


语音助理的出现,除了为使用者带来更简便的操作方式、节省流程中所消耗的时间之外,在汽车方面的使用,语音助理的操作,也为不少驾驶人排除了因为进行需要额外手动完成的事而造成意外的风险。


语音介面的架构

恩智浦半导体微控制器产品技术市场经理张小平分析,透过智慧语音解决方案的框图(图1)可以看出,麦克风、音讯解码器、後端热词(唤醒词)检测协同操作非常重要,需要有强大处理能力的应用处理器,如恩智浦i.MX 6UL/7D/8M系列应用处理器,协助各环节的资讯交互动作指令的运作。



图1 : 智慧语音解决方案的框图(source:恩智浦)
图1 : 智慧语音解决方案的框图(source:恩智浦)

语音介面主要透过麦克风将音讯传递至前端,透过编码器和数位讯号处理器,进行远场声定位去混响回声消除,并於後端进行唤醒词检测後,将音讯进传输至云端进行分析处理,使系统完成指示工作。


联网功能逐渐成熟 为消费者带来更便利及丰富感官的使用体验

张小平指出,目前车用语音介面通常使用於Infotainment与Driving Replacement/Assistance相关功能上。若以Driving Replacement/Assistance的应用来看,以目前已知的可能方向包括:预测驾驶的需求,并提供驾驶有用的资讯。例如个人助理会提醒驾驶即将到来的会议时间,并建议驾驶出发时间,以及提供目前的交通状况资讯。


另外,驾驶可使用声控操作开关空调、开关车锁等常用功能,部分车厂的语音助理系统更支援车对家(Car-to-Home)服务,允许驾驶在车上能透过声控,来控制家中电器开关。


张小平指出,与行动装置使用的语音介面与云端连接、云端处理的模式不同;车用语音介面的应用会更需要注意时延,因此与车内ECU的资讯交互动作指令的运作更重要。



图2 : 福特(Ford)和Amazon合作,让语音助理Alexa登上汽车。(source:FORD)
图2 : 福特(Ford)和Amazon合作,让语音助理Alexa登上汽车。(source:FORD)

此外,目前车载装置常见的连接技术,像是Bluetooth、USB、Wi-Fi等等,虽然已有标准认证的机制,但实际应用上会有互通性问题产生;所以可以透过不同装置间的连接性测试,来确保运作品质。


针对联网趋势,意法半导体(STMicroelectronics,ST)亚太区类比、微机电与感测元件产品产品行销经理陈建成指出,未来可能由NB-IoT(Narrow Band IoT)及SIGFox主导这块市场。受惠其低功耗、低成本、传输量大的优势,相较传统Bluetooth、Wi-Fi等短距离通讯协定,低功耗广域网路(Low Power Wide Area Network;缩写LPWAN)非常适合使用在智慧能源、智慧城市等低频次料传输的领域上。


抢攻车用IC市场 AEC-Q100验证的考验

而在行动装置上,语音介面的发展较车用介面来得成熟,因此不少厂商会将行动语音介面的软硬体技术转移到车用上,不过在车用IC上的要求也较消费型产品严格。


车用电子零件分为三大类别,包含IC、离散半导体、被动元件三大类别,为了确保这些汽车电子零组件符合汽车安全的最高标准,车用电子主要依据国际汽车电子协会(Automotive Electronics Council,简称AEC)作为车规验证标准,包括AEC-Q100(IC晶片)、AEC-Q101(离散元件)、AEC-Q102(离散光电元件)、AEC-Q104(MCM多晶片模组)、AEC-Q200(被动元件),其规范了被动零件所必须达成的产品品质与可靠度,也成为各IC厂商打入国际车用模组的入场券。


封装大小差不多 音讯要求更严苛

张小平指出,车用与行动语音介面相比,在晶片封装大小并不会要求越小越好,而是更侧重於其稳定性及安全性。


在感测器的要求上,陈建成补充,在封装上其大小虽与行动产品相似,但在车用语音介面中,为达到AEC-Q100的验证,除了安全性、稳定性之外,准确度及温度容忍度也十分重要。


在车用语音介面的资料搜集上,准确度是相当重要的一环,要如何将搜集到的资讯中,去掉讯号干扰杂音,却又保留环境的音讯,一直是不少厂商持续研究的面向。


陈建成指出,车用语音介面麦克风在性能上,会比消费型产品的麦克风要求更严格,主要是因为车用麦克风在演算法的处理上,若收到的音讯较乾净、真实,可以更快速进行後续的演算。


而温度容忍测试方面,主要是为了规范积体电路的工作温度等级之最低要求,IC供应厂商须先了解终端客户如何使用此IC,以及在车内的安装位置,以实际应用的温度范围来订定合适的温度等级。


此外,车用麦克风也可以搭载其他感测器使用,陈建成以搭载压力感测器为例,与压力器一起始用,透过压力计可以得知车子与路面的高低差,便能辅助导航的使用。陈建成强调,因此麦克风的收音品质相当重要,讯号上的杂讯越低越好,而在环境上的讯号收音则需要相当完整,才能提供後续分析及辨识。


2019车用语音介面市场前景隹 发展面向多元

目前车用语音介面在IC上,虽在安全标准已规范完整,不过在应用上仍有相当大的发展空间。在零组件方面,MEMS(Micro Electro Mechanical System,微机电系统)麦克风也逐渐取代传统驻极式电容麦克风(Electric Condenser Microphone;ECM),除了受惠於其封装体积小及耐热特性外,陈建成指出,更重要的是,基於IoT的发展趋势,由於目前在行动装置上软体介面发展较完善,将MEMS使用在车用上,其软体介面与行动装置相似,因此在开发上也将会较为方便。


此外,在2019智慧与音助理及语音辨识的发展趋势上,恩智浦认为,目前市场展区是主要包含朝向单晶片方向发展,以及结合物联网安全和显示屏的推展,并提出四个发展面向,包含:唤醒词定制、声纹识别、多节点同步、物联网安全。


张小平强调,车用语音介面与家用语音介面有个部分容易被忽略,就是语音处理器的安全机制。他指出,无论是最近的智慧音箱被恶意植入程式码隐私讯息被侧录,或是之前骇客大赛上Jeep车机被远端遥控等事件,都提醒制造商在设计阶段需协助使用者保护隐私资讯,不被轻易入侵。


而这需要内建安全装置的解决方案,除了保护使用者资讯,透过整合的SDK实现演算法加速,满足语音、影音和音讯的需求,也可整合A/V与机器学习,满足工程师对於统一平台的要求,便於打造语音指令控制的联网产品。


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