Недавнее появление продуктов цифровых помощников (digital-assistant) «заставило» потребителей просить Алекса или Google выполнить задачи и предоставить информацию в каждой комнате своего дома. Первыми продуктами, представленными в конце 2014 года и до сих пор доминирующими на зарождающемся рынке, были интеллектуальные колонки (также называемые колонками с искусственным интеллектом (AI)). Умные динамики объединяют беспроводную акустическую систему с платформой искусственного интеллекта. Изначально их основной функцией было потоковое воспроизведение музыки из облака. В последние два года умные динамики включили в себя дисплеи; камеры; поддержку потокового видео и домашней автоматизации, управления освещением, климатом и системами безопасности.
Появление данной экосистемы умного дома (рисунок ниже) привело к значительной избыточности интеллектуальных устройств по всему дому. Однако недавние дополнительные функции, такие как смарт дисплеи и управление домашней автоматизацией (смарт хом или умны дом), привели к тому, что стандарты начинают подстраиваться под каждую из комнат дома, хотя они еще не оптимизированы для конкретных потребностей каждой отдельной комнаты. Рынок приближается к переломному моменту, когда умные колонки должны ориентироваться на конкретные помещения и сосуществовать с другими умными колонками, оптимизированными «для помещений».
Умные колонки
Все интеллектуальные колонки содержат одинаковые основные компоненты:
- Вход: смарт динамики используют микрофоны микроэлектромеханической системы (MEMS) для захвата голоса, в то время как цифровые сигнальные процессоры (DSP) используют такие алгоритмы, как формирование акустического луча, шум и подавление акустического эха. В первоначальных решениях использовались цифровые MEMS-микрофоны для вывода цифрового преобразованного потока битов в DSP, но это делалось за счет точности и динамического диапазона. В высокопроизводительных решениях используются аналоговые микрофоны MEMS с отдельными высокоинтегрированными аудио-аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). Данные АЦП могут значительно увеличить динамический диапазон и уменьшить количество необходимых микрофонов.
- Выход: те же цифровые сигнальные процессоры также обрабатывают цифровое декодирование аудиопотока, выполняя выравнивание и выводя звук на усилители динамиков. Новые динамики используют цифровые усилители для интеграции функций цифровых сигнальных процессоров, таких как эквалайзер и настройка для определенных электрических параметров. Кроме того, эти мини-DSP выполняют различные уровни защиты динамиков и поддерживают качество звука в неблагоприятных условиях, таких как перегрев и потеря напряжения на каскаде питания. Поскольку цифровой аудиоконтент обрабатывается на кристалле, эти усилители могут снизить энергопотребление путем изменения схем модуляции и управления каскадом мощности (на основе аудиоконтента) на его пути к выходному каскаду.
- Возможность подключения. Основной формой подключения, необходимой для всех умных колонок, является Wi-Fi. Хотя полоса пропускания 802.11ac не требуется для потоковой передачи звука, она стала стандартом де-факто, поскольку многие поставщики систем на кристалле (SoC) предоставляют SoC для потоковой передачи видео. Интегральная схема (IC) Wi-Fi также часто имеет интегрированный Bluetooth.
Что касается модулей Bluetooth, то используются как базовая скорость (Bluetooth Classic) для потоковой передачи звука с таких устройств, как смартфоны, так и Bluetooth Low Energy (BLE) для управления и связи между сопряженными устройствами. По мере появления Bluetooth 5.0 ожидайте появления новых профилей сжатия информации, обеспечивающих потоковую передачу звука, что устраняет необходимость в Bluetooth Classic. Однако для совместимости с устаревшими версиями оба могут быть доступны в течение некоторого времени. Bluetooth 5.0 также поддерживает ячеистую топологию (сеть), открывая будущее, в котором аудиоконтент может перемещаться с устройства на устройство, при этом только одно устройство служит в качестве концентратора звука.
Добавим немножко «приправ»
Разработчики добавляют функции, которые расширяют возможности пользователей, чтобы отличать их смарт колонки. Например, замена кнопок на емкостные сенсорные панели обеспечивает более интуитивное управление, снижает стоимость и повышает надежность. В некоторых случаях тактильная обратная связь поддерживает тактильные ощущения, с которыми знакомы потребители. Поскольку интеллектуальный динамик входит во многие режимы, включая реагирование на команды, яркие светодиодные схемы освещения обеспечивают визуальную обратную связь и добавляют немного изящества. Добавление датчиков внешней освещенности для регулировки яркости выходного сигнала: от яркого на солнце до более тусклого в темноте, еще больше повышает удобство использования.
Давайте рассмотрим некоторые функции смарт колонок, которые специфичны для каждой комнаты, на основе функций, присущих этим комнатам, и того, что потребители хотят больше всего.
Спальня
Как упоминалось ранее, дополнительная функциональность позволила создать интеллектуальные системы с габаритами, подходящими для конкретных комнат дома. Маленькие колонки со светодиодными дисплеями могут выглядеть, например, как будильники (рисунок ниже), что отлично подходит для спален. Размер и разрешение дисплея не являются критическими, поскольку дисплей представляет собой просто циферблат. Но регулировка яркости светодиодов для дневного и ночного использования важна и требует добавления датчиков внешней освещенности.
Размер колонки и мощность усилителя пропорциональны размеру комнаты. Поскольку в этих комнатах часто тихо, а расстояние между динамиком и потребителем составляет, вероятно, от одного до четырех метров, разработчики могут уменьшить количество микрофонов и сложность алгоритмов распознавания голоса. Добавление камеры для видеозвонков, вероятно, не очень хорошая идея для помещений, в которых предпочитают уединение.
Поскольку эти «громкоговорители» обычно располагаются на тумбочке или на столе, питание от сети переменного тока легко доступно, поэтому заряд батареи не является абсолютным требованием. Однако, учитывая расположение этих динамиков, имеет смысл добавить возможность зарядки аккумулятора для смартфонов и умных часов либо через USB, либо по беспроводной сети. Наконец, потребители должны иметь возможность подключаться и контролировать источники света, термостаты и системы безопасности из этого места.
Кухня и офис
Большие колонки со светодиодными дисплеями размером с планшет или проекционные дисплеи (рисунок ниже), похоже, хорошо подходят для кухни или офиса. Разрешение дисплея здесь важно, но пространство также является приоритетом в механическом дизайне. Размещенные на стене или под шкафом, колонки с небольшим проекционным дисплеем, использующим технологию TI DLP, обеспечивают меньшие размеры корпусов и большие изображения при проецировании на стену или столешницу.
Тем не менее, дизайнеры должны рассмотреть возможность размещения этих колонок рядом с источниками высокой освещенности, такими как окна. Для размещения этих колонок на кухонных или офисных столах потребуется светодиодный дисплей с подсветкой.
Из этих мест потребители захотят смотреть потоковое видео в высоком разрешении, чтобы посмотреть видео с рецептами или телепередачи, проверить новости или посмотреть, кто находится у входной двери. Этим интеллектуальным динамикам потребуется камера для видеочатов, а также возможность управления освещением и термостатом.
Хотя кухни или офисы не могут быть больше, чем спальни, потенциал высокого трафика / активности — или стремление к более высокоточному звучанию потребует более громких динамиков и более мощных усилителей звука. Вероятно, будет компромисс между количеством микрофонов и сложностью алгоритмов распознавания голоса, небольшим расстоянием от микрофона до источника звука и большим количеством окружающих шумов.
Потребление энергии при потоковой передаче видео и изображений или проецировании делает работу от батареи нецелесообразной, но больший размер корпуса дисплея должен обеспечивать некоторое облегчение в отношении рассеяния тепла.
Гостиная
Гостиная была центром мультимедийных новостей и развлечений на протяжении почти столетия. Сегодня в комнатах есть множество устройств, которые взаимодействуют с нами и друг с другом, как проводными, так и беспроводными.
Рассмотрим кабельную или спутниковую телевизионную приставку (или новые телевизионные и интернет-боксы с интернет-протоколом), телевизор, звуковую панель и даже пульты дистанционного управления. Все эти устройства взаимодействуют определенным образом, и теперь все они включают беспроводную связь. Каждое устройство играет определенную роль в гостиной и может сосуществовать, не предпринимая попыток «заменить» другое устройство.
Умные колонки в жилых комнатах и добавление искусственного интеллекта (ИИ) к развлекательным устройствам изменили все. Разработчики традиционных устройств для гостиной должны были поспешить, чтобы добавить функциональность ИИ и (в более медленном темпе) домашнюю автоматизацию. Это создает неизбежный сценарий, когда устройства «наступают» друг на друга и создают путаницу и разочарование для потребителей, особенно если продукты не используют одну и ту же платформу искусственного интеллекта.
Битва за «концентратор» искусственного интеллекта — это бум для производителей аудио и видео систем, интегральных микросхем Wi-Fi и Bluetooth, аудио ИС, микрофонов MEMS и динамиков. Однако для потребителей трудно представить, как много устройств с искусственным интеллектом могут сосуществовать, зная, какое устройство должно обрабатывать данные, какая команда и какое устройство будет обеспечивать звуковую обратную связь.
В конце концов, наличие нескольких устройств с микрофонами по периметру большой комнаты не так уж плохо. Если все сделано правильно, этот сценарий может значительно улучшить общее формирование луча и точность распознавания голоса — до тех пор, пока устройства общаются друг с другом. Каждое устройство должно работать синхронно, чтобы назначить (или разрешить) одному из устройств связаться с облаком, а затем определить, какое устройство будет проигрывать аудио результат.
Эта настройка — не столько аппаратная проблема, сколько серьезная проблема с подключением и платформой ИИ. Такие сценарии потребуют ячеистой сети, где каждое устройство, зарегистрированное в сети, и протоколы, добавленные к платформе искусственного интеллекта, определяют, какое устройство будет выводить звуковой ответ, а какое устройство будет выполнять функцию проектирования. С протоколами Bluetooth, Wi-Fi и Zigbee все в силе, вы можете начать видеть масштаб проблемы. Добавление 5G может привести к путанице, хотя и может дать ответ на многие вопросы. Это еще предстоит выяснить.
Кто же победит?
Производители телевизоров будут утверждать, что телевизор является очевидным выбором для основного домашнего сетевого концентратора (hub), но телевизоры не соответствуют качеству звука и количеству динамиков, которые вскоре ожидают потребители 3D-технологий. Та же проблема с аудио существует для приставок. Автономные интеллектуальные колонки не подключаются к телевизорам, поэтому их нельзя использовать. Единственное оставшееся устройство в гостиной, из которого могут исходить все носители, — это звуковая панель.
Сегодня звуковые панели включают в себя приставку Wi-Fi (IPTV). Эти звуковые панели доступны для покупки в торговых точках, которые используют потоковое видео по требованию (OTT) для всех, кто приобретает подписку. Другие звуковые панели доступны от операторов нескольких систем, которые ведут прямые телевизионные трансляции.
Независимо от типа звуковой панели, они способны интегрировать системы распознавания голоса на базе искусственного интеллекта, высококачественный 3D-звук и потоковое телевидение. Вскоре у них появится возможность использовать радио и протоколы домашней автоматизации, такие как Zigbee, и камеру для потоковой передачи в реальном времени от систем безопасности или видеочатов.
Хотя сегодня эта утопическая экосистема умного дома не существует именно в такой форме, но она появится и очень быстро. Именно разработчики этих систем должны держать потребителей в центре внимания, разрабатывать аппаратное и программное обеспечение, которое оптимизирует каждое устройство для помещения, в котором они размещены, и честно играть с другими устройствами в единой распределенной сети между комнатами, Системы с такой функциональностью закрепятся и помогут рынку расти в своем нынешнем темпе (с 1 миллиона единиц, поставленных в 2015 году, до более чем 165 миллионов в 2024 году, среднегодовой темп роста более 11%).
