物联网

伴随IoT和AI两大“强心剂”持续影响,信息化、移动化、智能化成为全球医疗电子产业发展的主旋律,而由于与市场刚需、国家政策等因素强相关,中国更成为全球重要的医疗电子市场之一,增速远高于全球。

基于对整个医疗电子市场的深刻理解,特别是掌握中国本土市场和研发趋势的一手数据和信息,ADI亚太区医疗及健康行业市场经理王胜在2017深圳国际电子展暨第六届深圳国际嵌入式系统展(ELEXCON 2017)期间,与主流媒体深入交流了中国医疗电子现状和未来发展趋势。

据王胜介绍,近年来,中国专业医疗市场始终保持高于GDP的2倍,即15%左右的增速稳步增长。而移动健康(包含可穿戴)也并未如某些评论提到出现低潮,而是经过市场整合之后呈现更加理性和健康的发展势头,全球的平均增长率大概在8%-10%之间,如苹果、三星、Garmin等巨头的整体出货量仍呈现增长,中国市场更是引领全球,增速超过30%,年出货量过千万者并不在少数。

图1. ADI亚太区医疗及健康行业市场经理王胜在ELEXCON 2017同期接受主流媒体采访

宏观+微观驱动力分析,ADI战略聚焦医疗健康市场

从宏观角度来看,老龄化趋势带来的健康问题;药品与医疗设备消费比不匹配,例如在中国,药品与医疗设备的消费比为5:1,而在发达国家平均仅为1:1;针对中国医疗资源分配不均而对应布局农村、社区等的新一轮医改政策推动,都为医疗设备市场带来很大的增长空间。

王胜还以实例强调了医疗与其他产业的互补渗透趋势,例如奔驰在2017年上海的亚洲CES上展示了如何在车里监测人体的体征信号,并把驾驶员的状态监测信息和车辆状况相关信息整合起来,实现更具安全性、人性化的驾驶体验,都预示着医疗健康和各行各业的渐进融合,而这一切都在驱动整个医疗健康市场的加速前进。

聚焦微观市场驱动分析,王胜坦言每年与ADI产生生意的医疗客户数量都保持双位数以上的增速;另一方面则是医疗电子领域ADI客户自身的增长情况,据悉领域内的大客户2017年都保持了很好的增速,尤其是移动可穿戴很多都在30%左右的增速。

“加速度一直都在,所以对ADI来说,Healthcare BU本身也在不断扩充,从原来的专业医疗领域,渐渐扩展囊括移动健康类应用,从传统的专业医疗领域延伸到消费领域,甚至渗透到其他行业中。但初心不变,医疗健康市场一直是ADI的战略聚焦点之一。——王胜

图2. 战略聚焦医疗健康市场,ADI全面覆盖专业和移动两大领域

引领移动医疗创新,ADI“双角度”切入呈现整体解决方案

不论是传统的专业医疗设备还是可穿戴类的移动医疗设备,便携化、可移动、便于个人/家庭应用都是公认的发展趋势。然而不同于专业医疗偏重于高性能、高质量的追求,移动医疗设备必须兼顾实用性,将小型化、低成本等场景化因素考虑进去,而这些都将是ADI创新整体解决方案最能发挥优势的用武之地。

ADI创新技术全面覆盖各种体检信号监测

对于移动医疗来说,最重要功能的就是体征信号监测,通过光电、阻抗、生理电势、体温、运动、环境等体征信号测量技术,ADI可全方位实现心率/ECG、血压、血氧、运动、体脂、温度、呼吸等重要体征信号的监测。

图3. ADI整体解决方案覆盖全系列的体征信号监测

ADI从全信号链角度提供整体解决方案

但如果从信号链角度考虑,ADI则提供了从传感器、信号调理,到电源&能量采集、信号处理及联通云端的数据通信技术,结合ADI自有或者联合第三方的软件算法配套,通过收购Linear加强自身的电源技术优势,可以说ADI提供了覆盖整个信号链的完整解决方案。

图4. ADI提供覆盖整个信号链路的移动医疗整体解决方案

ADI从低功耗、诊断级性能、高集成度即小体积、完整的系统级解决方案及专业技术服务等多维度出发,满足移动医疗中高性能与场景化应用特点结合的需求。

据王胜介绍,不同于专业医疗领域,移动医疗特别是可穿戴领域中讲求“短平快”,客户需要的是完整解决方案,只需简单二次开发后即可投入市场,因而ADI提供了一系列的系统级方案。“可以说,算法、集成、模组等都是迎合市场需求的手法,这也是ADI在移动医疗领域占据领先市占率的原因,”王胜补充道。

图5. 针对移动医疗特殊需求,ADI提供完整的系统级解决方案

与时俱进推出系统级解决方案体现了ADI的技术硬实力,例如应用于运动检测的业界最低功耗加速度传感器ADXL362,这款突破性的超低功耗3轴数字MEMS产品在运动检测唤醒模式下功耗仅为300nA,其超低功耗的特征是可穿戴运动监测设备的理想解决方案。王胜直言,“这款产品堪称极致,也是一款受业界追捧的明星产品”。在低功耗的基础上,ADXL362兼具小体积和低信噪比,而这种近乎极致的高性能体现,可以延伸出多种智能应用,例如智能床垫等的睡眠期间体征信号监测就是其中之一。

对于心电ECG采集,ADI的AD8233专用模拟前端,已被多家心电手环和心电胸贴产品所采纳。此款芯片提供的超小体积,超低功耗,合理的价格策略,以及提供几乎所有ECG采集所需的电路均被集成的特点,也正在吸引更多的用户注意,并带来越来越多的生意回报。

而技术实力的另一个代表就是当下很火的光电测量技术,例如ADI的ADPD1XX系列集成光电测量模组,其中的ADPD174即为集成有LED,PD和模拟前端AFE电路的全集成,高性能,小体积的光电测量模组,可用于可穿戴产品中的PPG信号的采集等。据王胜介绍,在光电测量技术中,如何抑制内部反射光与外部环境光,也就是降低干扰,对应抑制这一点而言,业界就花了1~2年时间才搞定,对于这类业界痛点,设计和实现才是关键,而这正是ADI技术始终关注的“差异化方向”。目前,在光电法测量生理体征信号方面,ADI的ADPD系列传感器及信号处理方案,正在被几乎所有大的品牌客户设计使用,而在2018年,ADI还将继续在光电测量应用中推出解决客户深层次系统级设计痛点的明星产品。

打破专业医疗高精尖壁垒,ADI助长中国本土新势力

尽管专业医疗和移动医疗的侧重点会有不同,但彼此之间仍有不少重合,例如王胜提到将大型监护仪中的技术改进之后就可以延伸便携式的监护产品。ADI在移动医疗领域的强势表现正是源于其以往在专业医疗电子领域数十年扎根积淀的经验。目前,专业医疗应用中的移动化及便携式应用的趋势也相当明显。

图6. ADI在最有代表性的专业医疗影像应用方面的技术/方案概览

得益于整个宏观政策及市场需求的推动,专业医疗电子需求正盛,而且竞争格局变化不断。以数字平板X光机探测器为例,据王胜介绍,国内近年来发展得如火如荼,一举打破过去的国外垄断,从传统医疗设备生产商,到X光整机厂商,再到例如TFT等的显示屏生产厂商等新入者纷纷以此为突破口进军专业医疗电子设备。ADI积极推进中国战略,将国外先进技术和研发经验引入,助力“三国”本土势力迅速扩张,王胜自豪地直言,“中国行业内几乎所有的大制造商都是ADI的客户。”

需求扩增及高性能要求的双重挑战下,ADI新近推出高集成度的数字x射线模拟前端ADAS1256。作为业内首款在单芯片基础上集成256通道的方案,ADAS1256是Chip-On-Flex的COF模组,是x光机平板探测器读出芯片的理想方案。因此,ADAS1256不仅可提供高分辨率的数字x射线图像,更能够降低病患所受x射线的照射量。据悉,这款产品出货量非常大,相比传统的CCD或CMOS模式产品,可实现更高质量的图像,性价比也更高,也更利于设备的小型化,在这一领域ADI拥有全球绝对领先的市占率,尤其是在亚洲地区。

图7.数字X射线模拟前端ADAS1256可实现数千通道的采集。

在医疗超声这一相对成熟的医疗影像应用中,ADI在接收通道的模拟前端(AFE)芯片中已量产数代产品,从上个世纪被誉为“金牌标准”产品的AD833x,到后来推出的业内第一个全集成模拟前端AD927x,再到现在最新的AD967x,ADI一直在引领市场变化迎合客户不断变化的设计需求。除此以外,ADI还在线性发送技术上加大投入,并推出了线性发送的专用DAC产品AD9106等,几乎被所有开发医疗超声线性发送端的用户所采纳。

对标CT等高端医疗设备,ADI深知市场上对于多层数、低x射线剂量、缩短上市时间、更低系统成本的趋势与挑战,先后推出更高集成度、更小尺寸、更低功耗、更低噪声的128通道的ADAS1128/9和256通道的ADAS1134/5来支撑越来越多中国本土公司自行研发以及从低端到高端延伸的进阶需求,打破以往被全球领先厂商垄断的局面。

夯实AI前端,加强服务与支持,共迎医疗人工智能的爆发

华兴资本最新发布的2018医疗健康行业展望报告指出,随着政策倾斜(如首部针对医疗大数据应用政策出台)和资本追逐、热钱涌入,医疗人工智能在2017进入了发展元年,在2018年有望成为新的爆发点。对于媒体关心的AI与医疗结合的热点话题,王胜表示:“随着AI发展的日益火热,节点端数据的精准采集愈发显得关键。ADI目前的专业医疗和移动医疗的解决方案其实都可以放在结合AI的应用大环境下来审视”。

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2018 年将会是物联网(IoT )和人工智能(AI) 之年,而最近Verizon Enterprise Solution的预测亦将物联网(IoT )以及人工智能(AI)放到2018 年的重点之中,更称包括软件定义网络 (SDN)、物联网 (IoT) 及人工智能 (AI) 等已渐变成主流。

因此,企业如何利用这些新兴科技将会是2018年的焦点。如果企业能把技术确实地转化成优势,而又不致让运营变得复杂,这将会成为取胜之关键。

2018年,以下趋势将给企业及政府客户带来影响:

1、SDN 正式启航

随着软件定义网络 (SDN) 的技术流通全世界,企业亦开始探索他们能如何善用虚拟网络服务带来之安全性、灵活性和敏捷性。

而「应用感知网络」(Application-aware Networking) 将会是下一个突破:以管理应用程序的效能、性能和安全来达致充分地使用带宽,在这个日益以内容为主导的世界中,这将会变得更为关键。

2、信息安全融入系统

信息安全将会在 2018 年逐渐改革,以嵌入平台的方式来支持业务,譬如为网络、开发人员和应用程序提供端到端的托管安全基础建设 (End-to-End Managed Security Infrastructure)。

环顾今天的网络威胁,大部分都属于全球性规模。

与此同时,以开放的心态及信息分享的形式对付不法之徒,无论在线上或线下,也已渐成常态。随着这种改革,测量信息安全之有效性将能以命令式 (Imperative) 来执行,并使网络风险整合到企业风险评估中。把安全态势 (Security Posture)、成熟度 (Maturity) 和卫生度 (Hygiene) 量化除了能提升风险管理之效率,亦能建立一个信息安全投资回报率,从而展现高层管理人员的能力。

3、IT协作成重要筹码之一

近年,部分企业早已洞悉先机,陆续放弃旧式 PBXs,并转用 IP 支持的电话系统。

2018 年将会是IT科技真正开始改革职场协作 (workplace collaboration) 的一年,尤其是在第三方法规(Third party compliance) 的影响下。员工将可以无缝地参阅日程信息和共享文件,并在一个安全环境下快速地于不同平台上进行通讯,而最终的目标将会是通过使用多渠道来提升用家体验和生产力。

使用软件定义网络 (SDN) 能为智能数据管理和多平台通话路由功能提供更具效益的协作效用,而流动应用程序亦允许员工和消费者直接掌握信息。

4、人工智能和机器人技术将采用物联网科技

物联网会在 2018 开始成为企业的一部分。当中一大挑战将会是如何把设备管理整合到整个 IT 基础建设中,而又不让企业过度负荷。人工智能和机器人技术将能以廉价而快捷的方式提供智能自动化的物联网管理部署。

5、大众进一步掌控IT体验

随着消费者愈来愈意识到数据的力量,他们在未来会更着重选择与他们互动的对象。因此品牌应当加倍留意如何处理数据,因为顾客将会希望与品牌拥有更密切的关系,并以具流动性、安全度高和简单的方式互动。若品牌能实现这一点,便能脱颖而出。

6、互操作性将会是公共安全之重要议题

回顾 2017 年,世界各地都经历了不少恐怖袭击和自然灾害。对于先遣部队人员而言,安全和无缝地与可部署网络 (Deployable Networks)进行连接将会是 2018 的重要焦点,特别是美国的紧急救援者网络管理局(FirstNet)。

互操作性除了能允许企业和公共安全有关之机构受惠于网络和技术服务的选择外,亦可以通过市场竞争来推动创新,并有助控制成本。更重要的是当灾难发生的时候,互操作性能够让先遣部队人员跟当局和公民保持通讯。

7、简单就是致胜关键

随着世界渐趋复杂,企业的成功将取决于能否有效地分开处理核心及非核心业务。

成功的企业专注于提供关键的业务成果,并把非核心业务外包给主要的合作伙伴,因此能否实现简化程序将会决定企业的成败。

IT转型将会继续是全球业务的焦点,但这是一条艰巨之路,特别是在全球缺乏企业 IT 技术人才的情况下。

本文转自:2018企业改革大趋势:物联网、AI

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物联网正在改变我们生活的方方面面。无论是休闲、商务、零售、医疗保健,几乎每个行业都开始采用物联网技术。据麦肯锡的预计,到2020年,连接设备将达到2000亿到300亿,总价值达170亿美元。

在物联网零售方面有很多需要讨论的问题,但是首先我们来简单介绍一下物联网是什么。

物联网(IOT)是什么和在日常生活中的使用?

当我们谈到物联网,它是用来描述机器到机器的连接词,在硬件设备和传感器在各自的设备和位置中的相互交互。

有意或无意,我们中的许多人已经使用过物联网设备或看到过它。例如,Nest恒温器被业务广泛采用在设定温度,已达到期望的温度。达到设定温度后,它会自动关闭,节省您的用电成本。

此外,物联网设备已经广泛融入家电,如空调,冰箱,干衣机,烤箱等。

谈到零售业,物联网让零售商对顾客的行为进行跟踪和收集数据,利用它在未来的商业决策。如果您期待在您的零售业务中实施物联网,请务必阅读本文以了解物联网为零售商提供的服务。

物联网技术在零售业

在讨论零售商的物联网(IoT)之前,我们先简要介绍一下早期采用者报告的好处。

1、77%的零售商认为物联网是改变客户体验的一个手段
2、89%的零售业早期采用者从关于客户偏好和物联网行为的见解中受益。
3、77%的零售物联网早期采用者提供了更好的机会与新的合作伙伴交互,向客户提供产品和服务。

数字标牌到消费设备

随着网上购物的趋势上升,零售业已经很大程度上受到消费者的影响。人们倾向于购买更多的在线商品,因为商品价格便宜。而且,比较购物也是网上购物的原因之一。

因此,传统的零售商面临着诸多挑战。伴随着省钱,便利和比较购物的能力,人们更需要销售助理的帮助,以研究他们倾向于购买的商品,从而节省时间。

零售的战争以迅猛的速度增长,实体店主必须将价格设定为与网上价格相匹配。传统零售商吸引顾客到商店是相当具有挑战性的任务。

物联网可以解决这个问题。例如,传统的零售商可以将与社交网络连接的数字标牌和顾客反馈给到店内的顾客。这将帮助客户查看有关产品的信息,而不是使用移动设备。

前面讨论的数字标牌还可以有助于显示相关商品,这可能是顾客最感兴趣的。此外,它可以引导客户在货物的方向上补充他们的购买。

营销的另一个方面是了解客户的行为。为了吸引更多的顾客,当他们经过商店时,广告可以显示在移动电话的通知栏中。零售商也可以通过现实生活中的产品,通过销售助理以最好的方式介绍他们在店内的顾客。

另一方面,销售助理可以检查产品是否有库存并无缝完成交易。这是物联网可以提供帮助的地方,通过智能手表告知销售助理来检查店内的产品的可用性。

智能手表连接着数据库,并连接传感器的所有产品。此外,销售助理还可以通过平板电脑了解产品是如何工作的。 最后,销售助理可以使用同一台平板电脑立即完成交易。

指导客户寻找商品

零售商必须雇用员工来协助顾客,以及协助商店里所有的顾客。超市充斥着产品,寻找特定的产品并不是一件容易的事情。这意味着,客户将不得不花大量的时间在超市里寻找他们需要的产品。

然而,物联网可以帮助客户节省时间,也可以帮助零售业主节省雇用额外人员的时间。例如,通过在商店装备中的传感器可以帮助销售人员和顾客找到特定的产品。此外,具有读取传感器能力的数字显示器可以通知顾客关于产品描述,其益处以及营养水平。

在食品的情况下,它们中的许多具有较短的保质期。 在交付给客户之前,物联网可以证明是有用的,确保到期日期是正确的。

生态系统的机会

大多数的家装、百货、电子零售商正在选择家庭自动化和智能家居。这不仅是物联网企业所需的,也是对普通消费者开放的机遇。

零售商已经利用这个机会成为生态系统的参与者,在消费者家中通过物联网传感器产生服务支持,销售支持和自动化订单。例如,亚马逊用任何一种方式选择任何物品你都可以问Alexa。

结论

达个技术时代,零售商都需要明白,物联网对竞争中保持领先地位、增加收入和建立客户群的重要性。然而,如果你的技术不熟练,很多物联网解决方案提供商会帮助你制定策略、计划和部署。

本文来源:零售业物联网:对零售商来说是什么?

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在消费电子市场,电视、投影仪和其它多媒体设备纷纷采用高清多媒体接口(HDMI®)技术,使得HDMI成为全球公认的接口。相信不久之后,所有多媒体设备都需要配备该接口。HDMI接口在家庭娱乐中已经广为流行,近来在便携式设备和汽车信息娱乐系统中,它也日渐风行。

实现标准化多媒体接口是竞争高度激烈的消费电子市场的必然要求,上市时间对于该市场而言至关重要。除了提高市场认可度以外,采用标准接口还能大大改善投影仪、DVD播放机、高清电视以及不同制造商生产的其它设备之间的兼容性。

然而,在某些工业应用中,从模拟视频向数字视频过渡所需的时间比消费电子市场要长,许多设备尚未采用新的数字方法来发送合成音视频数据。这些设备仍然使用模拟信号作为唯一的视频传输途径,原因可能是特殊市场或应用有特定要求。例如,对于投影仪,有些客户仍然偏好使用视频图形阵列(VGA)电缆,而其它一些客户则使用音频/视频接收器(AVR)或媒体盒作为集线器,将一条HDMI电缆连接到电视,而不是一组凌乱且不美观的电缆,如图1所示。

媒体盒将模拟信号转换为HDMI

图1. 媒体盒将模拟信号转换为HDMI

新使用者可能认为HDMI是一种相对较复杂的标准,需要经过验证的软件驱动器、互通性和兼容性测试,从而保证一种设备与其它各种设备结合使用时能够正常工作。这似乎有点难以把握,遇到新技术时常常会发生这种情况。

然而,先进的半导体技术正在解决这些难题,模拟域和数字域均实现了改进,包括通过更高性能的模块来均衡较差的差分信号,以及利用更复杂的算法来减少软件开销和纠正位错误。

本文说明先进的半导体解决方案和灵巧的软件如何帮助实现HDMI。两种基本器件——HDMI-VGA (“HDMI2VGA”)和VGA-HDMI (“VGA2HDMI”)转换器——为熟悉视频应用的工程师提供一种简单的模拟视频与数字视频相互转换的方法。

虽然HDMI已成为事实上的高清视频接口,但VGA仍是笔记本电脑上最常用的接口。本文还会说明如何使这两种接口互连。

HDMI应用和视频标准简介

HDMI接口利用最小差分传输信号(TMDS)线传输包形式的视频、音频和数据。除了这些多媒体信号以外,接口还包括显示器数据通道(DDC)信号,用于交换扩展显示识别数据(EDID)和高带宽数字内容保护信息(HDCP)。

此外,HDMI接口还可以配备消费电子控制(CEC)、音频回授通道(ARC)和家庭以太网通道(HEC)。由于这些不是本文所述应用的重要部分,本文将不予讨论。

EDID数据包括一个128字节(VESA—视频设备标准协会)或256字节(CEA-861—消费电子协会)数据模块,用于说明视频接收器(Rx)的视频和(可选)音频能力。EDID由视频源(播放器)利用I2C协议通过DDC线从视频接收器读取。视频源必须发送视频接收器支持的且列于EDID中的首选或最佳视频模式。EDID可能还包含关于视频接收器音频能力的信息,以及支持的音频模式列表和相应的频率。

VGA和HDMI均有DDC连接,用以支持视频源与接收器之间的通信。EDID的前128字节可以由VGA和HDMI共享。根据ADI公司HDMI兼容性测试(CT)实验室的经验,EDID的前128字节更容易出错,因为一些工程师不熟悉HDMI规范的严格要求,而且大多数文章都是侧重于EDID扩展模块。

表1显示了EDID前128个字节中容易出错的部分。有关EDID前128个字节之后的CEA扩展模块设计的详细信息,请参阅CEA-861规范。

表1. EDID简介

VGA和HDMI的时序格式由上述两个标准设置组分别定义:VESA和CEA/EIA。VESA时序格式的定义参见“VESA监视时序和协同视频时序标准”;HDMI时序格式的定义参见CEA-861。VESA时序格式包括主要用于PC和笔记本电脑的标准,如VGA、XGA、SXGA等。CEA-861描述电视和增清/高清显示器所用的标准,如480p、576p、720p和1080p等。在这些时序格式中,只有640 × 480p @ 60 Hz这一种格式是强制性的,为VESA和CEA-861标准所共有。PC和电视均必须支持这种模式,因此本例使用该模式。表2比较了一般支持的视频标准。详细数据请参阅相应的规范。

表2. 最常用的VESA和CEA-861标准(p = 逐行;i = 隔行)

应用和部分要求简介

HDMI2VGA和VGA2HDMI转换器的重要要求是确保视频源发送的信号符合正确的视频标准。这是通过提供一个具有适当EDID内容的视频源来实现的。一旦收到,就可以将正确的视频标准转换为最终HDMI或VGA标准。

图2和图3中的功能框图显示了HDMI2VGA和VGA2HDMI转换的相应过程。HDMI2VGA转换器假设HDMI Rx内置EDID。

具有音频提取功能的HDMI2VGA转换器

图2. 具有音频提取功能的HDMI2VGA转换器

VGA2HDMI转换器

图3. VGA2HDMI转换器

工作原理

VGA2HDMI: VGA源从接收器读取EDID内容,利用DDC线路通道获取支持的时序列表,然后视频源开始发送视频流。VGA电缆具有RGB信号和独立的水平(HSYNC)与垂直(VSYNC)同步信号。下游VGA ADC锁定HSYNC以重新产生采样时钟。VGA解码器将输入的同步信号与时钟对齐。

数据使能(DE)信号指示视频的有效区域。VGA ADC并不输出此信号,它是HDMI信号编码的强制要求。DE的逻辑高电平部分表示有效像素,或者说视频信号的可视部分。DE的逻辑低电平部分表示视频信号的消隐部分。

水平DE生成

图4. 水平DE生成

垂直DE生成

图5. 垂直DE生成

DE信号对于产生有效HDMI流至关重要。如果没有DE信号,可以通过HDMI发送器(Tx)来补偿,它能重新生成DE信号。现代HDMI发送器可以利用若干参数设置,如HSYNC延迟、VSYNC延迟、有效宽度和有效高度等,从HSYNC和VSYNC输入产生DE信号(如图4和图5所示),确保兼容HDMI信号传输。

HSYNC延迟定义从HSYNC前沿到DE前沿的像素数。VSYNC延迟定义VSYNC和DE前沿之间的HSYNC脉冲数。有效宽度表示有效水平像素数,有效高度表示有效视频的行数。DE生成功能也可用于显示功能,例如使有效视频区域处于屏幕的中央。

显示位置调整是VGA输入的强制要求。数字化模拟输入信号的第一个和最后一个像素不得靠近任何HSYNC/VSYNC脉冲或与之重合。DE信号低电平期间(如垂直或水平消隐间隔)用于发送额外的HDMI数据和音频数据包,不得违反要求。ADC采样阶段可能会引起这种不对齐现象。屏幕可视区域中的黑条可能意味着有效区域不对齐。对于复合视频广播信号(CVBS),此现象可通过过扫描5%到10%进行校正。

VGA旨在显示整个有效区域,不落下任何区域。画面不会过扫描,因此显示位置调整对于VGA转HDMI很重要。最佳情况下,黑条可以被自动识别,图像可以自动调整到最终屏幕的中央,或者根据回读信息手动调整。如果VGA ADC连接到后端定标器,有效视频将能正确地与整个可视区域重新对齐。

然而,使用定标器解决有效视频区域不对齐问题会提高设计成本及相关风险。例如,利用定标器和视频图案,有效区域内一个小白框周围的黑色区域可能会被视为无用棒而予以消除有效区域内一个小白框周围的黑色区域可能会被视为无用条而予以消除。黑色区域消除后,白框就变为纯白色背景。另一方面,半白半黑图像会产生失真。为了防止此类不当失真,必须采取某种预防机制。

HDMI Tx一旦锁定并重新产生DE信号,就会向HDMI接收器(如电视等)发送视频流。与此同时,片上音频器件,如音频编解码器等,也可以通过I2S、S/PDIF或DSD向HDMI Tx发送音频流。HDMI的优势之一是可以同时发送视频和音频。

VGA2HDMI转换板上电且源和接收器连接后,MCU应通过HDMI Tx DDC线回读HDMI接收器的EDID内容。MCU应将EDID的前128字节略微更改后复制到VGA DDC通道的EEPROM,因为VGA DDC通道一般不支持用于HDMI的CEA扩展。表3列出了需要的更改。

HDMI2VGA: HDMI2VGA转换器首先必须向HDMI源提供适当的EDID内容,然后才能接收所需的640 × 480p信号,或者视频源/显示器支持的其它常见标准。HDMI Rx一般将EDID内容存储在内部,处理热插拔检测线(表示显示器已连接),接收、解码并解读输入的视频和音频流。

由于HDMI流将音频、视频和数据合并在一起,因此HDMI Rx也必须支持回读辅助信息,如颜色空间、视频标准和音频模式等。多数HDMI接收器会自适应接收流,自动将任何颜色空间(YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2、RGB 4:4:4)转换为视频DAC要求的RGB 4:4:4颜色空间。自动颜色空间转换(CSC)确保将正确的颜色空间发送至后端器件。

输入HDMI流经过处理并解码为所需的标准后,便通过像素总线输出到视频DAC和音频编解码器。视频DAC通常具有RGB像素总线和时钟输入,但无同步信号。HSYNC和VSYNC信号可通过缓冲器输出到VGA输出,最终输出到监视器或其它显示器。

HDMI音频流可以承载许多不同标准,例如:L-PCM、DSD、DST、DTS、高比特率音频、AC3和其它压缩位流。多数HDMI接收器在提取音频标准方面没有问题,但进一步处理可能有问题。根据后端器件不同,可能优先使用简单标准,而不是复杂标准,以便能将其轻松转换为扬声器用模拟输出。HDMI规范确保所有器件至少支持32 kHz、44.1 kHz和48 kHz LPCM。

因此,必须产生EDID信号,这个信号既与提取音频的HDMI2VGA转换器的音频能力相匹配,又与VGA显示器的原始能力匹配的显示器的原始信号相匹配EDID。这可以通过一个经由DDC线从VGA显示器检索EDID内容的简单算法来实现。回读数据应经过解析和验证,确保监视器允许的频率不高于HDMI Rx或视频DAC支持的频率(参见表4)。EDID镜像可以利用一个列出音频能力的额外CEA模块进行扩展,以反映HDMI2VGA转换器仅支持线性PCM标准的音频。包含所有模块的预备EDID数据因此可以向HDMI源提供。向热插拔检测线(HDMI线缆的一部分)发送脉冲后,HDMI源应从转换器重新读取EDID。

可以利用一个简单的微控制器或CPU来控制整个电路,读取VGA EDID并对HDMI Rx和音频DAC/编解码器进行编程。一般不需要控制视频DAC,因为它没有I2C或SPI等控制端口。

表4. HDMI2VGA转换器需要的更改列表

内容保护考虑

典型模拟VGA不提供内容保护,因此独立转换器不应允许解密内容保护数据,否则最终用户将能访问原始字数据。另一方面,如果该电路是较大器件的组成部分,只要它不允许用户访问未加密的视频流,就可以使用它。

电路示例

示例VGA转HDMI板使用高性能8位显示器接口AD9983A,它支持最高UXGA时序和RGB/YPbPr输入,以及高性能165 MHz HDMI发送器ADV7513, 它支持24位TTL输入、3D视频和可变输入格式。利用这些器件可以快速方便地构建一个VGA2HDMI转换器。ADV7513还有一个内置DE生成模块,因而无需外部FPGA来产生丢失的DE信号。ADV7513也有一个嵌入式EDID处理模块,可以自动从HDMI Rx回读EDID信息,或者手动强制回读。

同样,构建一个HDMI2VGA转换器也不是非常复杂。利用低功耗165 MHz HDMI接收器ADV7611和三通道、8位、330 MHz视频DACADV7125,可以构建一个高度集成的视频路径。Rx包括内置的EDID、用于处理热插拔置位的电路、可以输出RGB 4:4:4的自动CSC(与接收的颜色空间无关),以及一个支持亮度/对比度调整和同步信号重新对齐的器件处理模块。低功耗音频编解码器SSM2604可以解码立体声I2S流,并通过DAC以任意音量输出。该音频编解码器的时钟源可以从ADV7611 MCLK线获得,不需要外部晶振,配置只需要执行几次写操作。

一个简单的MCU,例如内置振荡器的精密模拟微控制器ADuC7020就能控制整个系统,包括EDID处理、颜色增强和一个带按钮、滚动条、旋钮的简单用户接口。

图6和图7分别显示VGA2HDMI转换器的重要部件——视频数字化仪(AD9983A)和HDMI Tx (ADV7513)的示例原理图。不包括MCU电路。

AD9983A原理图

图6. AD9983A原理图

ADV7513原理图

图7. ADV7513原理图

结束语

ADI公司的音频、视频和微控制器器件可以实现高集成的HDMI2VGA或VGA2HDMI转换器,转换器从USB连接器获取的少量电源供电。

两种转换器均表明:利用ADI器件,可以轻松实现采用HDMI技术的应用。对于应在HDMI中继器配置中工作的设备,HDMI系统复杂度会提高,因为这要求处理HDCP协议和整个HDMI树。两种转换器均不使用HDMI中继器配置。

视频接收器(显示器)、视频发生器(源)和视频转换器等应用要求软件堆栈相对较小,因此可以快速轻松地实现。有关更多信息和原理图,请参阅ADI公司的EngineerZone网页。

参考电路

A DTV Profile for Uncompressed High Speed Digital Interfaces (CEA-861-E).

显示器监视时序(DMT)、协同视频时序(CVT)和增强扩展显示识别数据(E-EDID)标准可从VESA获得。

作者介绍:

Brett Li

Brett Li 于2006年加入ADI公司,是一名资深应用工程师,负责ATV产品和HDMI预测试实验室。Brett分别于1999年和2004年获得北京理工大学电气工程学士学位和博士学位。2004年至2006年,他在Pixelworks工作。

Witold Kaczurba

Witold Kaczurba 是ADI公司高级电视部(爱尔兰利默里克)资深应用工程师,负责支持解码器和HDMI产品。2007年从波兰弗罗茨瓦夫理工大学毕业并获得电气工程硕士学位后,他加入ADI公司。学生期间,他曾为小型电子和IT公司工作,后来作为工读生加入ADI公司(爱尔兰),随后成为应用工程师。

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一.物联网的“信息入口”

物联网中大多数的原始性数据都从边缘网络中获取,并经过一定的删选处理后输送至“云端”(物联网平台和应用)。在边缘网络中的各类终端会嵌入在现实世界的各个角落,成为外界信息的主要入口。

当然,还有一部分原始性数据并不从边缘网络导入,而是由应用企业、开发人员、专业人员、其它信息系统在云端通过云端服务器的输入设备,直接灌入。
严格的来说,云端本身无法产生物联网数据(没有对物的感知能力),但是它具备计算能力而拥有智能,可以提取数据中的信息价值,从而向其它系统或用户提供信息服务。

二.物联网信息入口主要分布在三个层次

1. 终端

在终端和节点层,边缘网络中的终端为物联网入口。在这里主要接入三类信息:物理世界的环境,通过具备“传感器”、“执行器”的终端与物联网互通;人(用户)使用各种用户智能终端或交互终端来实现对“物”的操控;智能终端、智能设备具备自助联接物联网、获取服务的能力,可以在没有人为干预的情况下与云端的应用服务进行信息交互。在这里,会形成消费者生态。(注释:消费者不仅指人,也包括能够利用物联网自助服务的智能设备)

2. 平台

在平台服务层,通过各种互联网接口和输入输出设备,交换各类物联信息。在该层中,各种物联网专业领域和其它行业领域的信息大量汇聚并在不同系统间交互,是物联网信息的“集散地”。

物联网系统或应用的开发者、运营者(包括各行业技术人员),都会利用平台服务来创新、运营物联网应用。在这里会形成物联网的开发者、运营者生态。

3.应用

在应用层,物联网应用和互联网应用的特性基本一致。用户可以远程登入应用系统,操作、查看远端的设备,收集环境信息,获取商业信息服务。

在这里,具有互联网的生态形式,并由于物联网的融入,它会被扩展到一个新的高度:和终端、平台层的情况一样,大量智能系统会成为应用层的用户,它们能够自主地使用各类物联网应用,自助完成商业交付,表现得像一个由自主意识的行为人,完成互联网、物联网的商业交易。和终端侧一样,形成消费者生态。

和互联网领域一样,在物联网的(信息)入口处,将形成各层对应的产业生态,同时也会酝酿激烈的商业竞争,即“入口之争”或“门户之争”(在平台层和应用层,“入口”也被称之为“门户”)。

而由于物联网的入口非常的多元化(三层入口),任何一家企业都很难做到在某领域内的完全垄断,并且入口处的生态需要开放语言、共享服务的支持,所以企业之间除了竞争关系外,还需要通过不断协同合作,促进物联网公众化语言体系的建立、服务标准的确立,从而形成健康的行业生态,共享入口价值。在物联网领域中,企业和企业之间的竞合关系会非常微妙。

三.物联网中的“信息流向”

(请参看《物联网技术矩阵图》)从整体来看,真实世界的各种“物”的信息,先通过物联网入口,再直接或经过边缘网络进入核心的互联网络,最终到达云端服务平台,这就是横向的“端-网-云”的“汇聚流”。

如前文所述,信息汇聚,具有典型树状解构。物联网中零散的原始数据,会通过各种入口终端,经过各层网络不断地汇总,最终到达云端。

在物联网中,会产生很多垃圾数据、重复数据、时效性数据、地域性数据,这些数据本身并不一定需要送达到云端;同时还有很多极低信息量的数据,如果不做处理,会过多地占用云端资源。数据并不是越多越好,也并不需要完全集中在一起。

所以,物联网不仅是一张汇聚信息的“网”,还是提取信息价值的工具。在物联网技术矩阵中,可以通过计算能力的泛在部署,形成自下而上的“终端-网络-服务-应用”的“价值流”。通过物联网技术,海量数据中具有价值的信息被逐层提取,并生成浓缩的“简报”再向上传递,直到应用。

智能化计算能力的部署,会成为一种广泛的需要。在智能(计算)帮助信息流转的同时,“信息汇聚”和“技术向上组合”也会促进智能的进化和迭代。智能和信息彼此需要、相互促进,这将成为物联网发展的关键模式。

智能发展的方向是信息“汇聚流”和“价值流”的“向量合”。

四.从技术矩阵理解物联网商业应用和环节

专业机构和企业对物联网都有自己的解构(分层)方式,这些方式多数是从“信息流”或“技术组合”两个角度来分层的。他们对物联网的解构,基本都可以映射到物联网技术矩阵中,加以理解。

运营商、电信设备厂商发布的物联网分层:端(感知层)、管(连接层)、云(处理层)、应用(应用层)。这种分层结构,主要以信息的“汇聚流”为参考,但强调了平台层(云-处理层)汇聚数据的价值。

咨询机构对物联网产业环节的划分(8个环节):传感器(感知)、芯片、无线模组、通信网络、平台(连接管理、设备管理、应用开发)、操作系统、智能硬件、集成应用。环节的划分,主要是以商业-产业链的角度来归类的,不过也能从中看出和物联网技术矩阵的密切关联。

在物联网产业中,各个环节其实是相关技术实现模块化、标准化生产后,形成了的较稳定的商业模式,包含了物联网技术各层级中的关键部件。

这些关键部件,从技术组合特性的角度来看,其所涵盖的技术往往是具有较高的递归性(通用性强、产量大,容易被其它技术利用,并且被大量的高级技术复用)和复杂性(科技含量高,生产工艺复杂)。最典型的例子就是“芯片”,器件层中的关键部件。

在物联网行业中,不同的组织或企业往往会提出不同的物联网架构。这些组织和企业对物联网的解读,一方面是从自身的技术认知出发,另一方面会以自身资源和能力为导向对物联网进行解构,并结合自身技术架构向外展示,以表达组织的行业、商业诉求。

每个组织都有自己的物联网技术结构,这个结构建立在自然的技术矩阵之上,通过组织内技术人员的技术创新(组合)来实现,再以信息流(汇聚流、价值流)、技术结构、软硬件等几个角度,对技术结构进行分层分段,以方便其客户理解。

不过,如果能够看懂物联网技术矩阵(自然层级),并理解物联网技术的递归性、语义化等特性,就能够读懂各种复杂的技术结构。也正是信息技术的语义化特性,造就了“各家各户”丰富多姿的技术形态(架构)。

结束

某一天,物联网将是一个各类生物(包括人、动物)和机器同时在线上和线下进行信息交互的“跨物种”的“社交网络”。

本文来源:先理解这些概念,再说你懂物联网!

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