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高通的消费物联网棋局:要革传统路由器和有线耳机的命

作为消费物联网领域的核心技术,Wi-Fi和音频技术一直广受关注,高通也是这两个领域的王者。在Wi-Fi网状网络市场,家庭、企业和场馆Wi-Fi以及蓝牙音频全球市场份额均为第一。近日,高通举行消费物联网、WiFi及音频媒体沟通会,介绍了其在消费物联网的策略以及在WiFi、音频技术领域的最新技术和成果。简单概括一下就是:高通要革传统路由器和有线耳机的命。


集微网9月27日报道,高通正在芯片业务之外开拓新的领域,物联网是重要方向之一。高通将物联网业务分为工业和消费两类,消费类物联网主要聚焦在可穿戴设备、摄像头、家庭娱乐、家居控制与自动化、语音与音乐等。

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高通的消费物联网业务正快速成长,已服务超过9000个客户,较2014年增长近20倍。目前高通已通过ODM厂商提供了超过30款可供量产的参考设计平台,包括声控家居控制中心、智能显示屏、智能音箱、联网摄像头、智能家用电器和智能手表等。

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作为消费物联网领域的核心技术,Wi-Fi和音频技术一直广受关注,高通也是这两个领域的王者。在Wi-Fi网状网络市场,家庭、企业和场馆Wi-Fi以及蓝牙音频全球市场份额均为第一。


近日,高通举行消费物联网、WiFi及音频媒体沟通会,介绍了其在消费物联网的策略以及在WiFi、音频技术领域的最新技术和成果。


简单概括一下就是:高通要革传统路由器和有线耳机的命。


网状网络:解决传统路由器三大痛点

物联网时代伴随着海量终端的接入和连接,而目前无论是对家庭还是企业,都要面临一个问题,就是面积增大之后WiFi信号的覆盖以及城市高密度环境多带来的干扰问题。


高通的报告显示,以美国家庭为例,2017年一个典型的四口之家拥有超过20个联网终端,2022年这个数字会增加到50个。目前每户每月的数据使用量可达70GB以上,而到2020年,这个数字会增长到160GB以上。


“十年前,对于联网技术而言其最大的挑战是如何把终端设备连接到互联网。而今天,每天都有超过500万个智能终端连接到互联网上,我们最大的挑战在于如何保证联网终端的和谐公平共存,并为用户提供无缝体验。”高通产品管理副总裁Gopi Sirineni表示。


对于WiFi覆盖的需求在中国尤为明显。根据高通的调查,接近60%的用户都对家中的路由器感到不满,其中指出的三大问题包括:一是Wi-Fi覆盖问题,随着居住面积的扩大,很多房间都无法连接Wi-Fi。二是接近60%的用户反映在高峰时间,网络连接性较差,即网络拥挤和网络互相干扰问题严重。三是难以在家里增加新的联网终端,路由器的用户使用界面和终端接入难度较大,用户体验并不好。


针对家庭互联网络的需要,高通在三四年前就提出Wi-Fi SON概念,SON(Self-Organizing Network)直译为自组织网络,现在被通俗称为网状网络。这种解决方案有很多关键特性,其中一部分是自组网,相较以前用户买一台Wi-Fi网关的传统方式,网状网络是指在家中摆放一套三件装、四件装,甚至六件装的多台Wi-Fi组网设备。其中一台可以连接到上行网络,其他几台会自动组织成一个互联网络。家中的终端会就近连接一个特定的网络节点。


目前60%的美国家庭已经把家里的Wi-Fi网络从普通的单节点转换成网状网络的方式。在中国,虽然目前网状网络的方式没有非常大的接入率,但有很大的需求量。高通正在将网状网络的方式引入中国。

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在一个标准的中国家庭接入场景中,大部分都通过光纤接入,路由器放在家里的某一端,比如门口或楼道。这造成路由器的实际家庭覆盖面积为居住环境的1/4。另外3/4不仅没有提供家庭覆盖的功能,反而造成了对周围邻居的干扰。这也是网络使用的峰值时间点,用户体验变的更差的原因,网络之间互相干扰非常剧烈。


也就是说,网络不仅没有全部覆盖,另一方面还造成更多干扰。另一方面,通过高通网状网络,智能组网的解决方案,用户的使用情况有所不同。当家中有多个网络接入点(AP)时,可以根据网络干扰情况,网络用户使用需求情况,把家庭网络的覆盖重点转移到在家庭中心的节点位置,或者干扰比较小的节点位置。这样既解决了在家庭内部的网络覆盖问题,也减少了毗邻网络之间的互相干扰。

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在高通的测试中,单路由器的使用示例,可以看到,离路由器节点比较远的地方,数据点只有60M的吞吐量。使用高通网状网络解决方案后,即使在之前最弱的接入点,数据吞吐量也可以达到265M,所以用户体验有天壤之别。此外,家庭网络的平均吞吐量也有50%以上的提升,增幅明显。


网状网络的部署能够为高密度居住环境中的用户带来的使用体验。在部署了网状网络之后,每个家庭中最需要网络覆盖的地方都有稳定的信号,而在网络使用较少的地方流量就会减少,同时这也减少了邻里之间的信号干扰。


在楼宇中,高密度环境中信号干扰问题对消费者网络使用体验的负面影响非常大。在部署网状网络的情况下,不同住户的网状网络可以协同工作——即根据网络拥挤情况或用户使用特性进行相互协调,这解决了三大问题:第一,减少相互干扰;第二,增强信号覆盖;第三,从整体上提高用户体验,这不是单单提高某一家住户的体验,而是为整个楼宇的每位住户都提供更优的使用体验。


网状网络的特性和智能化演进方向

网状网络有如下几方面的特性:


一方面是“就近”功能。根据信号强度或根据环境干扰的情况下,灵活调配网络节点提供的最佳带宽,在自组网的情况下,用户体验的场景可以进行优化。比如有些家庭终端是由平板电脑接入,有些终端正在播放视频,根据不同终端对网络带宽和延时需求的不同,用户可以设置2.4G或者5G的不同频段,或者接入不同网络节点,这就为提高用户体验提供了很多自优化的功能和空间。


另一方面是自修复功能。比如家中安装的摄像头通常只在特定的时间工作,或者侦测到家中有移动目标才工作。在自组网上,摄像头的工作情况则与正常使用情况的规律不同。发现摄像头在不该开启的时段进行工作,或者摄像头抓取的数据情况跟平时使用的情况不一致时,自组网自修复功能可以根据用户平时使用摄像头的情况进行监测,情况有变化的时候向用户提供警报,甚至将这种终端隔离,起到保护的作用。


再比如按照传统方式在家中接入一个路由器,路由器若损坏,家中的网络基本瘫痪,无法与终端进行Wi-Fi连接。而具有多个节点的网状网络解决方案,如果某一个节点出现故障,使用数据流将会自动连接到其他节点,甚至是终端的连接也可以通过其他的网络节点来实现,网络的鲁棒性、抗干扰和抗破坏的能力更胜一筹。而且,网状Wi-Fi面向城市中心地带,可以让高密度的居住环境受益。


网状网络不仅能够解决网络覆盖的问题,还可以提供更多的智能功能、打造无缝的交互体验,这些包括但不限于:第一,声音生物识别的能力,高通的音频解决方案不仅能够通过识别关键词执行指令,而且能够识别语音指令的发出对象,进一步地根据指令发出对象的不同身份进行不同的操作;第二,唤醒词识别和低功耗待机模式下的操作能力,这不仅仅可以节能,同时通过降低关键词误判率,减少了不必要的网络和云端的数据传输,从而实现网络优化;第三,语音打断或语音穿插的功能,即使智能音箱或其他终端正在播放音乐且音量很高,系统依然可以识别用户说出的关键词或者发布的指令,并进行交互,这就是基于6–8个麦克风回音消除和噪声抑制的远场语音技术实现的;第四,来源追踪,比如主人正在家中某个房间听音乐,然后走到了另一个房间活动,此时不必在原来的位置继续播放音乐,而另一个房间如果也有智能音箱的话,智能音箱就可以自动继续播放刚才的曲目,让音乐播放位置随着用户而移动,创造无缝的用户体验。Qualcomm解决方案能够在Wi-Fi网状网络覆盖时,通过射频信号的侦测,发现用户已经从家中一个位置移动到另外一个位置,并且让智能功能、交互功能的位置随之移动。


在网状网络的基础上接入语音功能和智能交互功能不是路标性的规划,而是现实,目前市场中已经有商业化的产品。包括华硕的Lyra Voice和NETGEAR的Orbi Voice,基于网状网络的Wi-Fi覆盖,同时在各个节点上连接智能音箱还有矩阵麦克风,从而为消费者创造真正的智能家居体验,使其感受无缝的连接和交互。

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除了与语音交互功能整合之外,高通还在推动利用射频感应与网状网络的结合。虽然用户无法看到Wi-Fi信号,但实际上Wi-Fi信号在家中会不停发生碰撞、反射。所以不同的人、宠物、物体在家中进行移动的时候,对环境扰动的指纹信息都不同。从技术角度来而言,可以通过射频环境的变化来感知和判断是谁在家中进行移动,或者是家里的宠物在不停地来回跑动。在智能家居的应用场景中,网状网络整合人工智能交互功能、以及对用户使用习惯和需求的深入洞察,为未来创造了更多可能。


下一代音频需求:小型化、高品质、超低功耗

音频市场是一个快速发展的市场。在2018年,高通针对美国、英国、中国在内的大约6000位消费者做了一个关于音频产品使用现状的调研,并发布了一项调查报告。调查发现,大概有76%的消费者认为音频品质是音频产品最重要的一个特性;有79%的受访者非常看重高分辨率的音频;有78%的受访者已经开始使用语音UI;有52%的受访者表示正在使用或者未来计划购买真正无线的音频产品;有32%的受访者表示如果在未来12个月内要买无线音频产品,音频智能音箱会成为首选;有48%的受访者表示,未来希望在户外场景能够使用声控智能音箱。

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作为音频市场的领导者,高通目前在蓝牙音频领域的全球市场份额占据第一。高通现在专注的细分市场主要包括两大块,一是个人音频市场,第二是音箱市场。个人音频的市场主要包括蓝牙耳机、有线耳机、主动降噪(ANC)耳机等;音箱市场包括传统的蓝牙音箱市场、智能音箱市场,以及条形音箱市场。


今年,高通针对音频音响市场发布了三个系列的产品,分别是QCC302X、QCC303X和QCC5100。这三个系列产品满足了用户对下一代个人音频产品的需求。首先这三大系列产品都是单芯片设计,一颗芯片集成了蓝牙的收发器、处理器、DSP、音频编解码器(codec)等。在QCC5100系列产品上,高通还集成了混合主动降噪(ANC)。芯片的高度集成主要是为了满足未来更小型产品的需求,使得客户可以设计更小尺寸的产品,从而提高用户使用的舒适度。


值得关注的一点是,这三大系列产品的另一大特性是超低功耗。小尺寸设计对电池容量提出了需求,因此超低功耗至关重要。特别是入耳式产品,因为要将其放置于耳朵之中,所以对产品和电池的尺寸要求都非常高,超低功耗就显得非常重要。


除了超低功耗,高品质的音乐性能是高通系列产品的另一大亮点,高通可以支持高达四核处理能力。因为用户希望的是,在超低功耗的前提下拥有更高的处理能力,而不是为了降低功耗去牺牲音频品质。举个例子,在火车站等非常嘈杂的环境打电话时,用户希望通话声音清晰;在听音乐时,用户希望音质效果好。为此高通的四核处理能力在低功耗的情况下,可以带来更好的音乐品质。、


在高通今年发布的三大系列产品中,可以同时支持两种真无线技术,一种是TrueWireless Stereo,另外一种是TrueWireless Stereo Plus。在使用过程中,耳机会与手机进行通信,并判断手机支持哪种技术。如果手机是基于骁龙845、670、710移动平台,耳机会切换到TrueWireless Stereo Plus技术。TrueWireless Stereo Plus是Qualcomm-to-Qualcomm的连接技术,在这种连接技术下,会有两路独立的音频流从手机直接传输到两个不同的耳机。如果耳机跟手机通信过程中,检测到手机不支持TrueWireless Stereo Plus技术,耳机会自动转换到TrueWireless Stereo模式。TrueWireless Stereo模式是一个通用模式,几乎可以兼容所有的智能手机,并不局限于操作系统或手机SoC。


据高通的调查,约48%受访者表示会考虑在室外使用场景中使用声控智能音箱。针对这项需求,高通发布了智能音频平台来满足下一代智能音箱的发展需求。


首先,连接性。这是一个高度集成的平台,为了满足用户对未来使用场景的更高要求,也为了应对更为复杂的室外使用场景。高通智能音箱平台采用了高通全球领先的Wi-Fi和蓝牙技术,以保障可靠的连接性。其次,便携性。在室外使用时,音箱对电池使用时长要求较高,因此低功耗也是一个重要的考量。再次,在保证低功耗的同时,我们也要兼顾高性能。通过集成Qualcomm的优化算法,Qualcomm智能音频平台支持多麦克风远场语音,尤其是在语音控制和语音UI的应用场景中,不论使用环境的复杂程度,都能可靠地检测到用户指令的内容。另外Qualcomm智能音频平台支持包括亚马逊Alexa、Google Assistant和百度DureOS在内的多个云端语音助手。此外,高通智能音频平台支持多房间联网音频。当用户家中有多个房间并配备了多台智能音箱,希望在各房间同步播放同一首歌曲或完全不同的歌曲时,高通的智能音频解决方案即可满足这一需求。音频品质方面,可以支持24位的音频及Qualcomm aptX音频。


截止到2018年7月份,高通合作伙伴发布了一些采用Qualcomm音频解决方案的新产品,包括雅马哈MusicCast BAR 400、谷歌Pixel Buds、Bose QuietComfort 35 II、LG ThinQ Speaker(支持Google Assistant)、Bowers & Wilkins PX无线耳机、精冠Mavin Air-X以及OPPO发布的真无线耳机OPPO O-Free。


aptX Adaptive替代有线技术

经过多年的发展,高通的aptX音频技术已经建立了非常完善的生态系统,市场接受度和品牌知名度极高,目前已经有数十亿台终端支持aptX技术。9月初,高通在IFA大会上发布了支持动态调节的下一代音频编解码器Qualcomm®aptX™Adaptive,集稳定性、顶级音质、可扩展性和低时延于一身,旨在为移动游戏、视频和音乐等时下最受欢迎且对音效要求颇高的应用带来出色的无线聆听体验。


高通的一份调研报告显示,截止到2020年,美国将有约77%的移动用户使用智能手机玩游戏。这个结果很大程度上反应了未来市场发展的大趋势:用户对无线音频的期望已经越来越高。无线带来了灵活度和方便性,但是用户也不希望无线技术牺牲掉有线的品质。而高通推出aptX Adaptive技术,正是希望它最终能够取代有线耳机。

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“如今,越来越多的手机开始取消3.5mm的耳机接口,越来越多的消费者对音乐分辨率的要求更高。消费者除了用手机听音乐,更多的时间在观看视频。aptX Adaptive音频技术的目标是让其替代有线技术。”高通产品市场总监刘俊勇告诉记者。


aptX Adaptive有几个重要的特性:


第一,该技术会根据外界的射频传输环境动态调整性能。现在的射频使用环境比以前要复杂,越来越多的Wi-Fi热点,用户无论身在机场还是家中,身处的Wi-Fi环境都比过去复杂。aptX Adaptive可以根据外界射频的传输环境来动态调整性能,保持非常一致、流畅的用户体验。


第二,从消费的内容来看,用户不仅使用终端听音乐,还观看视频和打游戏,因此,aptX Adaptive还有根据消费内容来自动调节性能的特性。aptX Adaptive的另一个特性是高品质。高品质是用户对音乐最基本的需求,所以这项技术不会以牺牲品质来实现对不同场景的适应。


目前市场上已经有大量aptX和aptX HD的终端,因此,aptX Adaptive会向后兼容目前市场上所有aptX和aptX HD的产品。此外,aptX Adaptive不需要用户去控制,一切都是自适应来完成的,这极大地提高了用户体验。


aptX Adaptive的三大核心特性,第一是高稳定,不管是在任何的场景都能确保非常稳定的使用。第二是高品质,aptX Adaptive可以达到接近CD、高保真的音乐传输品质。第三是低时延,这一点尤其针对游戏和视频场景。


据刘俊勇介绍,独立的第三方机构基于严格的标准对aptX Adaptive的音乐传输品质进行了测试。目前aptX Adaptive的音乐传输品质在420kbit/s传输速率下时,专业人士基本上感受不到它与24bit/96kHz的线性音频有明显的差异。


总的来说,aptX Adaptive最重要的特性是高稳定性。源端终端(如手机)和耳机连接时,aptX Adaptive会监测链路射频传输的品质,然后跟耳机配合来动态调整传输速率。通常情况下,该技术会支持到279Kbps到420Kbps的传输速率。在动态调整、传输环境非常复杂时,aptX Adaptive会适应到相对较低的传输速率。但是在环境简单,如Wi-Fi干扰非常小时,aptX Adaptive会自动调高传输速率。但是即使在调整传输速率的情况下,aptX Adaptive也保证了接近CD、高保真传输的音乐品质。


aptX Adaptive还有一个重要的特性就是高音质。在420kbps传输速率下,它可以达到aptX HD的传输品质。aptX HD的传输速率是576kbps,我们最新的技术aptX Adaptive在420kbps传输速率的情况下可以达到aptX HD在576kbps的音质,这是一个非常大的提升。aptX Adaptive在保证HD音质的前提下降低速率极大地提高了射频的传输可靠性,降低了传输速率却不牺牲音频品质,这正是取代有线必须要达到的要求。


低时延是使用终端观看视频和玩游戏的硬性需求。刘俊勇举例称,玩射击类游戏时,如果用户使用的是配备传统蓝牙技术的耳机,用户开枪之后,敌人倒在地上,可能需要过很长时间才听到枪声。这在游戏的使用场景中是无法接受的,这也正是高通在aptX Adaptive技术里面特别强调低时延的应用场景,因为它可以实现50-80毫秒的传输时延(这个跨度取决于实现的平台)。

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