可穿戴式设备商用面临的多重挑战
作者：Jim Li 在智能手机和平板电脑的技术发展进入停滞期后，以智能眼镜、手表、耳机、手环等为代表的智能可穿戴设备成为谷歌、苹果等巨头下一部竞争的主战场。其中谷歌去年在I/O开发者大会推出的Google Glass成为媒体和业界关注的焦点，在引起广泛关注和讨论的同时，也给相关供应链厂商带来利好消息。目前国内外各大软硬件厂商都在跃跃欲试，希望能在即将到来的可穿戴市场中占据先机。然而目前该产业也面临供应链、生态环境不完善、市场定位不清晰等诸多挑战。 可穿戴设备市场预测呈两极分化 最早购买谷歌眼镜的主要是谷歌的应用程序开发人员，并支付1,500美元/台的价格。目前已知的谷歌眼镜的应用，包括增强现实，推送聚合信息(HUB)，休闲、娱乐等应用。谷歌眼镜的出现放大了智能眼镜的产能，全球市场对于智能眼镜的未来市场有两种不同的预计。乐观派如调研机构IHS预计全球市场到2016年会有总共1,000万台智能眼镜设备。悲观派则认为这个数量可能只有100万台。悲观者认为，目前谷歌眼镜的营销意义大于实际意义。此外，谷歌眼镜将面临市场上现有的其他可穿戴摄像设备的竞争，例如GoProHero或ReconMODLive。虽然可穿戴摄像设备市场的价值在2012年超过了2亿美元，但这离智能眼镜旨在实现广泛应用的价值数十亿美元的市场还相差很远。 IHS分析师Theo Ahadome认为，真正智能的眼镜应该可以决定在何时推送哪些信息，比如针对用户所处的位置实时更新评论和推荐，根据个人喜好，而这种选择应该让用户察觉不到，成为一个强大的信息平台。Ahadome评论说：”消费者与个人通信设备互动的频率越少，该设备的价值越低。如果智能眼镜仅成为偶尔使用的设备，而并非全天候使用，那么它们对消费者的吸引力以及消费者的购买欲望就非常小。” 智能眼镜只是是目前最受关注的可穿戴设备之一，从整个可穿戴的概念来看，相关产品的市场和想象空间要大得多。在近期ABI的预测中，可穿戴设备的市场将在2018年达到4亿8千5百万台/每年。IHS则对对可穿戴式设备市场分别有从保守到激进的三种预测。2011年全球有1,400万台可穿戴式设备，这个数字到2016年预计会在3,900万到1.71亿台之间不等。 五大细分行业，眼镜及手表产品成主流 根据行业应用分类，目前可穿戴设备主要针对五大行业，包括：工业、军事、健身和运动、娱乐、医疗和健康。 IHS对其中的健身和运动、医疗和健康两个利基行业前景看好。CSR智能蓝牙产品市场部高级经理David James认为，最有发展前景的可穿戴式产品涉及健康保健、健康监测、个人空间传感与控制等。其中针对健身市场的运动类监视器(运动手环)到2016年将占据65%以上。近日，美国可穿戴技术及音频设备开发商Jawbone就收购了一家可穿戴保健电子产品厂商BodyMedia。后者拥有80多项专利，主要集中在多传感器技术领域。它的主要产品包括臂带型健康仪器Body Media FIT，只需佩戴在胳膊上即可推测用户消耗热量和睡眠质量等信息，以表格和图表的形式把相关数据应用到健康管理和减肥之中。
在医疗健康领域，可穿戴式设备主要包括脉搏血氧仪、葡萄糖监测、心电图(ECG)、助听器、药物输送等类型产品。其中便携血糖类检测仪(CGM)则在医疗保健市场占据最大份额。在近期深圳举行的医疗器械展上，希盟(中国)科技有限公司就展示了其智能临床监护产品，可以通过患者随身佩戴的头戴式检测设备，随时采集人体生命体征信息，同时无线传输到数据中心平台，可采集包括心电、血压、脉率、呼吸频率、体温、血氧饱和度等一系列指标，让普通病房的病人在不提高成本的前提下达到近似ICU病房的监护服务。 E Ink元太科技产品管理处长Giovanni Mancini同样比较看好信息类、运动休闲、与医疗照护类穿戴式装置的发展。他表示，信息类装置如智能型手表，让人们摆脱线路的环境限制，变得更加行动自如。而提供运动路径监控功能与其它有价值信息的特殊装置，也愈来愈受到欢迎，另外，与整合的环境做连结会让特殊装置变得更有价值。其中最大的受益者来自于医疗监护类装置，许多智能型医疗用周遭设备透过智能手机连上网络，提供动态且实时的健康监控活动。普遍来说，医疗照护类装置是非常有价值的，尤其对于有特殊疾病的人来说，让医生能实时取得信息来诊断病情，是极为重要的。
此外，在工业和军事应用中手戴计算机、还有智能服装比较常用。其中智能服装较多的应用到各种传感器，而手戴计算机则主要用于接收、存储、收集、分析和传递数据。在娱乐领域，头戴式显示器在游戏中将大量应用到增强现实(AR)技术，而智能类手表则主要是与智能手机或平板之间进行信息传递。 可收看电视的3D眼镜、运动手表、可记录跑步轨迹的GPS手表、保健腕带如NikeFuel腕带，以及运动鞋中的传感器，可记录并追踪运动的步数、步幅，甚至打篮球时跳跃的高度。尽管有这么多种类的产品，但根据产品形态来区分，可穿戴式设备主要分为三类：以手腕为支撑的watch类(包括watch和腕带等产品)，以脚为支撑的shoes类(包括鞋子，袜子或者将来的其他腿上佩戴产品)，以头部为支撑的Glass类(包括头盔、头带)。其它非主流的产品形态还包括智能服装，智能书包、智能拐杖、肩戴记录仪、智能手铐…… 目前来看，业界最主流的还是眼镜式产品和手表式产品。除了Google外，国外的东芝、国内的百度都在开发眼镜类产品。根据目前的了解，眼镜式产品目前功能上主要包括超小液晶显示、语音操控、图像识别、骨传导技术等，硬件上最大的门槛属于光学器件，相对来说最主要的挑战还是软件应用及生态系统的缺失，因此短期内商用化还有一定难度。在未来的应用场景中，虚拟现实、高清视频录放、游戏娱乐、信息聚合推送(HUB)将是眼镜类产品最主要的发展方向。 手表类产品中Pebble目前是标杆，目前Pebble的产品可实现双向通讯能力，可以接收和发送数据，如收看天气预报、体育比赛比分，甚至充当手机的遥控器。从其它同类智能手表产品来看，无线充电、三防、多种传感器将成为标配。深圳不少厂商在用手机芯片来做Android系统的智能手表(更像是手表外形的手机)，也有做非智能式可打电话的手环式产品(通过蓝牙跟手机配对)。总的来说，手环类产品基本上都是跟运动或健身相关，比如近期发布的咕咚手环，就是通过与百度个人云存储结合，将手环中记录的运动、睡眠等数据实时汇总到百度云端记录察看。 供应链亟待成熟，低功耗为主要诉求 可穿戴式设备的爆发也给相关的供应链厂商带来巨大影响。这些器件包括主控IC、传感器、无线连接模组、显示模组、电池及电源管理、触摸屏、摄像头、天线……但总体来说，目前市面上可选的专门针对该市场开发的器件不多，厂商也么直接采购手机器件，要么需要与供应链厂商联合研发定制。 从谷歌眼镜的技术来看，微型投影仪、微型摄像头、音频骨传导、骨传导麦克风、电池、天线和WiFi模组等为其核心零部件。国内与之相关的供应商包括在微投领域布局较早且为摄像模组提供光学镜片的水晶光电；提供微型麦克风、微型扬声器/受话器等产品的国际龙头歌尔声学和瑞声科技；生产手机照相模组的国内龙头舜宇光学科技和生产WiFi模组的环旭电子。 其中尤为值得关注的是水晶光电。据悉，水晶光电子公司晶景光电成立于2009年5月8日，由水晶光电与台湾Himax(奇景光电)共同投资设立，该公司主要从事微型投影系列光机模组设计、制造，以LCOS技术为主。而奇景光电则是目前Google眼镜的LCOS硅基液晶解决方案的唯一供应商。 另一家能提供LCOS显示技术的公司是长江通信的合资子公司深圳长江力伟科技股份有限公司。据了解，长江力伟承担了”863”等国家和省市的高新技术研发课题，建立了LCOS芯片设计、封装、光学集成到应用开发等完整的产品线，成为世界第三个拥有自主知识产权LCOS显示技术的公司之一。长江力伟股份有限公司总经理助理马国斌介绍：”我们的LCOS芯片跟显示相关，不仅仅是一个芯片。别的芯片做完封装后就可以卖，我们这个芯片上面还要盖一个ITO玻璃。我们其实做的是除光学模组之外的所有部件。”
据网络公开资料报道，苹果的iWatch目前开始与铼宝科技合作开发OLED屏。该消息称此前苹果计划为iWatch配备1.8英寸屏，测试感觉屏幕太大，转用1.5英寸。另外，有传言表示富士康已接到苹果1000只手表的订单，而这些设备会在生产结束后在苹果内部进行测试。国内厂商优美通信也与屏厂合作开发了一款PPI高达300的视网膜级小屏，其分辨率可以达到360*360。”如果按照前期10万片的成本，加入我们的开模费，至少增加30个美金成本。”优美通信VP刘向农表示，手表是一个时尚的东西，如果1.7~1.9寸，接近人的视网膜PPI，人看起来很舒服，不会有毛刺。他认为，穿戴式产品屏幕虽然小，体验也要追求，只有接近人的视网膜，显示才会舒服。 无独有偶，在近日的SID Display Week显示大会上，高通就展示了一块超高密度的小屏幕。尽管只有1.6寸的小屏，但分辨率也达到了600×600，像素密度高达惊人的530PPI。据介绍，可实现这么高的像素密度主要原因是采用了Mirasol显示技术。高通工作人员表示，未来这种小尺寸屏将在可穿戴式设备上大量使用。 除了OLED屏，E Ink电子纸也非常适合用于可穿戴领域。元太科技产品管理处长Giovanni Mancini表示，E Ink在穿戴式装置领域中的主要产品是软性电子纸显示器，取名叫Mobius，Mobius显示器是用塑料材质做成，而非用玻璃，因此非常地轻且坚固耐用。可以运用在许多小型装置中，成为穿戴式装置的一部份。与LCD比较，E Ink电子纸显示器在户外环境拥有高对比度，在任何光源下都可以阅读，适合用在户外环境。E Ink电子纸显示器的其它主要优点是超低耗电量，E Ink电子纸只有当转换画面时才需耗电，所以在许多情况下只需用到非常小的电池，甚至在有些环境下完全不需使用任何电池，因为有些特殊的能源设计可以直接从周遭的电场收集能源，其收集的电量已足够让E Ink显示器正常运作。 尽管该市场本身还处于早期创新阶段，但CSR很早就已进入这个领域。CSR智能蓝牙产品市场部高级经理David James表示，面对这个发展机遇，CSR开发出了一系列新的平台及解决方案，目前已有各种借助CSR超低功耗Bluetooth Low Energy(μEnergy)平台开发出的创新设计，如NikeFuel腕带和Nike+运动鞋等。通过CSR μEnergy系列平台，现今忙碌的家庭可以极方便地帮助监测家里老人的健康状况，即便父母居住的老家离大城市非常远。”打个比方，如果在外工作的儿子或女儿在上海、深圳或北京这样的城市以非常实惠的打包价购买了一套健康监测设备，包括一个体重秤、一个心率监视器、一个血压监护仪，甚至还有一个血糖仪，均可兼容Windows8笔记本/台式机、移动手机(所有支持蓝牙4.0的移动手机)、iPhone4s/iPhone5、全新iPad/iPadMini、SamsungGalaxyS4、联想、华为、中兴等平板电脑。这些监测设备设计直观、简单易用。所有监测数据都可上载到个人网页，甚至可以直接发送到另一个城市的医生办公室或医院。”他同时表示，未来几个月，面向iOS及Android系统平台的可穿戴设备将激增。 刘向农表示，现在很多厂商用手机平台来做手表，他们也与不少主芯片厂商进行过沟通。但目前都没有芯片厂商针对该市场专门进行定制。”高通的方案做智能腕表肯定是不行，速度快、但是功耗高、集成度低。据说博通未来有可能出一款集成度非常高的芯片，单芯片加上五合一的功能，包括NFC、蓝牙、GPS、wifi、FM，可以做到POB封装。”刘向农同时表示，在于MTK的沟通中，提到未来可能针对该市场会出一个单芯片，把BP、Transiver等集成在一起，类似于RDA 8801的产品。 “所有人都在满足市场对高性能的需求，至今没有低功耗产品专门为这个来做。”刘向农认为，采用28nm工艺，800MZH~1G左右的单核A5其实已经非常适合可穿戴式设备的低功耗需求，性能也非常足够。 多重技术挑战 在可穿戴式产品引起产业界浓厚兴趣的同时，也面临多重显示、功耗、安全等诸多技术挑战。 显示技术门槛 从公开的信息可以得知，Google Glass的显示是LCOS投影技术，深圳市长江力伟股份有限公司总经理助理马国斌表示，Google Glass目前最大的硬件挑战是光学器件还不够成熟，因为其中光学棱镜成像是最重要的组成部分。目前国内的厂商要做一个普通的眼镜式产品其实已经很简单，但是缺乏光学器件的支持，体验效果很差。”谷歌眼镜目前相当于眼镜右上方的一个提示窗口，而不能像传统概念下的眼镜一样进行全范围的覆盖。谷歌眼镜利用波导技术进行全反射，这对镜片的光路部分有特殊的设置和要求。此外全反射棱镜削切技术要求高难度大：这种特殊的镜片一是比常规镜片要厚许多，有一定的质量；二是镀膜的反射层，把中转过来的光路反射进人的瞳孔，对人眼透过眼镜看到真实世界的能力会降低。”
图4: Google眼镜的成像原理
图5: 显示效果的不同取决于光学棱镜 隐私问题 对于眼镜式产品，一个比较大的问题是隐私问题，如何保证拍照是在被拍摄人的同意下进行拍摄？这是一个很难解决的问题。有业内人士表示有一个方式是如果用户在被拍摄的时候，如果有一个手势拒绝反应或动作，则Glass不能拍摄，不过问题是，如果没有明显的提示及时延，可能被拍摄者根本来不及做出拒绝的反应或者手势。 安全性问题 从公开的性能参数可以看出，Google眼镜十分重视使用时的安全性。比如，扬声器采用骨传导方式，可通过与耳廓接触的镜腿部分听到语音。骨传导技术已经被许多可穿戴音频设备所使用，比如蓝牙耳机和立体声耳机，jawbone的头部装置也采用了该技术。在更加高效地穿透背景噪音的同时，该技术还帮助保持了用户的耳道保持开放状态。这种技术的好处是除了戴装置本人，周围的人都听不见；另一个好处就是不管周围多嘈杂，也不会漏掉信息。但是也存在缺陷，比如需要从眼睛上调整音量(除非植入自动调音功能，另一种是骨传导系统的声音失真度较高，在处理高频声音的时候会存在问题。 另外，在Google眼镜的UI设计指南中，注重安全性的部分也随处可见。比如，限制了图像及文字的显示区域及文字数量等。尽管如此，眼镜式产品在行动中仍然会在某种程度上分散人的注意力，存在不可预知的安全问题。 输入问题 除了显示技术，可穿戴设备的输入方式也存在问题。因为很多可穿戴设备是”穿戴”在人身体上的，因此输入需要更多的去考虑人体工学设计等等。由于缺乏屏显键盘或触屏尺寸太小，目前手表类产品的交互只能局限于基本的轻拍与滑动。这使得在智能手表上回短信成了一项大工程。王小彬认为，很多智能手表的设计都是上面有很多按钮，这种设计理念的出发点就是错误的，还是在用设计手机的思路在设计手表。因此这些上非常规的屏幕或介质的界面需要更多的定制设计，而不是照搬手机上的设计。例如它并不一定需要界面，和手机App结合即可(Jawbone Up、Fuelband就是很好的例子)。 当然，语音输入也是一种解决办法，但语音指令有不够精确的地方，而且语音控制也不是所有的环境下都适合。 功耗问题 另外一个主要挑战是电池的寿命，穿戴式装置必须很省电，甚至是不需耗电，以减少电池的重量。尽管电池已经从聚合物锂电池发展到石墨烯电池，但是正式商用还需要时间。 映趣科技董事长王小彬认为，受尺寸和体积限制，智能手表的内部不可能放太大的电池，另外很多元器件的功耗是无法控制的。博通移动和无线集团移动平台业务高级市场总监Michael Civiello表示，可穿戴设备不管是在手腕还是眼镜上，有一点是肯定的，没有大电池。那么不管是蓝牙还是WiFi，本身低功耗是非常重要的。虽然他没有具体介绍有哪个项目在做，但他表示博通的技术本身是可以满足这些产品的低功耗需求。CSR David James则表示，CSR产品在高速数据传输环境下仍具有卓越的电池寿命及超低功耗，远优于其他竞争对象。他介绍到在CSR μEnergy系列平台上就催生了许多可穿戴式产品，包括Nike+跑步及训练鞋、NikeFuel腕带，还有一些即将发布的新品。 能否被复制？ 对于国内厂商来说，一个很重要的问题是如何在模仿国外产品的同时避免产品被快速复制。目前来看，尽管已经有山寨厂商开始制造智能手表，但是大多直接采用成熟的手机平台和器件，操作系统也是原生的Android系统，体验非常之差。”以前产品的山寨可以外观做得一模一样，但是现在山寨眼镜一定做不到Google的显示效果，外观也做不了一模一样。”马国斌表示。 深圳风扬高科总经理黄灏霖认为，目前国内厂商做出来的可穿戴产品。第一不像传统的移动处理终端，第二不能承载高数据传播。比如同步视频，比如拍摄(高清获取)、上传，对国内的带宽是有很大的限制。要完成这一需求，目前的运营商体系无法支持这一要求。”所以表面上硬件和软件体系我们都可以做，但是我们面临的是国外的各种技术体系和标准的严重制约。” “做智能手表，别人要复制我，比复制小米手机要难。”王小彬表示，复制小米手机可能深圳1个月就能做出来，但是做智能手表会很难。”我们是在工艺上建立壁垒，如果山寨也模仿我，做出来的东西肯定要大一点、厚一点。因为我的供应商和你的供应商不一样。我现在是全都是国内一些顶尖的厂跟我做配合，假如说明天市场上有一家公司来模仿我做，我会很清楚是哪一家供应商出了问题。”王小彬介绍，现在市面上的智能手表大多采用iPod nano的屏，而他们是国内目前第一家采用圆弧工艺的屏幕，”最薄的地方0.2，中间厚的地方是0.7，这是竞争对手很难复制的”。除了在工艺上筑起壁垒，映趣还通过软硬件结合来实现门槛。”我们有很多专门针对智能手表的APP，但是只能在我们的云端服务器下载。因此别人就算能复制我的硬件，我的内在它也复制不了。” |
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