INTRODUCTION TO DIGITAL HOME (數位家庭簡介)
數位家庭的定義 透過數位家電產品的創新與標準化，串連家庭內外有線/無 線網路，藉由服務提供各項應用與內容，並以家庭娛樂為 核心，延伸至環保型住家，改善周遭環境，提升智慧型社 區能力，實現遠距照護醫療，活化個人行動與虛擬辦公室 之應用等 Source: 2006 MIPS Technologies, Inc.
Cable 家庭 家庭 內容提供業 娛樂 廣播事業 行動資訊服務 視聽多媒體 Video Server 保 全 白色家電 家庭保全 電子商務 ISP Server Internet 辦公室 認證、收費 Service Platform 保全業者 遠距維修業 • 任何時間、地點皆可存取各類型不同資 訊 • 從資訊存取延伸至保全、控制、醫療看護 Service Gateway /Home Gateway 控制 資訊 網路相連 資訊產品 通訊網 路 通 訊 醫 療 社區 醫療看護 3 Source：拓墣產業研究
數位家庭的特色 彈性 容易安裝並且配合消費者的需求組合 控制 方便分享照片，音樂與影片，並具備方便簡單的操作介面 安全 合法性，資訊的安全與隱私，資料的備份 行動 無線化連接與溝通，從任何地點透過不同裝置存取數位內 容 4
數位家庭的建構元件 From A Manifesto For The Digital Home, March 2004 5
建構元件的技術及可行性 6 From A Manifesto For The Digital Home, March 2004
數位家庭的實現— CONTENT, COMMUNICATION, CONTROL 應用服務及內容 CP CP Content CP 作、教育 多媒體娛樂 保全、控制 醫療保健 商務 通信 … Satellite CP Media Center Broadband Access Media Renderer Terrestrial Cable Service Gateway Telecom /Home Gateway Communication Router Data CP Control Platform CP Control CP CP 7
CONTENT, COMMUNICATION, CONTROL 家庭娛樂 (Content) 廣 義 數 位 家 庭 產 業 範 疇 狹 義 數 位 家 庭 產 業 範 疇 家庭控制 (Control) 遠 端 服 務 數位廣播服務 , 隨選視 訊服務 , 隨選多媒體服 務 , 數位電視傳播服務 居家與社區保全監控 服務 居家與社區照護服務 學生安全看護 需 求 功 能 網 路產 品 終 端產 品 內容目錄服務 , 內容管理 服務 , 視訊傳送服務 , 影 音控制服務 電源管理服務 , 健康照 護服務 , 家電控制與自 動化服務 Media server, Media Renderer, Control point 家庭劇院 , 攜帶型影音 播放器 , 遊戲平台 , 數位 電視 , 電子寵物 … Control platform Service Gateway White appliance, 生理資 訊量測器 , 生物辦識器 , 穿戴式裝置 , 機械狗 , 家庭看護 … 標 準 DLNA, IGRS, HAVi, CELF Echonet, SAA, Konnex, IGRS, OSGi, CELF Home PC, PDA, 電 子書包 , 車用資訊 裝置 , 線上音樂播放器 … OSGi, DLNA, IGRS, 8 Echonet, CELF 網路服務 (Communication) 寬頻接取服務 , 網 路應用服務 , 行動 服務 , 線上音樂服 務 , 居家學習、行車 資訊服務 家庭設備連網服務
數位家庭「服務」類別 健康服務 -電子病歷 -遠距醫療與照顧 -無線協尋服務 -緊急需求服務 -內容提供 影音多媒體 商業服務 -數位內容、文化創意 -MOD/VOD服務 -網路電視服務 -行車、數位廣播 -遠距視訊溝通 -遊戲等 -電子商務 -網路、行動銀行 -電子發票 -網站建設 -遠距維修 -視訊會議 產品、網路、標準與基礎環境 個人服務 服務公司 -電視購物 /網路購物 -遠距教學 /學習 -認證 /收費 /繳費 -行動服務 -內容提供 -家電維修服務 -自來水、電力公司 -電信、廣播、保全 -醫院、衛生所 -休閒娛樂服務 家庭安全 /環境 -水電瓦斯控制 -門禁感測 -社區協同服務 -環保節能服務 9
數位家庭「產品」類別 白色家電 §小電力無線裝置 §照明控制及感測 §家庭門禁安全 §家電自動開關 §各類網路家電 影音多媒體 健康醫療與安全 §Follow me TV §On the go Audio §Wireless Home Cinema §Game Machine/Console §Digital Video Recorder §生理訊號量測計 §無線隨身定位器 §智慧衛浴設備 §家 庭用機器人 §門禁瓦斯火災警報 §環境與遠距影音監控 服務、網路、標準與基礎環境 伺服器 與網路 行動家電 §Entertainment PC §Home Media Server §Media Adapter §Media Hub §Cable Modem §電力線傳送模組 §Portable DVD/PSP §雙網電話 §MP 3/PDA/DSC §電子書 , Digital album §Combo Card 汽車電子 §行車資訊 §GPS與導遊 §汽車影音 §Bluetooth §衛星收音機 10
數位家庭產品及服務演進 傳統領域 1990年代 影音娛樂 TV Walkman 代表產品 Car Audio 代表服務 無線電視台 資訊 /通訊 Desktop PC 固定式電話 有線電話服務 健康照護 基礎建設 與其他 水銀血壓 計 紙本病歷 衛生所 窄頻網路 Analog Modem Source：資訊 業發展推動小組整理 資訊家電時代 2000年 數位家庭時代 2006~ PC TV Car CD Game console LCD TV, HDTV, Car AVC On the go Theater, PMP/PSP, online game Entertainment PC 有線電視台 網路電台 , Content Sharing Notebook PC, PC Server Cellular phone, GPS 有線電話服務 電子血壓計 快速血糖測試計 電腦協助掛號 健檢中心 ADSL Cable modem 2 G, 2. 5 G, IPv 4 Media/Home Server TOBE, 3 G Phone VOIP , Triple Play Service • 隨身定位器 • 生理訊號量測器 • 娛樂 /照護機器 人 電子病歷 /遠距 照護 UWB, FTTx, 3 G/4 G Wi. MAX, PLC, IPv 6 環保、節能、防災 11
生活及娛樂為核心發展其他服務與應用 個人應用相關 與環境相關 Content 消費者需求推 動 行車影音 資訊 行動應用 學習 /資訊 Control 家庭控制 保全 社區 /政府推動 Data 生活及 娛樂中心 環保節能 防災 虛擬辦公室 遠距照護 醫療 Communication network 智慧型社區 l以生活及娛樂為核心，培育各項應用與服務能力，再延伸到其他領域 l 3 C (Content, Communication, Control) + Data關鍵要素 Source：資訊 業發展推動小組整理 12
多媒體數位家庭網路的發展趨勢 四大趨勢 居家保全(Security) 娛樂(Entertainment) 健康照護(Healthcare) 家庭自動化 (Automation) 13
四大趨勢—居家保全 居家保全系統架構來說，可分為封閉性系統與 開放性系統 影音壓縮技術與寬頻網路的成熟發展，使得安全 監控由封閉性系統走向開放性系統 錄影裝置採用的架構可分為獨立型數位錄影機 (DVR)與個人電腦DVR兩種方式 因應數位化與網路化趨勢，DVR及IP攝影機(IP Camera)市場應用也逐步增加 14
DVR Digital Video Recorder (DVR)或 Personal Video Recorder (PVR) 將影像以數位格式錄製到硬碟或 其他可存儲設備的裝置，包含 一個獨立機上盒 運行在PC上以便從磁碟錄製和回放視 頻的軟體 DVR已成為閉路電視公司主要的記錄 監視錄像的途徑，因為它的可存儲最 大容量遠遠大於過去使用的卡帶式錄 放影機 15 Source: Cablelink Network Services Inc.
IP攝影機(IP CAMERA) Source: Software Dungeon Source: MAGICA Servizi S. n. c. 16
四大趨勢—居家保全將會整合影像代存、遠端監控等多元化服務 有關IP攝影機技術模式，可透過網路直接錄存或者播 放監控影像，未來則會強化變焦、移動偵測以及影像 壓縮能力，且將可配合網路居家保全服務，整合監視、 門禁、感測以及遠端監看等功能 17
四大趨勢—娛樂 有關家庭數位娛樂方面，在數位家庭聯盟持續 推動之下，數位娛樂產品內容分享標準技術已 逐漸底定，未來可朝向跨產品以及空間自由分 享為發展方向 18
數位家庭聯盟比較表 ECHONET DHWG CELF 2000年 2003年 6月 2003年 7月 成立年 傳輸應用背景 家電應用 電腦檔案 家電應用OS平台 標準背景 以資訊家電產品為出發點 (日本廠商發起) 以 3 C產品互通為出發點 建立以Linux為基礎的作業平台 主要應用產品 監控系統、能源控制、電冰箱、 微波爐、…… 家用PC、行動通訊、 視聽家電產品、…… 消費性電子產品、…… 主要發起廠商 Hitachi、Matsushita Intel、Sony、Fujitsu、Gateway、 HP、IBM、Kenwood、Lenovo、 Microsoft、NEC、Nokia、 Matsushita、Philips、Samsung、 Sharp、ST Microelectronics、 Thomson Matsushita、Sony、Hitachi、 NEC、Philips、Samsung、 Sharp、Toshiba 會員 (不含主要 發起廠商) Mitsubishi、Sharp、Toshiba、 LG、KT、NEC、NTT、Oki、 Pioneer、Samsung、Sony、 ……(日系家電廠商為主) Broadcom、Canon、LG、NEC、 D-Link、Dolby Laboratories、 Sanyo、TATUNG、ZTE、…… C o n e x a n t、 I B M、 K e n w o o d、 L G、 M i t s u b i s h i、 M o t o r o l a、 N o k i a、 P a n a s o n i c、 S a n y o、 S T、 T I、 T h o m s o n、 … … 19 Source： 研院IEK ITIS計畫(2003/11)
數位家庭聯盟 全球主要數位家庭聯盟除了ECHONET、DHWG 與CELF之外，另有 歐美主要廠商於 1999年成立的OSGi (Open Services Gateway Initiative) 大陸主要廠商於 2003年 7月成立的IGRS (Intelligent Grouping and Resource Sharing) OSGi 主要在於建立結合廣域網路(WAN)及區域網路 (LAN)的開放性標準，關鍵重點在於開放服務的閘 道器設備 IGRS與DHGW的模式在大陸區域市場中建立當 地的標準 20
四大趨勢—娛樂 消費性者使用習慣與內容供應商對於數位內容 保護的考量，將成為相關廠商即將面臨的問題 21
數位內容保護 數位著作權管理(Digital Rights Management， DRM) 出版者用來控制被保護對象之使用權的一些技術 這些技術保護的有數字化內容(如軟體、音樂、電 影)及硬體，處理數位化產品的某個實例的使用限 制 22
數位著作權管理的限制可能包括 必須在指定電腦或播放機才能播放 必須在特定的日期前才能播放 播放的次數 傳輸到播放機的次數 燒錄到光碟的次數 以上限制的混合 23
HDCP High-bandwidth Digital Content Protection (高頻寬數 位內容保護) 由INTEL公司所發展，用以確保數位化的影像與聲 音資料在通過DVI (Digital Video Interface)或HDMI (High-Definition Multimedia Interface)介面傳送時不 至於遭到非法拷貝 HDCP的規格受到多項專利權保護，任何人欲實作 HDCP必須申請授權 24
一個驗證流程以防止未經授權的裝置接收到高清 晰度內容 將通過DVI與HDMI介面的資料加密以防止資料被 竊聽。並同時防止「中介者」破解法 一個金鑰撤銷機制，以確保任何違反HDCP協議的 裝置可以相對容易的被排除 高畫質數位電視節目以及互動性電視內容服務的 相繼推出，將可吸引消費者進而購買數位家庭相 關產品，消費者因而可獲得更豐富的數位多媒體 內容 25
四大趨勢—娛樂 有關家庭視聽娛樂內容分享模式，可分為 集中式 數位內容儲存於單一設備，如家庭媒體中心 (Home Media Center) 分散式 數位內容儲存於每種設備，需要時才進行資料 分享 運用電視與多媒體個人電腦(MPC)做為家庭視聽 娛樂應用的核心裝置，並將多媒體娛樂內容經 由有線或無線方式傳送至多媒體個人電腦平台 家中所有視聽娛樂裝置便可透過多媒體個人電 腦分享更多的影音內容 26
數位視訊轉換器 (DIGITAL SET-TOP BOX，STB) STB 即機上盒(或視訊轉換盒，Set Top Box)的簡稱 用以轉換電視訊號的設備，包括 有線電視(Cable)、衛星(Satellite)、 地面廣播及網路(IP/DSL)等幾種 型態 功能 轉換視訊 提高音畫質 擔任互動服務的中介 執行定址鎖碼 類隨選視訊 個人化電子選單 27
網際網路機上盒 (INTERNET SET-TOP BOX) Internet STB以傳統電視當作顯示器 以上網瀏覽及收發電子郵件為主要功能 28
WEB PAD 主要功能在「上網」，具可攜、使用簡單的特色， 可上網、收發電子郵件 透過無線網路卡或 Bluetooth模組與區域網路連接 外還可以透過GSM、GPRS、HSDPA無線上網 29
四大趨勢—健康照護 未來居家照護可經由網路結合緊急救護、生理 監控以及健康諮詢等服務，支援雙向且即時的 整合性服務 居家照護整合系統可串連各種居家醫療儀器， 經由網路定時傳輸生理資料，並經由專業資料 分析隨時獲得患者最新健康狀況 醫療單位也可經由網路了解病患的狀況，以判 斷是否需要回診或調整用藥 當遇到緊急情況時，居家照護感測器會發出訊 號至緊急救援中心 30
四大趨勢—家庭自動化 東芝與松下等日系廠商，均已推出網路家電後 端網路服務的完整家電自動控制服務，如具備 遠端家電控制、省電管理以及食材管理等功能， 皆因為產品不同品牌產品間無法互通，因此普 及率仍偏低 許多廠商已合作開發符合ECHONET規格的轉換 器，以強化產品互通性，進而催生網路家電加 速進入市場 31
影像電話 包括含連網與電子郵件外，更整合了語音信箱、 電話答錄機、電話簿等功能 32
智慧型冰箱 透過螢幕上網、購物，並進行食物的庫存管理， 此外還有菜單食譜、定時提醒、溫度調節、急 凍處理等食物管理的各項按鍵 33
數位家庭層級架構 系統 /解決方案 遠距醫療照護 影音多媒體 傳送服務 數位內容 製作 遠距監控 電子書製作 視訊會議 /VOD 穿戴式裝置 DTV/Home theater. Game console 數位家庭 終端產品 數位家庭平台 Digital Radio 自動照明控制 機械狗看家 白色家電 門禁管控 居家安全 移動通訊產品 Home/Media Server LAN/PAN 生理量測 家庭健康醫療平台 廣播電視平台 汽車視聽 導航服務 e-Learning ISP/ 聯網服務 自動清掃服務 MP 3/PSP 可攜式家電 GPS 車用資訊系統 安全監控 感測 網路教育學習平台 家庭電子商務平台 Wintel娛樂 PC平台 數位社區管理平台 通訊網路骨幹 衛星廣播 家庭網 路 電力線傳送 34 Source：資訊 業發展推動小組整理， 2005/9
數位家庭相關技術領域 環境監控 Service Layer 遠距醫療 社區照護 電子商務 認證 /收費 方式 Solution Layer 平面顯示器 寬頻 通訊網路整合 廣播 /傳播 家庭門禁 防災保全 簽章 /認證 影音資料處理 資訊安全 與分享 標準與 驗證測試 Infrastructure Layer 音視訊技術 系統安全技術 上下游 技術鏈 位址判定 通訊基礎技術 光電顯示 遠距教學 ISP/內容 服務提供 行車資訊 與定位 通訊 /行動 服務 VOD/ 目錄服務 GPS 設計與界面 感測元件 軟體元件 半導體製程 內容製作 網路 服務代 理 儲存 /記憶 遙控與 各類感測 網路金融 行車安全 控制 資料運算 結構 材料 35
數位家庭與技術應用之關係 36
數位家庭相關技術標準 電腦資訊網路標準組織 影音網路標準組織 生活網路標準組織 家庭閘道器標準組織 數位家庭服務標準組織 37
電腦資訊網路標準組織 UPn. P (Universal Plug and Play) 期望任何設備只要一接上網路，所有在網路上的 設備馬上就能知道有新設備加入，這些設備彼此 之間能互相溝通，更能直接使用或控制它，一切 都不需要設定，完全的Plug an Play 基於TCP/IP、UDP和HTTP的分散式、開放體系 特性 下層媒介和設備無關 可以UI (瀏覽器)控制 作業系統和語言無關 基於網際網路技術 擴展性 38
IGRS (Intelligent Grouping and Resource Sharing) 強調各種設備間的互連、資源共用和協同服務，進而創 造豐富的服務 包括手機、PDA、家電等產品達成自動發現、自動設定網 路，建立無縫隙的網路服務 e家佳 (ITop. Home) 結合既有的網路標準通訊協定，整合所有家庭內所有設 備，增進家庭用戶生活上的便利性 其標準架構並不強調自訂標準，而是盡量採用國際化的 標準，使得家庭網路標準的制訂速度更加快速 39
Home. PNA (Home Phoneline Networing Alliance) 利用現有的一般２芯電話線來構成網路 和乙太網路不同的是Home. PNA不需要特殊的終 端機、過濾器或分歧器 使用一對現有電話在使用的電話線作串聯即可 完成複雜的網路連結 40
Home. PNA 1. 0 傳速率為 1 Mbps，所有設備最多可以串接的 距離遠達 150公尺，最多可同時連接 25個資訊 周邊設備 Home. PNA 2. 0 傳輸速率則提升至 10 Mbps Home. PNA技術能分離通過一條電話線傳送的 聲音和數據資料 Home. PNA 3. 1 提供 320 Mbps傳輸速率，可運載許多高清晰 度電視(HDTV)和標準定義電視(SDTV)視頻流 最多可連接 64個設備 41
影音網路標準組織 DLNA (Digital Living Network Alliance) 一個多媒體互通平台，在不同的資訊、通訊及消 費性電子產品之間(IT, Mobile, CE devices)，能彼此 互通多媒體檔案 NMPR (Networked Media Product Requirement) 2003年Intel為推廣數位家庭所制定的標準，協助廠 家加速在數位家庭產品的發展 如同認證般，具有NMPR技術認證的消費性家電， 可彼此連結 42
生活網路標準組織 Konnex Association 針對家庭及大樓的智慧化網路技術推廣，並以 HVAC (Heating Ventilation Air Conditioner)、家庭自 動化及家電方面的應用為主 ECHONET 針對節約能源與居家照護為主要應用之家庭連網 技術 SCP (Simple Control Protocol) 為美國微軟公司所開發的一種非TCP/IP通訊方式之 家庭控制網路通訊協定 43
SAA (Smart Appliance Alliance) 制定國內(台灣)智慧家電應用層控制通訊協定 Lon. Works 由美國Echelon公司所制定的「家庭自動化」控制 規格，為依據Lon. Talk通訊協定而發展出的技術 HNCP 為一低速電源線之控制網路通訊協定 44
家庭閘道器標準組織 OSGi 主要以家電控制、家庭保全、居家健康照護、通訊安全、 能源管理及Gateway端的互通平台為主 OSGi actors Service Gateway (SG) (Embedded) Platform hosting an OSGi framework Runtime environment for services and applications Gateway Operator (GO) Runs and administers Service Gateway Development and supervision of services and data Service Provider (SP) Creates and provides new services to Gateway Operator Example: MP 3 application Content Provider (CP) Provides or receives data from Service Gateways (over GO) Example: MP 3 files for MP 3 service 45
數位家庭服務標準組織 TAHI (The Application Home Initiative) 希望於連網之數位家庭中建構一共同服務平臺，以創造 出家庭消費者資訊、安全、舒適及便利需求之新應用及 服務 解決獨立系統應用服務廠商於此產業推動時之障礙 UOPF (Ubiquitous Open Platform Forum) 希望建立一個數位家電間以及與網際網路服務商間的開 放性平臺規格標準 以期達到數位家電之易安裝、安全電子線上交易、以及 數位家電間之即時資料通訊等功能 46
47 Source：資策會MIC (2004/5)
家庭網路產品整合連網功能三階段 整合功能，協同服務 第三階段 Future 智慧型家電產品 照明裝置、恆溫空調裝置、家庭網路保全系統、 Web遠端服務 …… 多媒體資源共享 數位影音連網產品 第二階段 DVR、 Game Console、 DTV、 STB、 DVC Now 通訊產品 設備互聯與資料分享 第一階段 Switch、 Router、 Bridge、 AP、 x. DSL、 Home Gateway 已實現 PC、 Printer、 NB、 PDA、 Tablet PC 資訊產品 Source： 研院IEK 1998 2000 2002 2004 2006 時 間 48
數位家電－家庭網路技術 link)功能 能連接到各種家電設備，達到資訊擷取、家電遙 控及自動化、以及家庭娛樂等應用功能 網路技術 此網路泛指具有資料連結(data HAVi & IEEE 1394 Home PNA X 10 Home Server Wireless LAN Home. RF Bluetooth 49
家庭網路技術 － HAVI & IEEE 1394 家庭視訊音頻協同運作技術(Home Audio Video Interoperability，HAVi) 用於家庭視聽娛樂的數位網路及連結技術 最高速度可達 400 Mbps，並且支援傳輸同步 Synchronous及非同Asynchronous資料 用以整合所有具IEEE 1394規範之設備裝置 IEEE 1394，別名火線(Fire. Wire)介面，是由蘋果公司 領導的開發聯盟開發的一種高速傳送介面 IEEE 1394理論上可以將64台裝置串接在同一網路上。 傳輸速度有100 Mbps、200 Mbps、400 Mbps和800 Mbps， 50 目前已經制定出 1. 6 Gps和3. 2 Gbps的規格
家庭網路技術－HOME PNA Home Phoneline Networking Alliance (Home PNA) 將原本乙太網路Ethernet的媒體存取控制協定(Medium Access Control Protocol)用在傳統電話線上 由 3 Com、AMD、AT&T Wireless等11家通訊大廠所共 同訂定，標準組織為Home Phoneline Networking Alliance 51
家庭網路技術－X 10 利用電力傳輸網路來傳送低速率資料的技術， 大部分是用來控制傳統電器產品 52
家庭網路技術－家用伺服器(HOME SERVER) 主從式架構 動態網路位址轉換以及重複利用技術 53
家庭網路技術－WIRELESS LAN IEEE 802. 11 b Wireless LAN高速傳輸速度 11 Mbps特點， 適用於高速度資料傳輸如DVD, VCD MPEG-1, 2, 4等 54
家庭網路技術－HOMERF 家庭網路技術－Home. RF Home. RF標準是將是內無線電話DECT技術與 IEEE 802. 11結合 55
家庭網路技術－藍牙BLUETOOTH 具備短距離(5 -10公尺)及低成本的多功能通 訊標準特點 藍牙技術予許兩個裝置在不排成一直線的狀 態下進行資料傳輸 可建立多微網 56
57
參考資料 DLNA http: //www. dlna. org Paul Jackson "From A Manifesto For The Digital Home. Experience Liberation For Consumers", March 2004. 經濟部 業局 “數位家庭產業推動策略” 2006 IBM Service-Oriented Architecture(SOA) 開發者新秀大賞， 台大資 ，「智慧型家庭服務整合平台」 財團法人資訊 業策進會 經濟部 業局 業技術研究院能源與環境研究所 維基百科 58
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