hmi 交互设计（hlm设置交互项）

人机界面或人机界面（HMI）是系统与人类之间交互和信息交换的媒介。传统的HMI主要采用RS232、RS422/RS485等串行通信接口以及网口、USB等数据接口来实现设备的人机交互。展现在我们面前的“触摸屏”和导航按钮在HMI产品中非常重要。重要的硬件部分，它取代了原有鼠标和键盘的部分功能。

随着技术的不断发展，HMI的交互方式和表现形式发生了很大的变化。当今的人机交互可能是有形的，也可能是无形的。例如，我们可以发出口头命令或使用手势来控制智能手机，或者我们可以使用语音来控制车辆的导航系统并选择我们想要前往的目的地。

关于HMI的三大猜想

今天的HMI无论是在功能上还是在概念上都发生了巨大的变化。从技术和应用角度来看，我们认为HMI将在以下三个方面进一步影响未来的人机交互。

屏幕变化

在消费电子领域，曲面屏、可折叠屏开始广泛应用，传感器技术的进步带动了屏下指纹的应用。在汽车中，HMI主要体现在屏幕和显示器上。乘客可以通过按下屏幕上的按钮来操作音频系统的输出，例如选择输入设备、调谐广播电台、浏览导航指令等。

未来，乘用车的屏幕将被赋予更多的功能、更大的尺寸。完全可定制、全数字化的仪表板显示屏将得到广泛应用。现在，特斯拉的15英寸垂直触摸屏已经融入了供暖、通风和空调（HVAC）控制等功能，未来应该会赋予大屏幕更多的功能。

语音有望成为HMI的下一个发展目标。

专家预测，到2022年，80%的车辆HMI将集成语音控制功能，这还不包括智能手机中使用的语音识别系统。随着语音识别技术的进步，其应用范围不断扩大。大多数人机界面现在使用语音命令来控制音频系统和接听电话等。

未来，自然语言命令还将用于执行更复杂的功能，从车辆的自适应巡航控制到智能手机和可穿戴设备的非接触式控制和操作。也可以说，将语音用户界面（VUI）应用于电子设备将成为人机交互发展的一大趋势。如今，基于人工智能（AI）的语音智能助手已经基本解决了VUI“听不清楚”的缺点。语音控制+AI+机器学习，三者结合的语音用户界面，它们的应用前景，想想就让人无比兴奋。

手势识别开始在非接触式HMI 中普及

与触摸屏相比，手势控制具有许多优势：例如，用户可以从远处发出命令，而无需触摸设备。此外，手势控制还将HMI从二维用户界面扩展到了三维空间。世界著名汽车公司宝马已在部分车型上应用了手势技术。摄像头“看到”乘客的手势后，他们就可以在车内执行功能。当然，我们也可以将手势控制视为语音控制的替代方案，尤其是在不适合大声讲话的公共区域。

VUI：HMI 的未来之星

由于COVID-19的爆发，为了避免可能因接触而引起的病毒传播，工作场所、零售店、医院等环境对非接触式HMI的需求急剧增加。随着全球经济重新开放，这一趋势可能会进一步加速。为此，我们大胆预测，未来10年，非接触式HMI尤其是VUI的发展将步入发展的快车道。这一市场的发展也为半导体公司、OEM/ODM、接近传感供应商和软件公司提供了商机。

在所有非接触式HMI技术中，为何VUI如此受到业界青睐？事实上，早在2014年，微软CEO Satya Nadella就预言：“人声就是新界面”。普华永道(PwC) 2018 年进行的一项消费者调查显示，90% 的受访者熟悉语音助手，72% 的受访者拥有该技术的第一手经验。

VUI之所以受到消费者的广泛认可，一方面是它解放了我们的双手，提高了沟通的便利性；另一方面是因为它解放了我们的双手，提高了沟通的便利性。另一方面有效提升了客户体验。毕竟我们说话比打字快得多，而且通过非接触式的口头命令控制系统，人与机器之间的交流将变得更加自然和有效。随着语音识别技术的不断成熟，VUI将在未来几年内惠及数十亿用户。专家预测，未来5年内，几乎所有应用程序都会以某种方式集成VUI技术。

人工智能让机器变得越来越智能。因此，融合人工智能和机器学习的VUI将极大改善语音界面的个性化体验。研究公司Tractica表示，基于AI的语音助手在HMI中发挥着越来越重要的作用，预计到2025年全球市场价值将达到46亿美元。未来几年，80%的车辆HMI将集成语音识别系统，不包括Google Voice 和Apple Siri 等智能手机助手应用程序。在汽车中，语音命令最常用于控制车内的媒体播放器并为导航系统设置目的地。随着机器学习算法的发展，VUI也将被引入ADAS功能中。智能手机中，几乎所有高端机型都具备语音控制手机操作的功能。

在智能家居中，语音控制系统将家庭自动化提升到了一个新的水平，Amazon Echo、Google Nest 和Samsung SmartThings 等智能家居中心允许用户使用简单的语音命令来管理连接的设备。与此同时，VUI正在逐渐渗透到我们的工作场所，并使其走向数字化。 Gartner 预测，到2023 年，25% 的员工与应用程序的交互将通过语音进行。

深耕关键技术

总体而言，非接触式HMI主要涉及9项关键技术，即：基于摄像头的手势识别和认证、手势超声波或雷达、眼动追踪、语音命令、基于手势和位置的光电二极管传感器、接近触摸屏和运动传感器。融合、短程无线电和其他非接触式技术。根据研究机构Touch Display Research最新发布的《非接触式HMI 2020》报告显示，目前，非接触式HMI技术已经吸引了超过390家公司的参与，这些公司专注于非接触式传感器、软件和系统集成等领域。其中，提供语音命令和基于摄像头的手势识别的公司数量最多。

对于HMI应用，不少技术供应商已经采取了积极的行动。例如，TI专注于创建完整的生态系统。其HMI产品组合包括广泛的I/O、图形处理、语音识别等，为各种应用提供开发服务。该界面所需的几乎所有组件、软件和支持。 TI 的解决方案还实现了以太网供电，以进一步降低布线复杂性，甚至支持无线连接。

例如，TIDEP-01013是一款手势控制的HMI参考设计，带有毫米波传感器和Sitara处理器； TIDEP0066 语音识别参考设计使用TI 的嵌入式语音识别(TIesr) 库，并突出了C5535 和C5545 DSP 器件的语音识别功能。

由于背景噪声的干扰，语音识别通常不太完美。高品质MEMS 麦克风和先进的音频处理是使语音控制设备真正适合日常环境的关键因素。英飞凌的VUI市场战略是通过逐步建立的合作伙伴生态系统，为业界提供一系列创新参考平台和即用型下一代VUI解决方案。目前可用的解决方案主要来自Aaware、CEVA、Creoir、SoundAI、Sugr和XMOS等公司。 2017年初，英飞凌和XMOS联合提出了一种采用智能麦克风的新型语音控制解决方案，使语音助手能够在其他噪音中准确识别和定位人声。其中，英飞凌的XENSIV雷达和硅麦克风传感器组合可以识别说话者和麦克风的位置和距离，同时利用XMOS的远场语音处理技术来捕获语音。

合作伙伴解决方案应用示例平台机器人、信息亭、智能扬声器、家庭集线器、汽车Andrea Electrics 测向和跟踪模块会议设备、智能手机和笔记本电脑CEVA Whispro ClearVox 参考设计智能扬声器、语音IoT、智能电视、机顶盒和OTT、耳机云智胜机顶盒、OTT、耳机智能语音交互解决方案智能家居蜂鸟VUI解决方案

图3：英飞凌与合作伙伴联合推出了部分VUI参考设计（来源：根据英飞凌网站信息整理）

结论

早在20 世纪50 年代初，语音识别技术就已兴起，但当时的系统只能理解数字。到2017年，这项技术已经取得了长足的进步，几乎达到了可以准确理解人类语言的水平，从而为VUI的商用奠定了基础。

人机交互是实现自动化、智能化的前提。经过几十年的发展，按钮/按键等HMI方式正在退出我们的生活，而取代它们的触摸屏在很多应用中也将逐渐被新一代的VUI所取代。技术和创新永无止境，虽然今天的VUI还不够完善，但其优势已经得到了消费者的广泛认可。毕竟，人类最有效的交流方式是语言，未来的机器应该也不例外。

审稿编辑：郭婷