[知識列車 – 我的學思之旅] 活動側寫:第四站 正心高中 林宗男教授分享 『我的學思之旅』

[2013 知識列車 – 我的學思之旅] 活動側寫報導

第四站 2013/5/21  私立正心高級中學
講師: 國立臺灣大學 電機工程學系  林宗男教授
講題:我的學思之旅

活動側寫-  林泊吟老師 [私立正心高級中學]

20130521 知識列車-我的學思之旅   林宗男教授演講

側寫- 林泊吟老師

五月的天氣有點微熱,蟬聲還不那麼明顯,但是空氣中有一些騷動,有一些興奮,因為今天來了特別來賓,台大電機系林宗男教授,話說他曾是校園中的一份子,從國中到高中整整六年,在當時的學習環境中,影響他最深的不是學科老師,而是工藝老師-林德興老師,在工藝課中,老師堅持大家要動手做,不論是自製木頭書架,從裁切、修邊、固定、上漆,或是運用麵包板加上電容、電阻,設計基礎電路,而他也會親自示範如何運用現有零件,建構想像中的物件,也提供學生最新的科技新知,另外在30年前,老師曾說電視會從黑白畫面變成彩色畫面,也會演進成隨身的影像播放器,君不見如今平板電腦之盛行,如同預言成真,因此不論上什麼課,都得認真聽講!藉著老師的啟發觸動林教授對電機的興趣,在大學聯考放榜後,順利進入台大電機就讀,讓想像變得真實。

因此今天的演講就從「行動載具的演進」開始,教授的研究內容主要是網路通訊、分散式多媒體系統及視訊∕影像處理。隨著行動通訊的發展,目前常聽到的「3G」涵義為何,就得要話說從頭;第一代的行動通訊設備,藉著類比調變為基礎,主要功能為語音通話,話機造型類似戰地無線電,又大又笨拙,俗稱「黑金剛」,於西元1959年由摩托羅拉公司推出,而台灣在1989年正式開台營運,由中華電信建構基地台,推出行動電話業務,受到民眾的歡迎,然而在傳輸距離遠的優點外,容易受外來電波的干擾,且擴充功能差的缺點,在用戶量激增的情況下,漸漸不適用,因此在1990年代廠商開始發展第二代行動通訊裝置,採用數位調變系統,除了進行語音通話外,還可提供數據、傳真傳輸,也就是簡訊的使用。

數位與類比的比較

在數位與類比的比較中,數位就好比是一階階的樓梯,而類比則是一道斜坡,當樓梯的高度相差很小時,走在上頭就感覺不出那是樓梯,而像斜坡一般。因此所得資料經過格化,運用電腦記憶位元的「0」與「1」,加以儲存,即是數位訊號,而數位照片經倍率放大會有鋸齒狀現象,也是證據。所以現場問答:目前的演講用麥克風、喇叭傳出聲音,這是什麼樣的訊號?是數位還是類比?在場的同學似乎還未意會過來,沒人能夠回答,幾經鼓勵,才有一男同學舉手回應是類比,而林教授接著再次說明,聲波為連續的訊號,是為類比訊號。因此行動通訊時,數位訊號傳輸要如何做到跟類比訊號一樣,須在時域上不連續的函數訊號利用取樣密度高的原則較不易失真,而取樣密度高又牽涉到儲存資料量的龐大,所以如何在兼顧訊號不失真及資料量的儲存方便,是需要取得平衡!

第二代行動通訊的興衰

第二代行動通訊系統簡稱「2G」,其中以Motorola Star Tac、Nokia 3210獲得大眾喜愛,Star Tac為一掀蓋式手機,體積小、螢幕大、數字按鍵易操作,成為一時名機,而Nokia 3210則是推出各式各樣的彩色機殼,讓使用者能夠變換,並內建「貪吃蛇」小遊戲,讓人對手機更加有興趣。所以教授提問:目前台灣有沒有2G手機?而製造2G手機很成功的公司?位在哪兒?原本本業為何?連續的幾個問題,讓現場學生熱度提高,因為都曾經聽過這些事物!而學生踴躍發言,也讓教授話鋒一轉,提到雖然2G手機的一大成功,但若沒有繼續研發其他技術,等到下一世代來臨,恐會面臨更大的失敗,Nokia的例子即是如此,在2G技術的成功,卻忽略發展3G技術的關鍵,造成當行動通訊改朝換代時,被其他競爭者超越,而在學習、人生的過程亦是,所以學如逆水行舟,不進則退,不能拘泥於眼前的成功,而看不到其他方向,不願投入精力繼續研究。

到了2000年11月,日本Sharp公司推出第一款照相手機J-SH04,雖然鏡頭解析度只有11萬畫素,卻造成女孩們的喜愛,人手一機,並且開創行動電話結合消費性電子產品的先河,也讓原本對相機與手機結合抱持懷疑的想法改變,緊接著各家廠商也提供多元的選擇,Nokia 7650是該公司的第一支影像電話,開啟多媒體訊息新紀元,內建相機與大型彩色螢幕,強化使用者介面,可拍照及傳送相片,並允許使用者將聲音、圖形、文字和影像內容結合於一則訊息中,另外支援WAP、GPRS、紅外線、藍芽、電子郵件、MIDP Java等功能,而開放式的symbian作業系統提供使用者購買各種軟體開發商所設計的應用程式,滿足自我的需求。而在數據傳輸上卻受限於須為具相同多媒體訊息功能的手機,才能看到多媒體訊息,因此普及度不夠高,其他廠商也不願意配合發展相容的系統,第一代的SmartPhone就只能如流星一般!

第三代行動通訊的發展

從第二代行動通訊發展過程中,數據的傳輸量越來越大,造成2G的頻寬已然不足,因此對下一行動通訊世代的要求即是加大頻寬,發展核心技術就是數據封包IP技術,資料傳輸率高達2Mbps,讓使用者可隨時無線上網,電子郵件也能下載到手機,員工的手機能與公司的網路連線,使用者能利用網路收發訊息,就像在家使用電腦上網一般!

SmartPhone的介面開發就有以下iOS、Android、Windows Phone、 Symbian、 Blackberry等廠商,而2007年蘋果公司推出第一代iphone,結合原本Mac上的圖形介面,讓使用者操作更順手,將照相、個人數位助理、媒體播放器、無線通訊等功能結合在手機上,在蘋果CEO賈伯斯要求,「成功,就是執著於將一件事做到最好、做到極致」的原則下,將影音播放、媒材結合apple store、itune,讓消費者能夠一站購足,也讓更多人願意使用蘋果公司的產品,在每一年推出新機的同時,iphone成為全球銷量第二大的智慧型手機;另外Android結合google以免費開放程式碼的模式,讓生產商願意生產內建Android介面的智慧型手機,因此形成兩大陣營apple與Android,其他廠商則是因使用者太少、未及時提供更多的選擇或是應用程式不夠多而無法形成氣候,例如Blackberry,在iphone推出之前,在歐美地區獨領風騷,因提供完整的端到端無線行動服務,並主動將企業資料加密,讓使用者領略SmartPhone的好處,卻因iphone使用觸控螢幕操作圖形介面的創意,而Blackberry無法拋棄原本的鍵盤設計,錯失更擴大市佔版圖的機會;因此在研發的這條路上,有時候不能只是閉門造車,也得嘗試更多創意,不要認為那是不可能做到的。

Smart phone與PC

講到這兒,教授又提出一個問題:現在的Smart phone比一台PC功能強還是弱?現場又響起討論的聲音,經過幾秒鐘後,揭曉答案,手機目前以功能面-包含導航、陀螺儀、無線上網分享器,略勝PC一籌,雖說核心處理器運算能力仍無法與PC相比擬,但當你領到壓歲錢時,你會買什麼?願意購買智慧型手機的人數勝過購買PC的人啊!因為智慧型手機具有可移動性、應用軟體眾多,在育樂方面能夠得到滿足,而林教授本身開發一款無線數據下載測試軟體,在回到雲林故鄉的同時,藉著手機測試無線上網的傳輸速率,以此向消基會反應,一樣的電信費用,卻在都會與鄉村中,得到不同的數據傳輸速率的服務,這豈不氣煞人?

所以接下來介紹生活中的電機,原來在一支Smart phone上就包含電機系所研究的各個範疇,從無線傳輸(電波)、數位相機(光電)、各種功能(計算機)、顯示面板材料(奈米電子)、電路設計(積體電路)、高效率電池(電力)、整體系統(控制)、雜訊過濾與錯誤更正(通訊)、電路設計自動化(EDA)、遠距醫療-心跳監測(醫工)等,而目前電機系研究中,每個領域皆更往生活中的應用發展,例如電力-智慧型電網,將電能的傳輸做更有效的分配,以達到綠色電能,計算機-以電腦系統與網路為主軸,運用演算法、加密設計、邏輯能力,達到保護資料、傳輸資料的功能,醫工-運用影像技術之改進及人體生理參數的量測記錄,將微機電感測技術再提升,以期達到更好的醫療照護。當林教授說明至此,不禁令人聯想到科幻電影中的情節會有成真的一天,生病了不需要到醫院掛號看診,而是會有醫療系統到宅服務,長命百歲也不是夢想,因為隨時監測生理參數,若有任何異常都能進行處置,避免造成更大的傷害。

第四代行動通訊的要求

從剛剛的說明中,談到若有更多的資料傳輸需求,則目前的3G系統恐無法負荷,所以新一代的行動通訊(4G)要求,更高速的網路傳輸(LTE技術)服務,是目前3G的5 ~ 7倍(下載速率300Mbps,和上傳速率75Mbps),以期實現手機功能不僅是語音通話,串流媒體通訊,還能控制其他設備,利用短距離PAN、WLAN和長距離蜂巢式通訊,將家庭和工作場域的各種無線應用成為可能,所以用手機上網、遙控各式電器、交通裝置,改變日常生活方式,享受更輕鬆簡化的生活!

尾聲

跟著教授的說明,談到過去20~30年電腦發展,從CPU的運算速度,數據傳輸速率的進步,帶動行動設備的發展,改變人類的生活型態,現在的生活方式就像是以前科幻電影中出現的情節一般,不過若是願意將改善人類生活作為目標,仍是有很大的發展空間,所以教授勉勵在場的同學,不要以現在所得為滿足,要勇敢地實現心中的想法,如同當初到國外求學時,受到西方文化刺激,針對計畫思考各種可能性,不要因一次的失敗就放棄想法,多嘗試幾次再說,若真的還是不能成功,不一定就此沒機會,可能因外界因素仍無法配合,如同smartphone的發展和無線網路數據傳輸的改善,技術必須要能彼此迎合所需,才能有現在蓬勃的應用。

看著聽講的同學跟著教授的演講,經歷一趟行動載具之旅,相信對手機的認識會更進一步,畢竟這是多少人的智慧結晶,才有這方便,也開啟對科技發展的想像,激勵他們要願意創新嘗試,未來才會更有趣。

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