.5G 網路靈魂所在( 5分鐘看懂毫米波)

Animating 5G: Millimeter Wave


源:PChome电脑之家

5G 網路會帶來眾多全新的體驗,對於我們大眾來說,5G最能夠吸引我們的元素,還得說是是超越 4G 數倍的網路速度了。

5G 能夠有著數倍乃至數十倍,4G LTE的網路速度,離不開背後所使用的各種新技術與新標準,毫米波技術的使用,無疑就是其中的最關鍵一環。

毫米波是什麼
毫米波究竟是個什麼東西其實我們翻翻高中物理課本就能清楚,其本質上就是一種高頻電磁波,它是波長 1-10 毫米的電磁波,通常來說就是頻率在 30GHz - 300GHz 之間的電磁波。是 5G 通訊中所使用的主要頻段之一。


5G通訊中主要使用兩個通訊頻段,Sub-6GHz 為低頻頻段,它主要使用 6GHz 以下頻段進行通訊。毫米波頻段則使用 24GHz-100GHz 的高頻毫米波進行通訊。目前 5G 對於毫米波的利用,大多集中在 24GHz/28GHz/39GHz/60GHz 幾個頻段之中。

毫米波的簡單介紹到此為止。回到最初的問題,網路速度的提升,跟毫米波有什麼關係這裡我們不需要提及,那些生澀難懂技術,只要舉個例子,幾分鐘就能理解。

網路通訊速度的根本,其實就是單位時間內,所能接收到的數據多少。通訊基地台與手機,就好比兩個物流站點之間,進行貨物的傳輸,貨物就是需要傳輸的數據,連接兩個站點之間的,正是我們通訊所使用的電磁波,它就好比一條高速公路一般相互之間的數據傳輸,則如同一輛輛卡車中的貨物。

想要將全部的貨物運送到另一端,我們可以加大卡車的容量,讓其可以一次運送更多的貨物,從而在在卡車速度,被固定的情況下(電磁波傳輸速度固定為光速),在更短的時間內,將貨物運送完畢。簡單來說就是提高通訊電磁波中,可以承載的數據量,來提高通訊效率,來加快網路速率。

比如目前使用的 256-QAM,就是基於這樣的原理,來提高網路速率的,但這種做法具有一定的局限性。它並非能夠無限制的提升效率,這種方法一是會造成射頻信號的功耗增加,另一方面也會讓其更容易受到噪聲的干擾,造成解碼時的錯誤。

換成卡車的概念則更容易理解,一輛卡車的體積有限,你無論如何,也不能將其打造成火車。


另一種方式則是提高車道,讓能夠同行的卡車數量增加,這也就是提高頻寬,來實現更快的網路速率。這其實也不難理解,車道越多,單位時間內通行的卡車數量也就越多,也就是單位時間內,能夠接收到的數據越多,反應在網速上,無疑就是更快的速度了。

好了,接下來就是關於毫米波的問題了。透過以上的分析,我們不難得出結論,提高網路速率最簡單粗暴的方式,就是加強頻寬。根據通訊方面的原理,通訊信號頻率與其最大頻寬是呈正比的,其大概是頻率的5%,以28GHz 毫米波為例,其理論最大頻寬就有 1.4GHz,比起目前 4G LTE 所使用的 800Mhz-2600MHz 信號 100Mhz 左右的頻寬相比,先天性就有著十倍以上的頻寬差距。

毫米波單載波就能達到 100MHz 頻寬
載波聚合技術也能夠提高寬,它能夠將多個載波,整合在一起,來實現更高的系統寬。但是載波聚合的使用,也是受到頻譜資源的限制的,在目前的 4G LTE 頻譜資源上,頻譜資源十分稀缺,頻譜資源最豐富的對岸中國移動,也只有130MHz的頻譜資源。相比較之下,毫米波的頻譜資源十分豐富,能夠被分配給營運商的頻段極為廣闊,甚至可以分配出諸多連續的優質頻段。

頻寬高、資源好、速度快,這就是毫米波的優勢所在,也是 5G 為何要使用毫米波,作為載體的根本原因所在。目前毫米波技術已經表現得比較成熟了,高通方面就曾經為我們進行了這方面的展示,其透過利用 8 個 100MHz 信道,組成 800 MHz的高頻寬,網路速率上已經接近 5Gbps,比起 Sub-6GHz 的最高速率,還有著成倍的提升。

毫米波使用也有難度
毫米波其實並非是新技術,早在很久之前就出現了,只是沒有被廣泛應用。因為其在通訊中,受到環境因素的很大限制。由於其波長較短,因此衍射能力不強,對於建築物的穿透力幾乎等於沒有,稍有障礙物就會導致信號傳播受阻。

空氣中的水分子也能夠吸收毫米波,造成其能量的衰減,傳播範圍極為有限。甚至是人體本身,也會對毫米波產生致命的干擾,人手就能夠完全阻斷毫米波信號。

對於毫米波應用的技術方案,現在的通訊行業有了成熟的解決方案。4G 信號的傳輸,是屬於區域覆蓋,類似於水波紋,沒有十分精准的方向性。

毫米波信號的傳輸,則可以看做是點對點的動態傳輸,它能夠精準的辨識,基地台與手機之間的位置和距離,將毫米波信號集中在一起,形成一道高能量的波束,再運用波束追蹤技術,直接進行定向傳輸。

這種傳輸方式的能量集中,具有較好的抗干擾性,完美的彌補了毫米波先天性的不足之處,使其能夠支持商用環境。

在手機終端中接收與發射毫米波,同樣是需要解決的難題。毫米波的波長短,相應所需要的天線長度也要短,可以減少手機內部的天線佔用空間,這是毫米波的優勢。不過毫米波在手機終端的使用上,也面臨著射頻發射、天線、放大、接收等全方面的設計難題。


好在目前在手機終端的毫米波使用上,也有了完備的解決方案。這其中以高通的方案最具代表性,其所打造的新一代毫米波天線模組 QTM525,整合了毫米波傳輸中的天線、信號收發、放大等一系列功能,將這些功能集合在了一個十分「袖珍」的模組之中。

手機終端只要運用該模組,就能夠直接解決毫米波通訊的問題。QTM525 毫米波天線模組,能夠在一部手機中部署四個,全方位覆蓋手機的四邊,讓用戶無論是橫置還是單手握持,總能夠保證有一組天線的通暢,確保毫米波通訊的可靠。

QTM525 毫米波天線模組的體積控制極佳,搭載該模組的手機,能夠將手機的厚度控制在 8mm,這個厚度與目前的4G手機相當,能夠延續手機設計纖薄特性,它能夠讓 5G 手機有著如同 4G 手機版的精美纖薄設計。

5G手機的纖薄性不是問題
QTM525 實際上已經是高通的第二代 5G 毫米波天線模組。早在去年 7 月,高通就發佈了首代毫米波模組 QTM052,與驍龍 X50 調制解調器,配合為全球首批 5G 手機提供毫米波支持。

鑒於今年上市的 5G 手機,絕大部分都將採用驍龍 855 行動平台 + 驍龍 X50 的組合,對於其中數家廠商推出的支持毫米波的 5G 手機終端而言,毫米波不再是難題,只待電信商的網路建成後,使用者即可體驗到,毫米波所帶來的疾速體驗。

毫米波是 5G 不可或缺的部分
開頭我們就已經明確了,毫米波是 5G 通訊中的一部分,是 5G 通訊中的兩大主要頻段之一,它所帶給 5G 的不止是極快的網路速度,更是 5G 差異化體驗的重要組成部分。

5G 網路是一個複雜的網路環境,毫米波是最為閉環中,處於圓心周圍的最核心體驗,它所呈現的是極限的速度,但是網路信號的覆蓋範圍有所局限Sub-6GHz 頻段兼顧了速度與信號覆蓋範圍,有著均衡的表現

除此之外,千兆級 LTE 網路在 5G 環境中也是不可或缺的,它有著最優秀的信號覆蓋,能夠在 5G 信號覆蓋不到的地方,保證用戶不出現斷崖式的糟糕體驗。

無論是毫米波、Sub-6GHz,都是 5G 不可或缺的一部分。毫米波作為其中技術難度最高的,或許在 5G 初期不太被重視,但缺了毫米波的 5G,借用一句現在的流行用語,那就是沒有靈魂的 5G了。


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.人臉辨識顏值研究綜述篇

How Does Facial Recognition Work?



來源:infoq.cn 作者:杨皓博,有三AI 言有三

人脸颜值研究综述

今天帶來一篇人臉辨識中的顏值打分數技術,所謂「顏值」,基於什麼標準來評判高低呢?既然是個「數值」,那到底能不能「測量」一下?

01 概述
近年來隨著人臉辨識技術的發展,顏值打分數也受到了廣泛的關注與研究。即便可使人來打分數,大家也口味各異,御姐蘿莉各有所愛。電腦又豈能判斷人的美醜呢?實際上科學家研究過人臉的 " 顏值 ",並一直在開發相對應的「顏值算法」。

「平均臉」 的思想,是透過算法檢測特徵點,然後將人臉圖像劃分成不同區域,再做分段放射變換與加權平均,綜合考慮人臉的形狀特徵,和紋理特徵,合成的圖如下:

人脸颜值研究综述

五官勻稱、輪廓對稱、膚色美觀的臉,更容易受到大眾的喜歡,這一點在顏值中,可算達到臉共識,也就是「醜人多作怪,美人一個胚」。正因如此,顏值算法才有了可行性,很多公司開發了顏值打分數的應用,接著我們就來看看。


同一張圖在不同應用中的測定:

人脸颜值研究综述
不同的人臉在同一應用中測定 (百度 AI 為例)

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不同年齡不同膚色,在顏值打分數系統中,評分測試 (例曠視科技,列出部分測試)

人脸颜值研究综述


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顏值測定是一項娛樂的應用,我們從下面的數據集中,隨機拿了幾張圖做測試,結果如下:

1. 不同膚色給出分數無明顯差異


2. 評分多在 60 分左右

人脸颜值研究综述

總的來說表現都差不多,娛樂為主吧。

02人臉顏值數據集與標價指標
2.1 數據集
人脸颜值研究综述
數據集共 5500 個正面人臉,年齡分布為 15-60,全部都是自然表情。包含不同的性別分布和種族分布(2000 亞洲女性,2000 亞洲男性,750 高加索男性,750 高加索女性),數據分別來自於數據堂,US Adult database 等。

每一張圖由 60 個人進行評分,共評為 5 個等級,這 60 個人的年齡分布為 18~27 歲,均為年輕人。適用於基於 apperance/shape 等的模型研究。同時,每一個圖都提供了 86 個關鍵點的標注。

各類人群的顏值分布如下:

人脸颜值研究综述

顏值分數都使用包含兩個主成分的混合高斯模型去擬合,紅色和綠色分別是低顏值和高顏值的分布曲線,可見對於這 4 類人群,平均高顏值在 4,低顏值在 2.5 左右。

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2.2 評價準則
2.2.1 Pearson correlation coefficient
用來度量數據間是否存在線性關係,也表徵了變量間線性關係的強弱。它透過計算兩個數據集合之間的距離,用來衡量兩個數據集合的線性相關度。

設 N 幅人臉圖像的人工評分值為{ x1,x2,…,xi,…,xN} ,計算得到的分值為 { y1,y2,…,yi,…,yN } ,其中 xi 表示第 i 幅圖像的真值,yi 表示第 i 幅圖像的人臉顏值預測結果。相關係數 r 計算公式如式如下:


人脸颜值研究综述

r 值越高,表示人工分類結果,與本文方法預測結果越接近,該方法的性能就越好,反之,則越差,如下圖所示。

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2.2.2 Maxumum absolute error 和 root mean square error
Maxumum absolute error 就是真值和預測值的絕對差值,root mean square error 就是誤差平方和的根,比較簡單就不列出公式了。

03傳統方法研究思路
傳統方法研究思路,自然就是手動提取特徵,我們基於參考文獻來做說明。

分為幾何特徵表觀特徵,幾何特徵包括人臉關鍵特徵點位置、關鍵位置距離資訊,以及人臉各器官面積比例;表觀特徵包括 LBP 紋理特徵。將這兩種特徵,進行串聯得到融合特徵。

下面是具體的步驟。

3.1 圖像預處理
人臉圖像收集時,品質不同且伴有噪聲,明暗灰度也差異較大,對圖像進行預處理,有助於後續對人臉特徵的提取與計算。圖像預處理包括灰度化處理、位置檢測,以及傾斜校正處理

1. 將圖像轉化為灰度圖
2. 利用 Haar 分類器截取人臉的大致區域
3. 計算傾斜角並矯正

3.2 幾何特徵提取
3.2.1 全局特徵
根據 ASM 算法將 68 個人臉特徵點的橫縱坐標,連接起來構成表徵人臉,幾何特徵關鍵點的特徵向量,這就是全局特徵。但是由於原始圖像角度問題,會導致向量在計算過程中,會出現誤差,所以要對向量進行歸一化處理,具體包括 (1) 平移不變處理 (2) 尺度不變處理 (3) 旋轉不變處理

3.2.2 人臉距離特徵
人到一定年齡以後,臉部的器官位置資訊,將不再隨著年齡的成長而變化 ( 手術或意外情況除外) ,基於 ASM-68 向量定義 18 個距離特徵如下:


人脸颜值研究综述

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3.2.3 面積特徵
根據 ASM 定位的關鍵點,找到表徵各器官面積的三角形,如眼睛、鼻子、下巴、嘴等, 將得到的 54 個三角形面積特徵,歸一化後就可以得到三角形面積特徵。


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3.3 表觀特徵提取
表觀特徵表徵的,是人臉的整體外貌和人臉的皮膚狀況等資訊。可以反映出如紋理資訊、人臉皮膚的狀態、顏色深淺臉部資訊等。表觀特徵選擇比較成熟的 LBP 特徵。

LBP 特徵,就是在圖像的某個區域內,將中心像素點的像素值作為閾值,相鄰像素點與其進行對比,大於閾值標記為 1,小於或等於則標記為 0,產生 8 位二進制數,該值作為中心像素點的 LBP 值。當然,Gabor 特徵也是經常使用的。

3.4 特徵融合與分類
3.4.1 人臉特徵融合
前面提取的幾何特徵,顯示了人臉關鍵特徵點資訊、人臉各器官間的距離比例資訊,以及面積特徵等,表觀特徵表徵了人臉的全局紋理特性。由於都已經進行了歸一化處理,因此可以直接採用串聯的方式,進行特徵融合。

3.4.2 分類
融合了特徵之後就可以進入分類器了,常用的是 SVM。

採用了 18 維的距離特徵和 Gabor 濾波特徵,使用了 linear regression,gaussian regression 和 support vector regression 方法進行比較。效果如下:


人脸颜值研究综述

從結果看來,對於幾何特徵,Gaussian Regression 和 Support vector Regression 表現更好均優於 linear regression 方法,而對於紋理特徵,求取關鍵點的方法的不同,使得 Gaussian regression 和 Support vector Regression 各有優劣。

04深度學習方法研究思路
基於深度學習的方法,由於已經沒有了手設特徵的一步,所以就只剩下優化目標的選擇,和網路的選擇。更強大的網路,通常都有更好的性能,我們看看訓練的結果。

人脸颜值研究综述

實驗結果顯示符合我們的預測,網路最強大的 ResNext-50 取得最優性能,同時,所有的網路都優於最好的傳統方法。基於深度學習的方法,沒有太多可以說的地方,懟數據就是正確答案。

05總結
最後我們做一個總結。人臉顏值打分數算法,雖然是一個比較主觀的問題,但是也可以取得比較統一的結果。它可以是一個分類問題,也可以是一個回歸問題。

基於深度學習的方法 + 更大更高品質的數據集的整理,可以非常完美地解決這個問題。在各大軟體當中目前用於娛樂,但顏值算法同樣在美容等行業有一定價值,還有待應用。

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.雲端運算未來發展趨勢是怎樣的?

Cloud Computing Trends in 2019


启迪云计算



未來雲端運算不斷加深與各行業領域的融合,依託超大體量的雲端生態系統建構,來支撐傳統企業的轉型,推動行業轉型升級的發展。網路、物聯網在各個行業得到了廣泛應用,行業應用所產生了大量數據,這些數據的儲存和管理,已成了「互聯網+」企業爭奪的策略高地,雲端運算的市場規模隨之擴大。以下是雲端運算的五大發展趨勢。

1、軟體定義一切
所謂軟體定義,就是用軟體去定義系統的功能,用軟體給硬體賦能,實現系統運行效率和能量效率最大化。軟體定義的本質,就是在硬體資源數位化、標準化的基礎上,透過軟體編程去實現虛擬化、靈活、多樣和客製化的功能,對外提供客戶化的專用智慧化、客製化的服務,實現應用體件與硬件的深度融合。

其核心是 API(Application Programming Interface)。API 解除了軟硬體之間的耦合關係,推動應用軟體向個性化方向發展,硬體資源向標準化方向發展,系統功能向智慧化方向發展。API 之上,一切皆可編程;API 之下,「如無必要、勿增實體」。



OpenStack、VMware、CloudStack 和亞馬遜等,都是透過「雲」,連接創建簡單的方法,運用 API 使得開發人員,無需瞭解源代碼,或者內部工作機制的細節,就可以簡化繁瑣的程序,提高基礎設施水平。

軟體定義有三大特點或者發展趨勢,即:硬體資源虛擬化、系統軟體平台化、應用軟體多樣化。硬體資源虛擬化,是指將各種實體硬體資源抽象化,打破其實物形態的不可分割性,以便透過靈活重組、重用發揮其最大效能。

系統軟體平台化,實現,是指透過基礎軟體對硬體資源,進行統一管控、按需分配按需配置與分配,並透過標準化的編程接口,解除上層應用軟體和底層硬體資源之間的緊耦合關係,使其可以各自獨立演化。

在成熟的平台化系統軟體解決方案的基礎上,應用軟體不受硬體資源約束,將得到可持續地迅猛發展,整個系統將實現更多的功能、,對外提供更為靈活高效的和多樣化的服務。軟體定義的系統,將隨著硬體性能的提升、算法效能的改進、應用數量的增多,逐步向智慧系統演變。

隨著硬體越來越小,功能越來越成熟,成本越來越低,軟體定義一切囊括了在基礎設施,可編程性標準提升下,不斷成長的市場態勢、由雲端運算內,在自動化驅動的數據中心互通性、DevOps 和快速的基礎設施提供等。

2、混合雲
隨著公有雲、私有雲和混合雲的發展,企業現在開始逐漸青睞一種全新的方式:多雲。多雲一般有兩種實現方式,一種是將兩種或三種雲端運算類型一起定義,如公有雲和私有雲串聯使用,這可以視為是混合雲。另一種是使用多個雲端服務提供商提供的服務。



用戶會根據業務的需求,需要多個雲端服務提供商的服務機制,因此會採用多雲或混合雲策略。儘管公有雲在雲端運算市場呼聲最高,也難掩私有雲和混合雲市場,在不斷發展壯大的事實。

在未來的雲端運算平台,幾乎每個人都將採取某種類型的混合雲端平台,這成為大勢所趨。大多數公司正在和雲發生關聯,不管人們處於什麼平台,新的雲管理解決方案的目標是控制雲。混合、公共、私人甚至社區雲都可以控制。未來的雲端運算平台支持混合部署,可輕易實現數據在私有雲與公有雲之間相互轉移。

混合雲融合了公有雲和私有雲,是近年來雲端運算的主要模式和發展方向。事實上部分企業出於安全考慮,他們希望將數據存放在私有雲中,但是同時又希望可以獲得公有雲的運算資源,而在這種情況下混合雲被越來越多的採用,它將公有雲和私有雲進行混合和匹配,以獲得最佳的效果,這種個性化的解決方案,達到了既省錢又安全的目的。

當然部署混合雲端運算雖具有一定優勢,但企業用戶在使用公共雲組建進行混合雲創建時,其可擴展性、應用程序靈活性和資源管理等,可能會受到諸如應用程式遷移、管理,以及 API 支持等初始混合雲實施的限制而難以顯現。在創建的過程中,稍有差池就會給混合雲的部署,造成極大的負面影響,而且企業的雲運行環境也會變得效率低下。

3、安全性
安全性正越來越成為企業考慮平台的重要指標之一,人類的生產生活每天都在產生大量的數據,並且產生的速度越來越快。大數據無所不在的「眼睛」和預測能力,正促進數據隱私保護和安全保護的發展。

未來雲端運算平台,雲端管理員設備和雲端伺服器之間的連接可以加密,也可支持多種認證機制,即基於 VPN 的解決方案、共享密鑰+用戶名+密碼、SAML 和其他聯合身份標識、智慧卡身份驗證等等。


雲端運算安全事故難以避免,中小企業可以提供安全備份方案。全球雲端運算安全事故頻發,造成的後果是非常致命的。雲端運算服務的提供商,難以透過特定的機制和程序,徹底避免此類事故,因此做好線下資料備份和線上相關工作,是必然的選擇。對中小企業來說,這也是一個發展機會,可以為此專門提供安全備份的方案。

4、行動化
在後 PC 時代,個人電腦的時代正在逐漸結束,手機等手持設備的發展,催生了行動化的浪潮。圍繞支付等環節的行動程序,正在致力於為使用者提供最好的設備和服務,在未來將有更多行動設備,及隨著相對應的服務誕生。

如支持 iPhone, iPad, Android 和 Windows  Phone 的本地應用程序,適用於行動設備的各種功能,包括觸摸感應、攝影機整合、郵件集成等。

此外,雲端運算平台及數據中心,可以將所有企業內容(包括文檔、報表、賬單、網頁、圖片、傳真,甚至多媒體音訊、視訊、等等各資訊載體和模式),集中進行管理和控制,結合其強大的元數據搜索引擎,為各企業提供商務智慧和大數據分析,同時提供網路端訪問存取,支持在線上研發設計功能,真正幫企業實現資訊化。

5G 的來臨,對雲端運算的發展極其有利的。5G 時代,網路速度飛躍式提升,萬物互聯進入智慧新時代,而其背後大量的數據,就需要有強大的運算和儲存能力,而這種能力,改變了整個軟體架構,讓很多企業開始選擇用雲、上雲,是必然趨勢。



因為硬體技術升級空間有限,必須透過網路結構的優化,滿足 5G 時代新應用對網路性能的要求。5G 面向大頻寬、大規模連接、超低時延高可靠三大應用場景,需要提供不同的網路性能。在無線傳輸領域,有大量新技術實現,對不同應用場景的支撐,但傳輸網路領域,硬體技術提升有限的情況下,需要對網路架構進行革新。

舉個簡單的例子,5G 網路中應用的下載速度,可達數百兆每秒,甚至超過了機械硬碟的讀寫速度,這意味著將應用安裝在「雲」上,甚至比安裝在「本地」還要快。

雲端運算明顯提升了網路響應效率、可靠性和單位容量,所以大量的本地運算業務,完全可以遷移到雲端,使雲端運算可以充分發揮自身的優勢。從反過來看,雲端運算對 5G 的發展,也是進一步的促進。沒有雲端運算的強有力支撐,5G 也很難達到全面商用的目標。

5、數據整合和綠色節能
目前傳統數據中心的建設,正面臨異構網路、靜態資源、管理複雜、能耗高等方面問題,雲端運算數據中心,與傳統數據中心有所不同,它既要解決如何在短時間內,快速、高效完成企業級數據中心的擴容部署問題,同時要兼顧綠色節能和高可靠性要求。高利用率、一體化、低功耗、自動化管理,成為雲端運算數據中心建設的關注點,整合、綠色節能成為雲端運算數據中心建構技術的發展特點。



數據中心的整合首先是實體環境的整合,包括供配電和精密制冷等,主要是解決數據中心基礎設施的可靠性和可用性問題。進一步的整合,是建構針對基礎設施的管理系統,引入自動化和智慧化管理軟體,提升管理營運效率。

還有一種整合是儲存設備、伺服器等的優化、升級,以及推出更先進的伺服器和儲存設備。艾默生公司就提出,整合創新決勝雲端運算數據中心。

透過伺服器虛擬化、網路設備智慧化等技術,可以實現數據中心的局部節能,但尚不能真正實現綠色數據中心的要求,因此,以數據中心為整體目標,來實現節能降耗正成為重要的發展方向,圍繞數據中心節能降耗的技術,將不斷創新並取得突破。