基于5G模塊的8K電視設計與實(shí)現

　　余明火（深圳創(chuàng )維-RGB電子有限公司研發(fā)總部，廣東?深圳?518108）

　　摘?要：本文對5G技術(shù)以及超高清電視發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，綜合考慮行業(yè)趨勢及技術(shù)特點(diǎn)后，設計了一套基于5G模塊的8K超高清電視。

　　關(guān)鍵詞：5G模塊；8K電視；低延時(shí)

　　作者簡(jiǎn)介

　　余明火(1985-)，男，碩士，主要研究方向：智能電視、超高清電視、5G 8K電視，激光微投產(chǎn)品等；

　　0 引言

　　當前受移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資費及技術(shù)的影響，在目前所有電視方案中，網(wǎng)絡(luò )資源的傳輸都是以家庭寬帶路由器等方式進(jìn)行傳輸。但隨著(zhù)運營(yíng)商對國家關(guān)于網(wǎng)絡(luò )降速政策的落實(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )在資費和速率上均變現出了明顯的優(yōu)勢，特別是在沒(méi)有有線(xiàn)寬帶到戶(hù)的小區和用戶(hù)，對移動(dòng)網(wǎng)路內置電視機也有一定的需求。從消費升級方面來(lái)看，在固定的可視距離，更大尺寸匹配更高的分辨率，會(huì )帶來(lái)用戶(hù)臨場(chǎng)感大幅提升、用戶(hù)處于畫(huà)面之中臨場(chǎng)感、真實(shí)感劇增。8K顯示圖像清晰細膩、逼真臨場(chǎng)感強，符合消費升級需求 ^[1] 。政策方面，近年來(lái)國家對5G技術(shù)、8K技術(shù)發(fā)展大力支持，設計一套內置移動(dòng)模塊特別是5G模塊的8K電視，不僅能給用戶(hù)帶來(lái)便利，順應國家關(guān)于超高清政策的方向，而且5G在帶寬，延時(shí)等方面也符合8K電視對網(wǎng)絡(luò )傳輸的要求（據悉，在100MHz帶寬下5G可實(shí)現10 Gbit/s峰值速率，200 MHz帶寬實(shí)現20Gbps的峰值速率） ^[2] ，提升用戶(hù)體驗。

　　1 實(shí)現原理

　　1.1 硬件實(shí)現

　　內置5G移動(dòng)模塊系統的8K電視系統 ^[3] ，系統主要由電視機內部5G模塊，外圍電路，TV模塊，顯示屏，WIFI藍牙模組組成。其中5G模塊包括5G模組，以及跟5G模組連接的SIM卡接口，機內5G天線(xiàn)組成；TV模塊包括視頻識別單元，8K解碼單元，4K解碼單元，音頻處理單元，內核處理單元，OSD視頻合成單元組成；屏幕為8K 60 Hz顯示屏，或者8K 120 Hz顯示屏，當為120 Hz顯示屏時(shí)，TV模塊還包括FRC倍頻模塊單元。

　　SIM卡接口主要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )身份信息認證卡的插入接口，機內5G模組則對5G信號進(jìn)行解析，并將相關(guān)音視頻信息通過(guò)特定的高速接口傳輸給TV模塊，高速接口可以為USB3.0,USB3.1或PCIE接口。

　　如圖一為實(shí)例應用圖 ^[4] ，其中5G模塊的模組部分采用移遠通信公司的5G、 RG500Q模塊。TV部分采用MTK的8K芯片MT9550，TV部分除了有跟5G模組通信的高速USB接口外，還設計HDMI2.1輸入接口，USB3.0接口，滿(mǎn)足整機對8K信號的輸入要求。同時(shí)，5G模組跟TV部分還有狀態(tài)反饋，控制等信號，其中DISABLE、AP_STATUS、MODULE_STATUS等信號，DISABLE為T(mén)V模塊控制設置5G模組飛行模式狀態(tài)控制腳，當DISABLE設置為低電平時(shí)，5G模組進(jìn)入飛行模式，DISABLE設置為高電平時(shí)，5G模組正常工作，MODULE_STATUS為5G模組狀態(tài)反饋腳，以向TV主控端反饋當前模組所處的狀態(tài)，AP_STATUS為T(mén)V主控端向5G模組反饋的狀態(tài)，反饋TV端當前對網(wǎng)絡(luò )請求和用戶(hù)端所處的狀態(tài)。其中5G模組跟TV端高速接口采用USB3.0，機內5G模組對機內5G天線(xiàn)模塊接收到的頻段內音視頻（或圖像、視頻）信息進(jìn)行解析，并將解析后的視頻（或圖像、視頻）通過(guò)高速傳輸接口進(jìn)行傳輸，傳輸的信號主要有8K@30/60Hz,4K@30/60Hz,FHD@120Hz。

　　TV處理模塊中，包含有8K視頻（圖像）處理單元，4K視頻（圖像）處理單元，音頻處理單元，視頻OSD混合單元等。TV模塊中的視頻識別單元，識別視頻信號是8K視頻信號還是非8K視頻信號，對8K視頻信號，分配給8K解碼單元進(jìn)行解碼，如果為非8K視頻信號，則分配給4K解碼單元進(jìn)行解碼，同時(shí)分解音視頻信號中的音頻信號，將音頻信號分配給音頻處理單元DSP處理。內核處理單元負責協(xié)調控制處理TV模塊中各單元的協(xié)同工作，OSD視頻合成單元組成，對8K解碼單元或者4K解碼單元解碼并進(jìn)行圖像提升后的圖像，在上層疊加OSD層后,傳輸給顯示屏顯示。

　　在系統中，跟TV模塊連接的還有Wi-Fi模塊，Wi-Fi模塊除了可以接受周?chē)h(huán)境的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )外，還可作為熱點(diǎn)，代替家庭路由器。當為熱點(diǎn)時(shí)，家庭中的無(wú)線(xiàn)終端可通過(guò)電視進(jìn)行上網(wǎng)。

　　1.2 軟件流程

　　本系統是基于A(yíng)ndroid系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以下對系統主要軟件流程進(jìn)行說(shuō)明，5G模塊工作流程如下：系統上電后，進(jìn)行初始化，TV端控制啟動(dòng)5G模組，5G模組獲取TV端指令，判斷是否需要進(jìn)入飛行模式，如果不需要進(jìn)入飛行模式，則啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，等待TV端數據收發(fā)指令，進(jìn)行數據的上傳和下載；如果需要進(jìn)入飛行模式，則進(jìn)入飛行模式，隨后檢測是否需要退出飛行模式，如果不需要，則保持飛行模式，并繼續檢測，如果需要退出飛行模式，則啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，等待TV端數據收發(fā)指令，進(jìn)行數據的上傳和下載。

　　TV端工作流程如下：系統上電后，進(jìn)行初始化，隨后讀取用戶(hù)狀態(tài)，判斷是否需要進(jìn)入飛行模式，如果不需要進(jìn)入飛行模式，則保持讀取狀態(tài)，如果需要進(jìn)入飛行模式，則向5G模組發(fā)送進(jìn)入飛行模式指令，并獲取5G模組狀態(tài)，判斷是否需要退出飛行模式，如果不需要，返回讀取用戶(hù)狀態(tài)，如果需要，則向5G模組發(fā)送退出飛行模式指令，隨后獲取5G模組狀態(tài)，確認退出飛行模式后，進(jìn)行數據的傳輸，上傳和下載。

　　2 關(guān)鍵技術(shù)研究

　　本系統設計的是一款8K超高清電視，從人眼所能感知的畫(huà)面質(zhì)感，8K電視基本上在75寸以上才能感覺(jué)到8K產(chǎn)品的優(yōu)勢。結合消費實(shí)際和產(chǎn)業(yè)情況，8K電視基本上在65寸以上為主。此系統將面向AIOT的，8K超高清智能電視為AIOT的家庭大屏控制終端 ^[5] 。根據不同場(chǎng)景的特點(diǎn)，提供多種場(chǎng)景解決方案，對場(chǎng)景中的各種設備實(shí)現智能控制。需解決研究的關(guān)鍵技術(shù)主要:

　　2.1 面向AIOT應用的5G 8K電視的可擴展平臺技術(shù)

　　為面向AIOT，提高產(chǎn)品生命周期和產(chǎn)品競爭力，面向AIOT應用的5G 8K電視需要滿(mǎn)足多種業(yè)務(wù)和應用的需求（如5G信號接收、8K AIOT控制大屏等），同時(shí)需要適用各種應用和融合各種技術(shù)，必須具有可擴展性。包括軟硬件等標準化開(kāi)發(fā)接口以滿(mǎn)足滿(mǎn)足AIOT應用的5G 8K超高清智能電視新業(yè)務(wù)應用。在硬件支持的前提下，平臺基本保持Android系統架構，增加了TV部分，集成了相關(guān)應用，包括蜂窩網(wǎng)應用，應用商城，AIOT應用，互聯(lián)網(wǎng)應用等，可自由擴展和更新各種應用功能。

　　2.2 8K超高清片源解碼技術(shù)

　　目前行業(yè)比較成熟的超高清解碼方案為4K解碼，主要格式有4K@30Hz、4K@60Hz;因此需要研究8K超高清片源的解碼技術(shù)，基于8K超高清解碼設計整套的8K電視解決方案，包括超高清圖像分割合成及精確重現技術(shù)，分辨率轉化及幀率轉換技術(shù)（2K轉8K、4K轉8K）。為提高非8K等片源的畫(huà)質(zhì)顯示效果，本項目還提供系統性的畫(huà)質(zhì)提升方案及相關(guān)算法，提升電視的視覺(jué)體驗。

　　2.3 5G在8K電視應用技術(shù)

　　8K電視對帶寬有更高的需求、5G技術(shù)具有低延時(shí)，高帶寬，多連接、穩定性強等特性。為了滿(mǎn)足8K電視以及AIOT的需求，本項目將研究5G關(guān)鍵技術(shù)在8K超高清智能電視應用技術(shù)的研究，包括5G模塊機內集成的研究，8K超高清AIOT大屏終端的研究，提供全套的AIOT場(chǎng)景解決方案。

　　2.4 8K超高清顯示技術(shù)

　　8K顯示屏為新一代超高清顯示屏技術(shù)，8K顯示屏在像素上為4K顯示屏的4倍，對顯示等有著(zhù)更高的要求，本項目將研究8K超高清顯示技術(shù)，包括數據傳輸接口、高功率電源，高像素的畫(huà)質(zhì)研究等。

　　2.5 AIOT應用技術(shù)研究

　　本項目是面向AIOT的，項目中的8K超高清智能電視為AIOT的家庭大屏控制終端，AIOT應用技術(shù)研究也為本項目要研究的重要技術(shù)之一。項目中的8K超高清智能電視根據不同場(chǎng)景的特點(diǎn)，提供多種場(chǎng)景解決方案，對場(chǎng)景中的各種設備實(shí)現智能控制。

　　3 結論

　　5G技術(shù)低延時(shí)、高帶寬的特點(diǎn)，使得終端跟云端有更多資源在短時(shí)間內進(jìn)行傳輸，8K電視而言，首先要滿(mǎn)足的是視頻資源的傳輸，而在人工智能時(shí)代，5G技術(shù)在8K電視的應用，可以進(jìn)一步推動(dòng)8K電視的智能化，實(shí)現大運算力的云端處理，如AI畫(huà)質(zhì)，AI場(chǎng)景構建等。5G模組移動(dòng)模塊內置電視，也可以電視機也為家庭的網(wǎng)絡(luò )路由端，替代了家庭路由器，進(jìn)一步提升了用戶(hù)對電視的粘度。同時(shí)對促進(jìn)超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有極其重要的意義。

　　參考文獻

　　[1] 劉寧. 8K超高清電視發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢[J]. 現代電視技術(shù),2018, 204(06):(112-115)+132.

　　[2] 李印鵬. 淺談面向5G的無(wú)線(xiàn)通信系統關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國新通信,2018, 20(08):36.

　　[3] 徐遙令. 一種8K超高清電視系統設計方案[J],電子產(chǎn)品世界,2018,25(6):35-37.

　　[4] 余明火. 5G電視、基于5G電視的視頻播放方法及可讀存儲介質(zhì):中國, 201910468132.X[P].2019-5-29.

　　[5] 蘇亮.創(chuàng )維SwaiotTM開(kāi)啟大屏AIoT時(shí)代,三屏Q80系列電視震撼面世.家用電器,2019(05).

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第12期第41頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。