一種面向語(yǔ)音交互應用的雙屏分體電視系統方案

2011 年4K 超高清電視進(jìn)入消費市場(chǎng)后得到迅速發(fā)展，并開(kāi)始向8K 超高清電視方向升級^[1]。與此同時(shí)，電視交互方式從傳統紅外遙控器逐漸向Wi-Fi(wireless fidelity，無(wú)線(xiàn)保真) 或藍牙遙控器、AI（人工智能）自然語(yǔ)音交互等方向發(fā)展^[2]。4K/8K 超高清顯示分辨率高，能夠帶來(lái)細膩的視覺(jué)體驗，AI 自然語(yǔ)音使得人機交互更加便捷自然，融合AI 語(yǔ)音交互技術(shù)和具有外觀(guān)美感的超高清電視符合高品質(zhì)舒適智能家居生活[3] 的發(fā)展趨勢。

本文提出一種面向語(yǔ)音交互應用的雙屏分體電視系統方案，詳細闡述了雙屏分體電視的系統原理，介紹了雙屏分體式設計、AOC（active optical cables）光纖傳輸、雙屏雙系統融合顯示、AI 語(yǔ)音交互等關(guān)鍵技術(shù)。系統采用“分體主機處理+ 雙屏顯示”設計，系統主機處理音視頻內容及AI 語(yǔ)音交互，“大屏+ 小屏”雙屏融合顯示視頻圖像和語(yǔ)音交互信息（大屏顯示視頻圖像、小屏顯示交互信息），帶來(lái)了一種新的超高清電視應用形態(tài)。

1   系統原理

面向語(yǔ)音交互應用的雙屏分體電視系統方案構成如圖1，由主機、AOC 接口、線(xiàn)纜及雙屏組成。主機包括音視頻處理及CPU（中央處理器）模塊、接口處理、網(wǎng)絡(luò )處理、交互處理、存儲處理、像素編碼及數據編織等部分，雙屏單元包括像素解碼和大屏、數據解析及小屏。

圖1 系統構成框圖

主機接收信號源信號、網(wǎng)絡(luò )信號后，首先進(jìn)行信號增強、解析解擾等接口處理，然后進(jìn)行音視頻解碼、效果增強等處理，輸出視頻圖像和音頻信號。音頻信號驅動(dòng)聲音處理模塊使得系統播放聲音，并根據設定的輸出格式，對視頻圖像信號進(jìn)行像素編碼后通過(guò)AOC 線(xiàn)纜傳輸給大屏部分。另外，主機在接收語(yǔ)音信號時(shí)，首先進(jìn)行信號降噪和增強等處理，然后CPU 模塊進(jìn)行語(yǔ)音識別并啟動(dòng)交互后，進(jìn)行語(yǔ)音合成和語(yǔ)音指令生成等處理；進(jìn)而執行語(yǔ)音指令、獲取交互數據，并按照設定的通訊機制將數據編織成消息通過(guò)AOC 線(xiàn)纜傳輸給小屏部分。大屏部分包括像素解碼和大屏，接收AOC 線(xiàn)纜傳輸的像素編碼視頻信號后進(jìn)行像素解碼處理，轉換成驅動(dòng)信號驅動(dòng)大屏顯示視頻圖像；小屏部分包括數據解析和小屏，接收AOC 線(xiàn)纜傳輸的消息后進(jìn)行數據解析處理，得到界面信號來(lái)刷新小屏顯示界面的內容、呈現交互信息。

在系統方案設計時(shí)，主機可以采用傳統TV（電視）SoC（片上系統）方案+android（安卓）系統，不需要增加額外資源可完成電視音視頻處理及語(yǔ)音交互處理；小屏只需要直接處理交互數據并顯示交互信息、資源開(kāi)銷(xiāo)小，可以采用獨立小芯片+ 輕量化嵌入式系統?！按笃? 小屏”雙屏融合同步顯示，使語(yǔ)音交互不僅可以“聽(tīng)得見(jiàn)”、還可以“看得見(jiàn)”，且大屏和小屏分別顯示視頻圖像和語(yǔ)音交互信息、交互信息顯示不影響大屏超高清視頻圖像顯示，帶來(lái)良好的語(yǔ)音交互體驗和超高清視頻體驗。

2   關(guān)鍵技術(shù)

1）雙屏分體式設計技術(shù)

雙屏分體式設計示意圖如圖2，包括電視主機、大屏、小屏、AOC 線(xiàn)纜。電視大屏與主機分離、通過(guò)AOC 線(xiàn)纜連接，大屏可以進(jìn)行超薄外觀(guān)設計，主機可以實(shí)現模塊化、便于系統更新升級；小屏用來(lái)顯示語(yǔ)音交互信息及碎片化輔助信息（比如天氣/時(shí)間），可以提升交互體驗。

圖2 分體式設計示意圖

2）AOC 光纖傳輸技術(shù)

電視系統的主機需要向大屏傳輸超高清視頻信號，傳輸的數據量大、距離較遠，采用傳統連接線(xiàn)纜將存在信號輻射、信號衰減等問(wèn)題，且傳統連接線(xiàn)纜線(xiàn)徑較粗硬度高、影響走線(xiàn)布局和整體美觀(guān)。系統采用AOC 線(xiàn)纜進(jìn)行信號傳送，AOC 線(xiàn)纜由光纖和銅線(xiàn)組成，光纖傳輸高速率視頻信號、銅線(xiàn)傳遞低速率消息，可實(shí)現高速信號較遠距離傳輸及彎曲柔性連接。

AOC 光纖傳輸技術(shù)框圖如圖3。主機將并行的超高清視頻圖像信號進(jìn)行像素編碼，轉換成高速串行TMDS(transition minimized differential signal，最小傳輸差分信號)。在A(yíng)OC 線(xiàn)纜的接收接口進(jìn)行電光轉換，將TMDS 信號轉換成光信號后通過(guò)光纖傳輸，在A(yíng)OC線(xiàn)纜的發(fā)送接口進(jìn)行光電轉換，將光信號恢復為T(mén)MDS信息。大屏部分進(jìn)行像素解碼，將高速串行TMDS 信號轉換成傳統超高清屏VBO(v-by-one) 接口的驅動(dòng)信號。對于低速消息，直接采用傳統銅線(xiàn)進(jìn)行連接。

圖3 AOC光纖傳輸技術(shù)框圖

3）雙屏雙系統融合顯示技術(shù)

在系統邏輯設計上，雙屏分體電視系統由大屏系統和小屏系統組成，大屏系統包含主機和大屏，采用傳統TV SoC 方案+android 系統，小屏采用獨立芯片+ 輕量化嵌入式系統形成小屏系統，大屏系統與小屏系統間采用基于IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）點(diǎn)對點(diǎn)的即時(shí)通訊機制來(lái)進(jìn)行消息傳遞。大屏系統處理視頻信號及播放顯示視頻圖像，并負責AI 語(yǔ)音交互處理，小屏系統接收語(yǔ)音交互數據信息并顯示。

雙屏雙系統融合顯示技術(shù)框圖如圖4。大屏系統的視頻接收模塊獲取到視頻平臺的視頻內容并進(jìn)行處理，將處理后的視頻內容發(fā)送給大屏驅動(dòng)顯示處理模塊進(jìn)一步處理后，在大屏上顯示播放視頻圖像。此外大屏系統負責AI 語(yǔ)音交互處理、生成語(yǔ)音指令并執行，同時(shí)數據接收模塊獲取語(yǔ)音交互數據并處理成消息，采用Socket 通信方式將消息發(fā)送給小屏系統。小屏系統接收到消息后進(jìn)行處理，獲取交互數據并對交互數據進(jìn)行UI（用戶(hù)接口）屏顯處理，轉換成小屏UI 界面信號并刷新小屏顯示界面從而在小屏上顯示語(yǔ)音交互信息。

圖4 雙屏雙系統融合顯示技術(shù)框圖

4）AI 語(yǔ)音交互技術(shù)

AI 語(yǔ)音交互技術(shù)框圖如圖5。超高清電視集成MIC（麥克風(fēng)）采集聲音信號，進(jìn)行回音消除和降噪等處理以獲取語(yǔ)音。然后系統利用本地語(yǔ)音算法進(jìn)行人聲檢測和喚醒詞識別等，通過(guò)喚醒詞啟動(dòng)語(yǔ)音交互；提取語(yǔ)音音頻信號，編碼發(fā)送給云端語(yǔ)音平臺。語(yǔ)音平臺接收語(yǔ)音音頻信號，進(jìn)行語(yǔ)音識別、自然語(yǔ)音處理、語(yǔ)義理解等處理，將語(yǔ)音轉換成業(yè)務(wù)邏輯信息發(fā)送給超高清電視。超高清電視接收信息并進(jìn)行處理，獲取指令并執行操作，以及獲取交互數據，進(jìn)行語(yǔ)音合成處理后驅動(dòng)揚聲器發(fā)出語(yǔ)音播報。

圖5 AI語(yǔ)音交互技術(shù)框圖

AI 語(yǔ)音交互處理由超高清電視的大屏系統來(lái)完成，同時(shí)將交互數據發(fā)送給小屏系統并在小屏上顯示，實(shí)現了AI 語(yǔ)音人機交互，語(yǔ)音交互信息可以顯示呈現。

3   系統應用

面向語(yǔ)音交互應用的雙屏分體電視系統方案已經(jīng)在多個(gè)超高清電視產(chǎn)品中進(jìn)行了應用，涵蓋75 英寸至98英寸，包括創(chuàng )維Q80、Q80L、W81Pro 等產(chǎn)品系列，產(chǎn)品實(shí)現了規?；N(xiāo)售。

創(chuàng )維82Q80 型號電視產(chǎn)品如圖6 所示，采用雙屏分體式設計、主機與雙屏間通過(guò)AOC 線(xiàn)纜連接，產(chǎn)品造型美觀(guān)簡(jiǎn)潔；支持AI 語(yǔ)音交互，大屏播放視頻、圖片等內容實(shí)現沉浸式顯示，小屏負責天氣、時(shí)間等語(yǔ)音交互及輔助信息顯示，雙屏融合顯示具有良好的交互和顯示體驗。

圖6 82Q80型號電視產(chǎn)品圖

4   結束語(yǔ)

本文提出一種面向語(yǔ)音交互應用的雙屏分體電視系統方案，闡述了系統的工作原理及雙屏分體式設計、AOC 光纖傳輸、雙屏雙系統、AI 語(yǔ)音交互等關(guān)鍵技術(shù)。系統采用“分體式+ 雙屏顯示”設計，融合AI 語(yǔ)音交互，帶來(lái)了一種新的超高清電視設計形態(tài)；采用“大屏+小屏”顯示，大屏播放視頻圖像并負責沉浸式內容的顯示，小屏顯示語(yǔ)音交互信息同時(shí)負責交互輔助信息的呈現，兩者融合顯示具有良好的顯示及交互體驗。該方案已應用于創(chuàng )維雙屏分體電視Q80 等產(chǎn)品，效果良好，產(chǎn)生了良好經(jīng)濟社會(huì )效益。

參考文獻：

[1] 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(06):28-30.

[2] 吳偉.5G的世界:智能家居[M].廣州:廣東科技出版社,2020:77-89.

[3] 張睿.大數據時(shí)代的智能家居產(chǎn)品設計研究[D].蕪湖:安徽工程大學(xué),2017.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期）