淺談基于色控技術(shù)的電視氛圍燈方案

氛圍燈從名詞上解釋又稱(chēng)為L(cháng)ED 氛圍燈，是一種主要用于主題公園、酒店、家居、藝術(shù)照明中為人們需求創(chuàng )造氛圍的LED 燈，氛圍模式可以根據場(chǎng)景需要通過(guò)調整LED 燈的顏色、亮度、頻率來(lái)實(shí)現。電視氛圍燈目前基本上都是將氛圍燈燈帶通過(guò)雙面膠貼在電視后殼上，通過(guò)墻面反射的形式呈現給人們一種視覺(jué)上的享受。本文就現有電視的色控氛圍燈方案進(jìn)行探討，對比現有技術(shù)以及應用方案的優(yōu)劣勢，以便后續選擇最佳的氛圍燈方案。

1 電視色控氛圍燈現有技術(shù)方案

1.1 HDMI輸入源端處理技術(shù)

現在很多電視都是接機頂盒/OTT 盒子， 通過(guò)HDMI 接口進(jìn)行顯示，因此方案一是在HDMI 信號輸入端進(jìn)行信號處理。整體系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

1.1.1 HDMI環(huán)出設計

考慮到現有電視都已經(jīng)是4K 分辨率，因此需要HDMI 環(huán)出IC 選型能夠支持HDMI2.0 輸入輸出， 可以選型龍迅LT86102UX 或者同等規格的芯片方案，該芯片接收到信源端（機頂盒/OTT盒子/ 其他視頻源）輸出的HDMI2.0 信號，轉換成兩路未降低信號質(zhì)量的同步的HDMI2.0 信號，其中一路旁路到電視端，另外一路給到后端的FPGA 進(jìn)行視頻數據處理。

1.1.2 FPGA視頻數據處理

FPGA 的作用主要是把HDMI 信號中的顏色亮度等信息提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)算法處理后生成燈帶需求的色彩信息，然后通過(guò)串口或者SPI 等接口發(fā)送到后端IOT 模組FPGA 的選型可根據實(shí)際需求選型，例如燈分區數，延時(shí)需求，輸入輸出接口需求等。以XILINX FPGA 芯片xc6slx16 為例，能夠提供200 多分區的顏色數據，每個(gè)分區提供一個(gè)3 字節的RGB 數據，分區刷新率≥30 fps。因為HDMI2.0 最高規格支持4k 60 Hz，因此必須要保證分區顏色數據刷新率，才能從視覺(jué)效果上看氛圍燈的顏色與電視視頻播放的顏色同步。簡(jiǎn)單的分區方案如下圖2 所示，假如最后LED 燈帶分區是按照16:9的分區設定，即上下各16 區，左右各9 區，也就是需要50 區的數據，這50 區的數據根據算法處理不同可能需要FPGA 對圖像邊緣的將近200 多分區的顏色信息進(jìn)行計算得到。另外，因為常規的氛圍燈開(kāi)啟在觀(guān)影中效果較好，而大部分影片是21:9 的，自帶上下黑邊，因此FPGA 算法中還要能夠支持去黑邊算法。

圖2 顏色分區示例

1.1.3 IOT模組控制

IOT 模組接收到前端FPGA 給過(guò)來(lái)的燈控信息后，通過(guò)SPI 數據接口輸出，通過(guò)轉換芯片后通過(guò)USB 接口接到外部燈帶，從其控制外部燈帶。另外輸入輸出信號的偵測、FPGA 工作模式的控制燈功能均由IOT 模組完成。IOT 模組的另外一個(gè)功能是能夠實(shí)現手機/PAD 等移動(dòng)端APP 來(lái)控制，增加娛樂(lè )功能，例如自定義燈帶顏色，根據手機音樂(lè )律動(dòng)變化，設置LED 燈帶關(guān)閉或者開(kāi)啟等等。

以上是從HDMI 輸入源端信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現LED 高精度氛圍燈控制的方案。

1.2 SOC軟處理技術(shù)

SOC 軟處理技術(shù)，是指利用電視本身SOC 處理能力，通過(guò)內置APK 等方式，將要顯示的圖像信息在CPU 中進(jìn)行顏色分區處理，并將處理后的數據信息通過(guò)IOT 模組給到氛圍燈條，與HDMI 輸入源端處理技術(shù)相比，這個(gè)主要是要占用CPU 資源，軟件需要集成適配，對于電視本身SOC 的性能要求較高，此種方式下IOT 模組可作為配件內置于電視機內部。系統框圖如圖3 所示。

圖3 SOC軟處理技術(shù)系統框圖

1.3 攝像頭拍攝圖像處理技術(shù)

攝像頭處理技術(shù)，是指利用攝像頭進(jìn)行拍攝電視顯示畫(huà)面，然后把攝像頭的拍攝畫(huà)面信息以MIPI 數據給到FPGA，FPGA 處理完成后同樣通過(guò)IOT 模組控制氛圍燈燈條，該方案中需要考慮攝像頭的擺放位置以及FPGA 的選型。系統框圖如下圖4 所示。

圖4 攝像頭拍攝圖像處理技術(shù)系統框圖

2 各方案優(yōu)劣性比較

針對上述3 種方案，從成熟度、成本、兼容性、用戶(hù)體驗、適配便捷性、安裝便捷性等方面進(jìn)行對比，其中成熟度是指當前市場(chǎng)方案中是否有相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)批量產(chǎn)出，兼容性是指是否方案是否兼容各種信源輸入場(chǎng)景，用戶(hù)體驗主要從氛圍燈與顯示畫(huà)面的延遲時(shí)間來(lái)判定，適配便捷性是指是否需要電視主控SOC 適配，安裝便捷性是指是否對安裝方式、走線(xiàn)有特定要求，如表1 所示。

3 結束語(yǔ)

有別于傳統的聲控氛圍燈，色控氛圍燈可以自然擴展圖像顯示效果，因此在電視上的應用前景更加廣闊。本文中針對現有的色控氛圍燈的幾個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析以及對比，鑒于現有的電視市場(chǎng)龐大，電視方案參差不齊，因此較難抉擇孰優(yōu)孰劣，各家電視廠(chǎng)商以及智能家居方案商可自行選擇技術(shù)方案，相信不同的創(chuàng )新方案一定能夠帶來(lái)不一樣的體驗效果。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）