一種采用遠場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)設計　

作者 李堅 徐遙令 袁新艷 深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司全球研發(fā)中心(廣東 深圳 518108)

　　*基金項目：深圳市工程中心項目，OLED顯示工程技術研究中心(編號：GCZX2017041216024265)

　　李堅，碩士，高級工程師，創(chuàng)維集團全球研發(fā)中心國內產品院院長，研究方向：電視的研究開發(fā)及項目管理;徐遙令，碩士，高級工程師，研究方向：電視的研究開發(fā)及項目管理;袁新艷，碩士，研究方向：科技項目申報輔導及項目管理。

摘要：提出一種采用遠場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)設計方案，詳細闡述了方案的設計原理及關鍵技術實現(xiàn)。OLED電視系統(tǒng)采用分體式設計使得OLED屏幕和主機充分分離，使得OLED屏可直接貼在墻壁上、主機容易實現(xiàn)智能升級;通過遠場語音模塊產生指令并通過無線方式傳輸給OLED電視系統(tǒng)，使得電視操控簡單快捷。

0 引 言

　　OLED(Organic Light-Emitting Diode)顯示采用自發(fā)光模式，具備廣視角、高對比度、低功耗、響應快等眾多優(yōu)勢，是最被廣泛看好的下一代顯示技術^[1-2]。電視在經(jīng)歷了數(shù)字和高清時代后，高品質圖像、超輕薄和柔性顯示成為主要發(fā)展趨勢和方向，顯然OLED顯示符合電視的發(fā)展需求，體現(xiàn)在：OLED電視基于自主發(fā)光，可以呈現(xiàn)完美的黑色顯示、對比度高，發(fā)光純、色彩飽和度高，使得呈現(xiàn)的圖像非常通透、色彩純真;在可視角和響應速度方面優(yōu)于LCD電視;OLED電視可以做到1 mm以內的極致超薄，還能夠實現(xiàn)卷曲、折疊等未來柔性顯示形態(tài)，極致超薄和柔性形態(tài)的優(yōu)勢使得OLED電視能夠實現(xiàn)多樣化的創(chuàng)新美感設計。而語音識別正逐步成為信息技術中人機接口的關鍵技術^[3]，隨著人工智能的推進發(fā)展，智能電視與語音識別技術是電視產業(yè)的一大突破點^[4];基于語音識別的人機交互已開始進入人們生活中，作為家庭客廳主導的電視必然將導入語音識別技術和開展語音交互等各種創(chuàng)新應用。

　　本文設計出一種采用遠場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)，采用分體式設計使得OLED屏幕和主機基本分離獨立，OLED屏直接貼在墻壁上可與墻壁無縫結合、超薄美觀，而主機便于更換和維護、容易實現(xiàn)智能升級;采用獨立遠場語音模塊采集語音并通過無線方式傳輸給OLED電視系統(tǒng)、實現(xiàn)電視操控，實現(xiàn)遠場的人機語音交互，操控簡潔和更加智能。該系統(tǒng)將科技與藝術、生活融為一體，帶來了一種新的OLED電視應用新形態(tài)。

1 系統(tǒng)原理

　　采用遠場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，包括獨立遠場語音控制模塊、電視主機、OLED屏幕及后臺語音服務器組成。

　　1)獨立遠場語音模塊包括陣列MIC、音頻信號處理和藍牙發(fā)送三個部分，通過陣列MIC接收聲音、將聲波轉換成模擬音頻電信號，然后進行模數(shù)轉換、編碼打包后通過無線藍牙發(fā)送給電視主機。具體為：

　　陣列MIC采集聲音(包括環(huán)境噪音、人聲、電視喇叭聲音等)，將聲音聲波轉換成模擬音頻電信號;音頻信號處理部分對MIC輸出的模擬音頻信號進行降噪、幅度控制及模數(shù)轉換后輸出數(shù)字音頻信號。藍牙發(fā)射部分對音頻信號進行編碼和打包等處理，得到音頻數(shù)據(jù)包，通過藍牙天線發(fā)送給電視主機。

　　2)電視主機包括藍牙接收、混音處理、語音提取、酷開精靈、聲音信道處理、視頻信號處理、CPU及喇叭等部分組成，對音頻信號進行回音消除、提取語音信號和增強語音信號等處理，將語音信號傳遞給后臺語音服務器及接收服務器返回的控制指令，實現(xiàn)電視的操控。具體為：

　　藍牙接收部分接收到音頻數(shù)據(jù)包后進行拆包和解碼處理，得到數(shù)字音頻信號;藍牙接收部分具有數(shù)模轉換功能電路，將數(shù)字音頻轉為模擬音頻信號MIC_S，并將MIC_S發(fā)送給混音處理部分。同時，聲音信道處理部分接收到外部的左右聲道音頻信號(L/R音頻信號)，對L/R音頻信號進行幅度控制、格式轉換等處理后，輸出L/R_SPK_S音頻信號驅動電視主機的喇叭，使得電視發(fā)出聲音并同步輸出單路模擬音頻信號SPK_S給混音處理部分。

　　混音處理部分接收到MIC_S和SPK_S后進行混音處理，將MIC_S和SPK_S音頻信號混合成具有L/R標識的一路混合音頻信號，例如混合音頻信號的L標識為MIC_S信號、則R標識為SPK_S信號;然后對混合音頻信號進行模數(shù)轉換為數(shù)字混合音頻信號，并進行編碼為USB格式的混合音頻信號MUX_S后傳輸給語音提取部分?；煲裟K接收模擬信號，并輸出通用的USB格式的混合音頻信號，可獨立模塊化，易于移植應用。

　　語音提取部分接收USB格式的MUX_S后，進行解碼、通過識別L和R標識分離出MIC_S和SPK_S(此時MIC_S和SPK_S為數(shù)字格式)，然后進行回音消除，即：比較分析MIC_S和SPK_S音頻信號的特征，去除混合在MIC_S中電視喇叭發(fā)出的聲音，根據(jù)人聲特征消除或降低環(huán)境噪音，提取到語音信號;然后提取到的語音信號進行放大增強，輸出語音信號HM_S給酷開精靈部分。

　　酷開精靈部分對HM_S進行編碼和打包處理后、通過網(wǎng)絡發(fā)送給后臺語音服務器;后臺語音服務器對HM_S進行解碼后獲得用戶語音數(shù)據(jù)，進行語音識別、將語音轉換為“特定語義指令”后返回給酷開精靈部分?？衢_精靈部分接收到后臺語音服務器返回的“特定語義指令”后，進行指令判斷識別，給電視主機的CPU傳遞操控指令;主機CPU接收操作指令，進行電視操作，以及控制或改變聲音信號處理和視頻信號處理部分的音視頻輸出，完成語音對電視的操控，通過語音實現(xiàn)人機交互。

　　在電視系統(tǒng)中，當酷開精靈部分識別到“特定語義指令”為喚醒詞時，才能進行通過語音進行人機交互;例如酷開精靈識別到指令為“小維小維”喚醒詞時，才會識別語義指令，并進行判斷和向CPU傳遞操控指令，例如讓CPU調用軟件播放音視頻、回答預設問題等。

　　3)后臺語音服務器主要進行語音識別;OLED屏幕與電視主機間獨立分開，電視主機的視頻處理部分將圖像信號通過有線或無線的方式傳輸給OLED屏幕，實現(xiàn)圖像顯示。

2 關鍵技術

　　1)OLED新型分體式壁掛設計技術

　　采用OLED新型分體式壁掛設計技術，OLED屏幕與電視主機完全分離，屏幕直接吸附在墻體上，與墻體無縫緊貼。分體式壁掛OLED屏幕裝配效果示意圖如圖2所示，包括墻體、鐵板和OLED屏幕三個部分。

　　鐵板上有2個凸出的掛孔;OLED屏幕背面局部內凹，背面上自帶有2個懸掛鉚釘及背面均勻的貼有磁膠片。首先將鐵板固定在墻體上，固定方式可采用螺釘或膠粘;然后將OLED屏幕放置在鐵板上，磁膠片與鐵板之間產生很強的磁吸力、屏體被吸附在墻體上，OLED屏幕與墻體間的縫隙非常小;以及OLED屏幕背面的2個懸掛鉚釘卡入鐵板凸出的2個掛孔內，起到定位作用、并增加OLED屏幕掛墻的可靠性和安全性。

　　2)獨立遠場語音模塊設計技術

　　獨立遠場語音模塊如圖3所示，外部包括MIC接口、顯示屏，內部由無線充電模塊、鋰電池、藍牙控制板、語音信號處理板組成。獨立遠場語音模塊設計的工作原理為：

　　無線充電模塊采用電磁感應原理來為鋰電池充電，鋰電池為其他各個板提供供電;語音信號處理板集成了雙MIC以及語音采集轉換等電路，接收語音聲波并轉換為音頻電信號，進行模數(shù)轉換為數(shù)字音頻信號后輸出給藍牙控制板，藍牙控制板采用無線藍牙的方式發(fā)出音頻信號。通過獨立語音模塊可實現(xiàn)遠場語音對電視的控制，無需使用傳統(tǒng)按鍵遙控器，操作更加便捷智能。

　　獨立遠場語音模塊采用電磁感應式無線充電方式為鋰電池充電，符合QI標準(無線充電聯(lián)盟推出的“無線充電”標準)。電視主機端內置無線充電接收電路，發(fā)射一定頻率的交流電通到初級線圈上形成磁場，獨立遠場語音模塊內置的無線充電控制板上有次級線圈;當獨立遠場語音模塊放入電視主機內時，其次級線圈正好在電視主機端初級線圈產生磁場的特定位置，次級線圈通過電磁感應生成電動勢、并通過電路轉換為穩(wěn)定的直流電輸出為獨立遠場語音模塊內的鋰電池充電。獨立遠場語音模塊充電防止位置如圖4所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　新型分體式壁掛OLED電視示意圖如圖4所示。電視主機內置機芯、電源、喇叭音箱等，可以獨立放置移動及更換升級等;電視主機對電視視頻信號進行處理、通過有線或無線的方式將視頻圖像信號傳送給OLED屏幕顯示，OLED屏幕采用磁吸與機械懸掛相結合的方式直接吸附在墻體上，OLED屏幕背部無縫緊貼墻體，可做到超薄、更美觀;采用獨立遠場語音模塊產生指令并通過無線方式傳輸給OLED電視系統(tǒng)，實現(xiàn)電視操控，實現(xiàn)遠場的人機語音交互，電視操控簡潔和更加智能。

4 結論

　　本文提出一種采用遠場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)設計方案，OLED屏幕與電視主機完全分離，屏幕直接吸附在墻體上，與墻體無縫緊貼，主機容易實現(xiàn)智能升級或更換;通過獨立的遠場語音模塊實現(xiàn)語音人機交互，使得電視操控簡單快捷。該設計方案將科技與藝術、生活融為一體，帶來了一種OLED電視產品應用的新形態(tài)，具有廣泛應用價值，目前已經(jīng)在創(chuàng)維W9產品上得到應用。

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　　本文來源于《電子產品世界》2018年第6期第47頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。