一種面向語(yǔ)音交互應(yīng)用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案

2011 年4K 超高清電視進(jìn)入消費(fèi)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(jí)^[1]。與此同時(shí)，電視交互方式從傳統(tǒng)紅外遙控器逐漸向Wi-Fi(wireless fidelity，無(wú)線保真) 或藍(lán)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(xì)膩的視覺(jué)體驗(yàn)，AI 自然語(yǔ)音使得人機(jī)交互更加便捷自然，融合AI 語(yǔ)音交互技術(shù)和具有外觀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(shì)。

本文提出一種面向語(yǔ)音交互應(yīng)用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案，詳細(xì)闡述了雙屏分體電視的系統(tǒng)原理，介紹了雙屏分體式設(shè)計(jì)、AOC（active optical cables）光纖傳輸、雙屏雙系統(tǒng)融合顯示、AI 語(yǔ)音交互等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)采用“分體主機(jī)處理+ 雙屏顯示”設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主機(jī)處理音視頻內(nèi)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(yīng)用形態(tài)。

1   系統(tǒng)原理

面向語(yǔ)音交互應(yīng)用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案構(gòu)成如圖1，由主機(jī)、AOC 接口、線纜及雙屏組成。主機(jī)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(chǔ)處理、像素編碼及數(shù)據(jù)編織等部分，雙屏單元包括像素解碼和大屏、數(shù)據(jù)解析及小屏。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

主機(jī)接收信號(hào)源信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后，首先進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)、解析解擾等接口處理，然后進(jìn)行音視頻解碼、效果增強(qiáng)等處理，輸出視頻圖像和音頻信號(hào)。音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲音處理模塊使得系統(tǒng)播放聲音，并根據(jù)設(shè)定的輸出格式，對(duì)視頻圖像信號(hào)進(jìn)行像素編碼后通過(guò)AOC 線纜傳輸給大屏部分。另外，主機(jī)在接收語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，首先進(jìn)行信號(hào)降噪和增強(qiáng)等處理，然后CPU 模塊進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)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(zhí)行語(yǔ)音指令、獲取交互數(shù)據(jù)，并按照設(shè)定的通訊機(jī)制將數(shù)據(jù)編織成消息通過(guò)AOC 線纜傳輸給小屏部分。大屏部分包括像素解碼和大屏，接收AOC 線纜傳輸?shù)南袼鼐幋a視頻信號(hào)后進(jìn)行像素解碼處理，轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)大屏顯示視頻圖像；小屏部分包括數(shù)據(jù)解析和小屏，接收AOC 線纜傳輸?shù)南⒑筮M(jìn)行數(shù)據(jù)解析處理，得到界面信號(hào)來(lái)刷新小屏顯示界面的內(nèi)容、呈現(xiàn)交互信息。

在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，主機(jī)可以采用傳統(tǒng)TV（電視）SoC（片上系統(tǒng)）方案+android（安卓）系統(tǒng)，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(shù)據(jù)并顯示交互信息、資源開(kāi)銷(xiāo)小，可以采用獨(dú)立小芯片+ 輕量化嵌入式系統(tǒng)?！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(yàn)和超高清視頻體驗(yàn)。

2   關(guān)鍵技術(shù)

1）雙屏分體式設(shè)計(jì)技術(shù)

雙屏分體式設(shè)計(jì)示意圖如圖2，包括電視主機(jī)、大屏、小屏、AOC 線纜。電視大屏與主機(jī)分離、通過(guò)AOC 線纜連接，大屏可以進(jìn)行超薄外觀設(shè)計(jì)，主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)模塊化、便于系統(tǒng)更新升級(jí)；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(yàn)。

圖2 分體式設(shè)計(jì)示意圖

2）AOC 光纖傳輸技術(shù)

電視系統(tǒng)的主機(jī)需要向大屏傳輸超高清視頻信號(hào)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、距離較遠(yuǎn)，采用傳統(tǒng)連接線纜將存在信號(hào)輻射、信號(hào)衰減等問(wèn)題，且傳統(tǒng)連接線纜線徑較粗硬度高、影響走線布局和整體美觀。系統(tǒng)采用AOC 線纜進(jìn)行信號(hào)傳送，AOC 線纜由光纖和銅線組成，光纖傳輸高速率視頻信號(hào)、銅線傳遞低速率消息，可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)較遠(yuǎn)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(jī)將并行的超高清視頻圖像信號(hào)進(jìn)行像素編碼，轉(zhuǎn)換成高速串行TMDS(transition minimized differential signal，最小傳輸差分信號(hào))。在AOC 線纜的接收接口進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，將TMDS 信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后通過(guò)光纖傳輸，在AOC線纜的發(fā)送接口進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)恢復(fù)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(hào)轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)超高清屏VBO(v-by-one) 接口的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。對(duì)于低速消息，直接采用傳統(tǒng)銅線進(jìn)行連接。

圖3 AOC光纖傳輸技術(shù)框圖

3）雙屏雙系統(tǒng)融合顯示技術(shù)

在系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)上，雙屏分體電視系統(tǒng)由大屏系統(tǒng)和小屏系統(tǒng)組成，大屏系統(tǒng)包含主機(jī)和大屏，采用傳統(tǒng)TV SoC 方案+android 系統(tǒng)，小屏采用獨(dú)立芯片+ 輕量化嵌入式系統(tǒng)形成小屏系統(tǒng)，大屏系統(tǒng)與小屏系統(tǒng)間采用基于IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的即時(shí)通訊機(jī)制來(lái)進(jìn)行消息傳遞。大屏系統(tǒng)處理視頻信號(hào)及播放顯示視頻圖像，并負(fù)責(zé)AI 語(yǔ)音交互處理，小屏系統(tǒng)接收語(yǔ)音交互數(shù)據(jù)信息并顯示。

雙屏雙系統(tǒng)融合顯示技術(shù)框圖如圖4。大屏系統(tǒng)的視頻接收模塊獲取到視頻平臺(tái)的視頻內(nèi)容并進(jìn)行處理，將處理后的視頻內(nèi)容發(fā)送給大屏驅(qū)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(tǒng)負(fù)責(zé)AI 語(yǔ)音交互處理、生成語(yǔ)音指令并執(zhí)行，同時(shí)數(shù)據(jù)接收模塊獲取語(yǔ)音交互數(shù)據(jù)并處理成消息，采用Socket 通信方式將消息發(fā)送給小屏系統(tǒng)。小屏系統(tǒng)接收到消息后進(jìn)行處理，獲取交互數(shù)據(jù)并對(duì)交互數(shù)據(jù)進(jìn)行UI（用戶(hù)接口）屏顯處理，轉(zhuǎn)換成小屏UI 界面信號(hào)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(tǒng)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(hào)，進(jìn)行回音消除和降噪等處理以獲取語(yǔ)音。然后系統(tǒng)利用本地語(yǔ)音算法進(jìn)行人聲檢測(cè)和喚醒詞識(shí)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(hào)，編碼發(fā)送給云端語(yǔ)音平臺(tái)。語(yǔ)音平臺(tái)接收語(yǔ)音音頻信號(hào)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)音處理、語(yǔ)義理解等處理，將語(yǔ)音轉(zhuǎn)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(zhí)行操作，以及獲取交互數(shù)據(jù)，進(jìn)行語(yǔ)音合成處理后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出語(yǔ)音播報(bào)。

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(tǒng)來(lái)完成，同時(shí)將交互數(shù)據(jù)發(fā)送給小屏系統(tǒng)并在小屏上顯示，實(shí)現(xiàn)了AI 語(yǔ)音人機(jī)交互，語(yǔ)音交互信息可以顯示呈現(xiàn)。

3   系統(tǒng)應(yīng)用

面向語(yǔ)音交互應(yīng)用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案已經(jīng)在多個(gè)超高清電視產(chǎn)品中進(jìn)行了應(yīng)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(xiàn)了規(guī)模化銷(xiāo)售。

創(chuàng)維82Q80 型號(hào)電視產(chǎn)品如圖6 所示，采用雙屏分體式設(shè)計(jì)、主機(jī)與雙屏間通過(guò)AOC 線纜連接，產(chǎn)品造型美觀簡(jiǎn)潔；支持AI 語(yǔ)音交互，大屏播放視頻、圖片等內(nèi)容實(shí)現(xiàn)沉浸式顯示，小屏負(fù)責(zé)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(yàn)。

圖6 82Q80型號(hào)電視產(chǎn)品圖

4   結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種面向語(yǔ)音交互應(yīng)用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案，闡述了系統(tǒng)的工作原理及雙屏分體式設(shè)計(jì)、AOC 光纖傳輸、雙屏雙系統(tǒng)、AI 語(yǔ)音交互等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)采用“分體式+ 雙屏顯示”設(shè)計(jì)，融合AI 語(yǔ)音交互，帶來(lái)了一種新的超高清電視設(shè)計(jì)形態(tài)；采用“大屏+小屏”顯示，大屏播放視頻圖像并負(fù)責(zé)沉浸式內(nèi)容的顯示，小屏顯示語(yǔ)音交互信息同時(shí)負(fù)責(zé)交互輔助信息的呈現(xiàn)，兩者融合顯示具有良好的顯示及交互體驗(yàn)。該方案已應(yīng)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(jì)社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐遙令.一種8K超高清電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)時(shí)代的智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)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）