一種采用遠(yuǎn)場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)　

作者 李堅(jiān) 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(xiàng)目：深圳市工程中心項(xiàng)目，OLED顯示工程技術(shù)研究中心(編號(hào)：GCZX2017041216024265)

　　李堅(jiān)，碩士，高級(jí)工程師，創(chuàng)維集團(tuán)全球研發(fā)中心國內(nèi)產(chǎn)品院院長，研究方向：電視的研究開發(fā)及項(xiàng)目管理;徐遙令，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電視的研究開發(fā)及項(xiàng)目管理;袁新艷，碩士，研究方向：科技項(xiàng)目申報(bào)輔導(dǎo)及項(xiàng)目管理。

摘要：提出一種采用遠(yuǎn)場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了方案的設(shè)計(jì)原理及關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。OLED電視系統(tǒng)采用分體式設(shè)計(jì)使得OLED屏幕和主機(jī)充分分離，使得OLED屏可直接貼在墻壁上、主機(jī)容易實(shí)現(xiàn)智能升級(jí);通過遠(yuǎn)場語音模塊產(chǎn)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(duì)比度、低功耗、響應(yīng)快等眾多優(yōu)勢，是最被廣泛看好的下一代顯示技術(shù)^[1-2]。電視在經(jīng)歷了數(shù)字和高清時(shí)代后，高品質(zhì)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(duì)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(yīng)速度方面優(yōu)于LCD電視;OLED電視可以做到1 mm以內(nèi)的極致超薄，還能夠?qū)崿F(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?qū)崿F(xiàn)多樣化的創(chuàng)新美感設(shè)計(jì)。而語音識(shí)別正逐步成為信息技術(shù)中人機(jī)接口的關(guān)鍵技術(shù)^[3]，隨著人工智能的推進(jìn)發(fā)展，智能電視與語音識(shí)別技術(shù)是電視產(chǎn)業(yè)的一大突破點(diǎn)^[4];基于語音識(shí)別的人機(jī)交互已開始進(jìn)入人們生活中，作為家庭客廳主導(dǎo)的電視必然將導(dǎo)入語音識(shí)別技術(shù)和開展語音交互等各種創(chuàng)新應(yīng)用。

　　本文設(shè)計(jì)出一種采用遠(yuǎn)場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)，采用分體式設(shè)計(jì)使得OLED屏幕和主機(jī)基本分離獨(dú)立，OLED屏直接貼在墻壁上可與墻壁無縫結(jié)合、超薄美觀，而主機(jī)便于更換和維護(hù)、容易實(shí)現(xiàn)智能升級(jí);采用獨(dú)立遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)電視操控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場的人機(jī)語音交互，操控簡潔和更加智能。該系統(tǒng)將科技與藝術(shù)、生活融為一體，帶來了一種新的OLED電視應(yīng)用新形態(tài)。

1 系統(tǒng)原理

　　采用遠(yuǎn)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(dú)立遠(yuǎn)場語音控制模塊、電視主機(jī)、OLED屏幕及后臺(tái)語音服務(wù)器組成。

　　1)獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊包括陣列MIC、音頻信號(hào)處理和藍(lán)牙發(fā)送三個(gè)部分，通過陣列MIC接收聲音、將聲波轉(zhuǎn)換成模擬音頻電信號(hào)，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、編碼打包后通過無線藍(lán)牙發(fā)送給電視主機(jī)。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(zhuǎn)換成模擬音頻電信號(hào);音頻信號(hào)處理部分對(duì)MIC輸出的模擬音頻信號(hào)進(jìn)行降噪、幅度控制及模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字音頻信號(hào)。藍(lán)牙發(fā)射部分對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行編碼和打包等處理，得到音頻數(shù)據(jù)包，通過藍(lán)牙天線發(fā)送給電視主機(jī)。

　　2)電視主機(jī)包括藍(lán)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(hào)處理、CPU及喇叭等部分組成，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行回音消除、提取語音信號(hào)和增強(qiáng)語音信號(hào)等處理，將語音信號(hào)傳遞給后臺(tái)語音服務(wù)器及接收服務(wù)器返回的控制指令，實(shí)現(xiàn)電視的操控。具體為：

　　藍(lán)牙接收部分接收到音頻數(shù)據(jù)包后進(jìn)行拆包和解碼處理，得到數(shù)字音頻信號(hào);藍(lán)牙接收部分具有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能電路，將數(shù)字音頻轉(zhuǎn)為模擬音頻信號(hào)MIC_S，并將MIC_S發(fā)送給混音處理部分。同時(shí)，聲音信道處理部分接收到外部的左右聲道音頻信號(hào)(L/R音頻信號(hào))，對(duì)L/R音頻信號(hào)進(jìn)行幅度控制、格式轉(zhuǎn)換等處理后，輸出L/R_SPK_S音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)電視主機(jī)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(hào)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(jìn)行混音處理，將MIC_S和SPK_S音頻信號(hào)混合成具有L/R標(biāo)識(shí)的一路混合音頻信號(hào)，例如混合音頻信號(hào)的L標(biāo)識(shí)為MIC_S信號(hào)、則R標(biāo)識(shí)為SPK_S信號(hào);然后對(duì)混合音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字混合音頻信號(hào)，并進(jìn)行編碼為USB格式的混合音頻信號(hào)MUX_S后傳輸給語音提取部分?；煲裟K接收模擬信號(hào)，并輸出通用的USB格式的混合音頻信號(hào)，可獨(dú)立模塊化，易于移植應(yīng)用。

　　語音提取部分接收USB格式的MUX_S后，進(jìn)行解碼、通過識(shí)別L和R標(biāo)識(shí)分離出MIC_S和SPK_S(此時(shí)MIC_S和SPK_S為數(shù)字格式)，然后進(jìn)行回音消除，即：比較分析MIC_S和SPK_S音頻信號(hào)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(hào);然后提取到的語音信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)，輸出語音信號(hào)HM_S給酷開精靈部分。

　　酷開精靈部分對(duì)HM_S進(jìn)行編碼和打包處理后、通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺(tái)語音服務(wù)器;后臺(tái)語音服務(wù)器對(duì)HM_S進(jìn)行解碼后獲得用戶語音數(shù)據(jù)，進(jìn)行語音識(shí)別、將語音轉(zhuǎn)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(tái)語音服務(wù)器返回的“特定語義指令”后，進(jìn)行指令判斷識(shí)別，給電視主機(jī)的CPU傳遞操控指令;主機(jī)CPU接收操作指令，進(jìn)行電視操作，以及控制或改變聲音信號(hào)處理和視頻信號(hào)處理部分的音視頻輸出，完成語音對(duì)電視的操控，通過語音實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

　　在電視系統(tǒng)中，當(dāng)酷開精靈部分識(shí)別到“特定語義指令”為喚醒詞時(shí)，才能進(jìn)行通過語音進(jìn)行人機(jī)交互;例如酷開精靈識(shí)別到指令為“小維小維”喚醒詞時(shí)，才會(huì)識(shí)別語義指令，并進(jìn)行判斷和向CPU傳遞操控指令，例如讓CPU調(diào)用軟件播放音視頻、回答預(yù)設(shè)問題等。

　　3)后臺(tái)語音服務(wù)器主要進(jìn)行語音識(shí)別;OLED屏幕與電視主機(jī)間獨(dú)立分開，電視主機(jī)的視頻處理部分將圖像信號(hào)通過有線或無線的方式傳輸給OLED屏幕，實(shí)現(xiàn)圖像顯示。

2 關(guān)鍵技術(shù)

　　1)OLED新型分體式壁掛設(shè)計(jì)技術(shù)

　　采用OLED新型分體式壁掛設(shè)計(jì)技術(shù)，OLED屏幕與電視主機(jī)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(gè)部分。

　　鐵板上有2個(gè)凸出的掛孔;OLED屏幕背面局部內(nèi)凹，背面上自帶有2個(gè)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(chǎn)生很強(qiáng)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(gè)懸掛鉚釘卡入鐵板凸出的2個(gè)掛孔內(nèi)，起到定位作用、并增加OLED屏幕掛墻的可靠性和安全性。

　　2)獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊設(shè)計(jì)技術(shù)

　　獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊如圖3所示，外部包括MIC接口、顯示屏，內(nèi)部由無線充電模塊、鋰電池、藍(lán)牙控制板、語音信號(hào)處理板組成。獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊設(shè)計(jì)的工作原理為：

　　無線充電模塊采用電磁感應(yīng)原理來為鋰電池充電，鋰電池為其他各個(gè)板提供供電;語音信號(hào)處理板集成了雙MIC以及語音采集轉(zhuǎn)換等電路，接收語音聲波并轉(zhuǎn)換為音頻電信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)后輸出給藍(lán)牙控制板，藍(lán)牙控制板采用無線藍(lán)牙的方式發(fā)出音頻信號(hào)。通過獨(dú)立語音模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場語音對(duì)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(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊采用電磁感應(yīng)式無線充電方式為鋰電池充電，符合QI標(biāo)準(zhǔn)(無線充電聯(lián)盟推出的“無線充電”標(biāo)準(zhǔn))。電視主機(jī)端內(nèi)置無線充電接收電路，發(fā)射一定頻率的交流電通到初級(jí)線圈上形成磁場，獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊內(nèi)置的無線充電控制板上有次級(jí)線圈;當(dāng)獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊放入電視主機(jī)內(nèi)時(shí)，其次級(jí)線圈正好在電視主機(jī)端初級(jí)線圈產(chǎn)生磁場的特定位置，次級(jí)線圈通過電磁感應(yīng)生成電動(dòng)勢、并通過電路轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電輸出為獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊內(nèi)的鋰電池充電。獨(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊充電防止位置如圖4所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　新型分體式壁掛OLED電視示意圖如圖4所示。電視主機(jī)內(nèi)置機(jī)芯、電源、喇叭音箱等，可以獨(dú)立放置移動(dòng)及更換升級(jí)等;電視主機(jī)對(duì)電視視頻信號(hào)進(jìn)行處理、通過有線或無線的方式將視頻圖像信號(hào)傳送給OLED屏幕顯示，OLED屏幕采用磁吸與機(jī)械懸掛相結(jié)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(dú)立遠(yuǎn)場語音模塊產(chǎn)生指令并通過無線方式傳輸給OLED電視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電視操控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場的人機(jī)語音交互，電視操控簡潔和更加智能。

4 結(jié)論

　　本文提出一種采用遠(yuǎn)場語音控制的分體式OLED電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，OLED屏幕與電視主機(jī)完全分離，屏幕直接吸附在墻體上，與墻體無縫緊貼，主機(jī)容易實(shí)現(xiàn)智能升級(jí)或更換;通過獨(dú)立的遠(yuǎn)場語音模塊實(shí)現(xiàn)語音人機(jī)交互，使得電視操控簡單快捷。該設(shè)計(jì)方案將科技與藝術(shù)、生活融為一體，帶來了一種OLED電視產(chǎn)品應(yīng)用的新形態(tài)，具有廣泛應(yīng)用價(jià)值，目前已經(jīng)在創(chuàng)維W9產(chǎn)品上得到應(yīng)用。

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