一種面向語音交互應用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案

2011 年4K 超高清電視進入消費市場后得到迅速發(fā)展，并開始向8K 超高清電視方向升級^[1]。與此同時，電視交互方式從傳統(tǒng)紅外遙控器逐漸向Wi-Fi(wireless fidelity，無線保真) 或藍牙遙控器、AI（人工智能）自然語音交互等方向發(fā)展^[2]。4K/8K 超高清顯示分辨率高，能夠帶來細膩的視覺體驗，AI 自然語音使得人機交互更加便捷自然，融合AI 語音交互技術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。

本文提出一種面向語音交互應用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案，詳細闡述了雙屏分體電視的系統(tǒng)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(tǒng)融合顯示、AI 語音交互等關鍵技術。系統(tǒng)采用“分體主機處理+ 雙屏顯示”設計，系統(tǒng)主機處理音視頻內(nèi)容及AI 語音交互，“大屏+ 小屏”雙屏融合顯示視頻圖像和語音交互信息（大屏顯示視頻圖像、小屏顯示交互信息），帶來了一種新的超高清電視應用形態(tài)。

1   系統(tǒng)原理

面向語音交互應用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案構成如圖1，由主機、AOC 接口、線纜及雙屏組成。主機包括音視頻處理及CPU（中央處理器）模塊、接口處理、網(wǎng)絡處理、交互處理、存儲處理、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)構成框圖

主機接收信號源信號、網(wǎng)絡信號后，首先進行信號增強、解析解擾等接口處理，然后進行音視頻解碼、效果增強等處理，輸出視頻圖像和音頻信號。音頻信號驅(qū)動聲音處理模塊使得系統(tǒng)播放聲音，并根據(jù)設定的輸出格式，對視頻圖像信號進行像素編碼后通過AOC 線纜傳輸給大屏部分。另外，主機在接收語音信號時，首先進行信號降噪和增強等處理，然后CPU 模塊進行語音識別并啟動交互后，進行語音合成和語音指令生成等處理；進而執(zhí)行語音指令、獲取交互數(shù)據(jù)，并按照設定的通訊機制將數(shù)據(jù)編織成消息通過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視頻信號后進行像素解碼處理，轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號驅(qū)動大屏顯示視頻圖像；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行數(shù)據(jù)解析處理，得到界面信號來刷新小屏顯示界面的內(nèi)容、呈現(xiàn)交互信息。

在系統(tǒng)方案設計時，主機可以采用傳統(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、資源開銷小，可以采用獨立小芯片+ 輕量化嵌入式系統(tǒng)?！按笃? 小屏”雙屏融合同步顯示，使語音交互不僅可以“聽得見”、還可以“看得見”，且大屏和小屏分別顯示視頻圖像和語音交互信息、交互信息顯示不影響大屏超高清視頻圖像顯示，帶來良好的語音交互體驗和超高清視頻體驗。

2   關鍵技術

1）雙屏分體式設計技術

雙屏分體式設計示意圖如圖2，包括電視主機、大屏、小屏、AOC 線纜。電視大屏與主機分離、通過AOC 線纜連接，大屏可以進行超薄外觀設計，主機可以實現(xiàn)模塊化、便于系統(tǒng)更新升級；小屏用來顯示語音交互信息及碎片化輔助信息（比如天氣/時間），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

電視系統(tǒng)的主機需要向大屏傳輸超高清視頻信號，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、距離較遠，采用傳統(tǒng)連接線纜將存在信號輻射、信號衰減等問題，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 線纜進行信號傳送，AOC 線纜由光纖和銅線組成，光纖傳輸高速率視頻信號、銅線傳遞低速率消息，可實現(xiàn)高速信號較遠距離傳輸及彎曲柔性連接。

AOC 光纖傳輸技術框圖如圖3。主機將并行的超高清視頻圖像信號進行像素編碼，轉(zhuǎn)換成高速串行TMDS(transition minimized differential signal，最小傳輸差分信號)。在AOC 線纜的接收接口進行電光轉(zhuǎn)換，將TMDS 信號轉(zhuǎn)換成光信號后通過光纖傳輸，在AOC線纜的發(fā)送接口進行光電轉(zhuǎn)換，將光信號恢復為TMDS信息。大屏部分進行像素解碼，將高速串行TMDS 信號轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)超高清屏VBO(v-by-one) 接口的驅(qū)動信號。對于低速消息，直接采用傳統(tǒng)銅線進行連接。

圖3 AOC光纖傳輸技術框圖

3）雙屏雙系統(tǒng)融合顯示技術

在系統(tǒng)邏輯設計上，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)包含主機和大屏，采用傳統(tǒng)TV SoC 方案+android 系統(tǒng)，小屏采用獨立芯片+ 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）點對點的即時通訊機制來進行消息傳遞。大屏系統(tǒng)處理視頻信號及播放顯示視頻圖像，并負責AI 語音交互處理，小屏系統(tǒng)接收語音交互數(shù)據(jù)信息并顯示。

雙屏雙系統(tǒng)融合顯示技術框圖如圖4。大屏系統(tǒng)的視頻接收模塊獲取到視頻平臺的視頻內(nèi)容并進行處理，將處理后的視頻內(nèi)容發(fā)送給大屏驅(qū)動顯示處理模塊進一步處理后，在大屏上顯示播放視頻圖像。此外大屏系統(tǒng)負責AI 語音交互處理、生成語音指令并執(zhí)行，同時數(shù)據(jù)接收模塊獲取語音交互數(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)接收到消息后進行處理，獲取交互數(shù)據(jù)并對交互數(shù)據(jù)進行UI（用戶接口）屏顯處理，轉(zhuǎn)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音交互信息。

圖4 雙屏雙系統(tǒng)融合顯示技術框圖

4）AI 語音交互技術

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

圖5 AI語音交互技術框圖

AI 語音交互處理由超高清電視的大屏系統(tǒng)來完成，同時將交互數(shù)據(jù)發(fā)送給小屏系統(tǒng)并在小屏上顯示，實現(xiàn)了AI 語音人機交互，語音交互信息可以顯示呈現(xiàn)。

3   系統(tǒng)應用

面向語音交互應用的雙屏分體電視系統(tǒng)方案已經(jīng)在多個超高清電視產(chǎn)品中進行了應用，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)品實現(xiàn)了規(guī)?；N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AOC 線纜連接，產(chǎn)品造型美觀簡潔；支持AI 語音交互，大屏播放視頻、圖片等內(nèi)容實現(xiàn)沉浸式顯示，小屏負責天氣、時間等語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(jié)束語

本文提出一種面向語音交互應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計、AOC 光纖傳輸、雙屏雙系統(tǒng)、AI 語音交互等關鍵技術。系統(tǒng)采用“分體式+ 雙屏顯示”設計，融合AI 語音交互，帶來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(nèi)容的顯示，小屏顯示語音交互信息同時負責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。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)濟社會效益。

參考文獻：

[1] 徐遙令.一種8K超高清電視系統(tǒng)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(shù)據(jù)時代的智能家居產(chǎn)品設計研究[D].蕪湖:安徽工程大學,2017.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期）