基于5G模块的8K电视设计与实现

　　余明火（深圳创维-RGB电子有限公司研发总部，广东 深圳 518108）

　　摘 要：本文对5G技术以及超高清电视发展进行了简单的介绍，综合考虑行业趋势及技术特点后，设计了一套基于5G模块的8K超高清电视。

　　关键词：5G模块；8K电视；低延时

　　作者简介

　　余明火(1985-)，男，硕士，主要研究方向：智能电视、超高清电视、5G 8K电视，激光微投产品等；

　　0 引言

　　当前受移动网络资费及技术的影响，在目前所有电视方案中，网络资源的传输都是以家庭宽带路由器等方式进行传输。但随着运营商对国家关于网络降速政策的落实，移动网络在资费和速率上均变现出了明显的优势，特别是在没有有线宽带到户的小区和用户，对移动网路内置电视机也有一定的需求。从消费升级方面来看，在固定的可视距离，更大尺寸匹配更高的分辨率，会带来用户临场感大幅提升、用户处于画面之中临场感、真实感剧增。8K显示图像清晰细腻、逼真临场感强，符合消费升级需求 ^[1] 。政策方面，近年来国家对5G技术、8K技术发展大力支持，设计一套内置移动模块特别是5G模块的8K电视，不仅能给用户带来便利，顺应国家关于超高清政策的方向，而且5G在带宽，延时等方面也符合8K电视对网络传输的要求（据悉，在100MHz带宽下5G可实现10 Gbit/s峰值速率，200 MHz带宽实现20Gbps的峰值速率） ^[2] ，提升用户体验。

　　1 实现原理

　　1.1 硬件实现

　　内置5G移动模块系统的8K电视系统 ^[3] ，系统主要由电视机内部5G模块，外围电路，TV模块，显示屏，WIFI蓝牙模组组成。其中5G模块包括5G模组，以及跟5G模组连接的SIM卡接口，机内5G天线组成；TV模块包括视频识别单元，8K解码单元，4K解码单元，音频处理单元，内核处理单元，OSD视频合成单元组成；屏幕为8K 60 Hz显示屏，或者8K 120 Hz显示屏，当为120 Hz显示屏时，TV模块还包括FRC倍频模块单元。

　　SIM卡接口主要移动网络身份信息认证卡的插入接口，机内5G模组则对5G信号进行解析，并将相关音视频信息通过特定的高速接口传输给TV模块，高速接口可以为USB3.0,USB3.1或PCIE接口。

　　如图一为实例应用图 ^[4] ，其中5G模块的模组部分采用移远通信公司的5G、 RG500Q模块。TV部分采用MTK的8K芯片MT9550，TV部分除了有跟5G模组通信的高速USB接口外，还设计HDMI2.1输入接口，USB3.0接口，满足整机对8K信号的输入要求。同时，5G模组跟TV部分还有状态反馈，控制等信号，其中DISABLE、AP_STATUS、MODULE_STATUS等信号，DISABLE为TV模块控制设置5G模组飞行模式状态控制脚，当DISABLE设置为低电平时，5G模组进入飞行模式，DISABLE设置为高电平时，5G模组正常工作，MODULE_STATUS为5G模组状态反馈脚，以向TV主控端反馈当前模组所处的状态，AP_STATUS为TV主控端向5G模组反馈的状态，反馈TV端当前对网络请求和用户端所处的状态。其中5G模组跟TV端高速接口采用USB3.0，机内5G模组对机内5G天线模块接收到的频段内音视频（或图像、视频）信息进行解析，并将解析后的视频（或图像、视频）通过高速传输接口进行传输，传输的信号主要有8K@30/60Hz,4K@30/60Hz,FHD@120Hz。

　　TV处理模块中，包含有8K视频（图像）处理单元，4K视频（图像）处理单元，音频处理单元，视频OSD混合单元等。TV模块中的视频识别单元，识别视频信号是8K视频信号还是非8K视频信号，对8K视频信号，分配给8K解码单元进行解码，如果为非8K视频信号，则分配给4K解码单元进行解码，同时分解音视频信号中的音频信号，将音频信号分配给音频处理单元DSP处理。内核处理单元负责协调控制处理TV模块中各单元的协同工作，OSD视频合成单元组成，对8K解码单元或者4K解码单元解码并进行图像提升后的图像，在上层叠加OSD层后,传输给显示屏显示。

　　在系统中，跟TV模块连接的还有Wi-Fi模块，Wi-Fi模块除了可以接受周围环境的无线网络外，还可作为热点，代替家庭路由器。当为热点时，家庭中的无线终端可通过电视进行上网。

　　1.2 软件流程

　　本系统是基于Android系统进行开发，以下对系统主要软件流程进行说明，5G模块工作流程如下：系统上电后，进行初始化，TV端控制启动5G模组，5G模组获取TV端指令，判断是否需要进入飞行模式，如果不需要进入飞行模式，则启动网络，等待TV端数据收发指令，进行数据的上传和下载；如果需要进入飞行模式，则进入飞行模式，随后检测是否需要退出飞行模式，如果不需要，则保持飞行模式，并继续检测，如果需要退出飞行模式，则启动网络，等待TV端数据收发指令，进行数据的上传和下载。

　　TV端工作流程如下：系统上电后，进行初始化，随后读取用户状态，判断是否需要进入飞行模式，如果不需要进入飞行模式，则保持读取状态，如果需要进入飞行模式，则向5G模组发送进入飞行模式指令，并获取5G模组状态，判断是否需要退出飞行模式，如果不需要，返回读取用户状态，如果需要，则向5G模组发送退出飞行模式指令，随后获取5G模组状态，确认退出飞行模式后，进行数据的传输，上传和下载。

　　2 关键技术研究

　　本系统设计的是一款8K超高清电视，从人眼所能感知的画面质感，8K电视基本上在75寸以上才能感觉到8K产品的优势。结合消费实际和产业情况，8K电视基本上在65寸以上为主。此系统将面向AIOT的，8K超高清智能电视为AIOT的家庭大屏控制终端 ^[5] 。根据不同场景的特点，提供多种场景解决方案，对场景中的各种设备实现智能控制。需解决研究的关键技术主要:

　　2.1 面向AIOT应用的5G 8K电视的可扩展平台技术

　　为面向AIOT，提高产品生命周期和产品竞争力，面向AIOT应用的5G 8K电视需要满足多种业务和应用的需求（如5G信号接收、8K AIOT控制大屏等），同时需要适用各种应用和融合各种技术，必须具有可扩展性。包括软硬件等标准化开发接口以满足满足AIOT应用的5G 8K超高清智能电视新业务应用。在硬件支持的前提下，平台基本保持Android系统架构，增加了TV部分，集成了相关应用，包括蜂窝网应用，应用商城，AIOT应用，互联网应用等，可自由扩展和更新各种应用功能。

　　2.2 8K超高清片源解码技术

　　目前行业比较成熟的超高清解码方案为4K解码，主要格式有4K@30Hz、4K@60Hz;因此需要研究8K超高清片源的解码技术，基于8K超高清解码设计整套的8K电视解决方案，包括超高清图像分割合成及精确重现技术，分辨率转化及帧率转换技术（2K转8K、4K转8K）。为提高非8K等片源的画质显示效果，本项目还提供系统性的画质提升方案及相关算法，提升电视的视觉体验。

　　2.3 5G在8K电视应用技术

　　8K电视对带宽有更高的需求、5G技术具有低延时，高带宽，多连接、稳定性强等特性。为了满足8K电视以及AIOT的需求，本项目将研究5G关键技术在8K超高清智能电视应用技术的研究，包括5G模块机内集成的研究，8K超高清AIOT大屏终端的研究，提供全套的AIOT场景解决方案。

　　2.4 8K超高清显示技术

　　8K显示屏为新一代超高清显示屏技术，8K显示屏在像素上为4K显示屏的4倍，对显示等有着更高的要求，本项目将研究8K超高清显示技术，包括数据传输接口、高功率电源，高像素的画质研究等。

　　2.5 AIOT应用技术研究

　　本项目是面向AIOT的，项目中的8K超高清智能电视为AIOT的家庭大屏控制终端，AIOT应用技术研究也为本项目要研究的重要技术之一。项目中的8K超高清智能电视根据不同场景的特点，提供多种场景解决方案，对场景中的各种设备实现智能控制。

　　3 结论

　　5G技术低延时、高带宽的特点，使得终端跟云端有更多资源在短时间内进行传输，8K电视而言，首先要满足的是视频资源的传输，而在人工智能时代，5G技术在8K电视的应用，可以进一步推动8K电视的智能化，实现大运算力的云端处理，如AI画质，AI场景构建等。5G模组移动模块内置电视，也可以电视机也为家庭的网络路由端，替代了家庭路由器，进一步提升了用户对电视的粘度。同时对促进超高清产业发展具有极其重要的意义。

　　参考文献

　　[1] 刘宁. 8K超高清电视发展现状和发展趋势[J]. 现代电视技术,2018, 204(06):(112-115)+132.

　　[2] 李印鹏. 浅谈面向5G的无线通信系统关键技术[J]. 中国新通信,2018, 20(08):36.

　　[3] 徐遥令. 一种8K超高清电视系统设计方案[J],电子产品世界,2018,25(6):35-37.

　　[4] 余明火. 5G电视、基于5G电视的视频播放方法及可读存储介质:中国, 201910468132.X[P].2019-5-29.

　　[5] 苏亮.创维SwaiotTM开启大屏AIoT时代,三屏Q80系列电视震撼面世.家用电器,2019(05).

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第12期第41页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。