一种面向语音交互应用的双屏分体电视系统方案

2011 年4K 超高清电视进入消费市场后得到迅速发展，并开始向8K 超高清电视方向升级^[1]。与此同时，电视交互方式从传统红外遥控器逐渐向Wi-Fi(wireless fidelity，无线保真) 或蓝牙遥控器、AI（人工智能）自然语音交互等方向发展^[2]。4K/8K 超高清显示分辨率高，能够带来细腻的视觉体验，AI 自然语音使得人机交互更加便捷自然，融合AI 语音交互技术和具有外观美感的超高清电视符合高品质舒适智能家居生活[3] 的发展趋势。

本文提出一种面向语音交互应用的双屏分体电视系统方案，详细阐述了双屏分体电视的系统原理，介绍了双屏分体式设计、AOC（active optical cables）光纤传输、双屏双系统融合显示、AI 语音交互等关键技术。系统采用“分体主机处理+ 双屏显示”设计，系统主机处理音视频内容及AI 语音交互，“大屏+ 小屏”双屏融合显示视频图像和语音交互信息（大屏显示视频图像、小屏显示交互信息），带来了一种新的超高清电视应用形态。

1   系统原理

面向语音交互应用的双屏分体电视系统方案构成如图1，由主机、AOC 接口、线缆及双屏组成。主机包括音视频处理及CPU（中央处理器）模块、接口处理、网络处理、交互处理、存储处理、像素编码及数据编织等部分，双屏单元包括像素解码和大屏、数据解析及小屏。

图1 系统构成框图

主机接收信号源信号、网络信号后，首先进行信号增强、解析解扰等接口处理，然后进行音视频解码、效果增强等处理，输出视频图像和音频信号。音频信号驱动声音处理模块使得系统播放声音，并根据设定的输出格式，对视频图像信号进行像素编码后通过AOC 线缆传输给大屏部分。另外，主机在接收语音信号时，首先进行信号降噪和增强等处理，然后CPU 模块进行语音识别并启动交互后，进行语音合成和语音指令生成等处理；进而执行语音指令、获取交互数据，并按照设定的通讯机制将数据编织成消息通过AOC 线缆传输给小屏部分。大屏部分包括像素解码和大屏，接收AOC 线缆传输的像素编码视频信号后进行像素解码处理，转换成驱动信号驱动大屏显示视频图像；小屏部分包括数据解析和小屏，接收AOC 线缆传输的消息后进行数据解析处理，得到界面信号来刷新小屏显示界面的内容、呈现交互信息。

在系统方案设计时，主机可以采用传统TV（电视）SoC（片上系统）方案+android（安卓）系统，不需要增加额外资源可完成电视音视频处理及语音交互处理；小屏只需要直接处理交互数据并显示交互信息、资源开销小，可以采用独立小芯片+ 轻量化嵌入式系统。“大屏+ 小屏”双屏融合同步显示，使语音交互不仅可以“听得见”、还可以“看得见”，且大屏和小屏分别显示视频图像和语音交互信息、交互信息显示不影响大屏超高清视频图像显示，带来良好的语音交互体验和超高清视频体验。

2   关键技术

1）双屏分体式设计技术

双屏分体式设计示意图如图2，包括电视主机、大屏、小屏、AOC 线缆。电视大屏与主机分离、通过AOC 线缆连接，大屏可以进行超薄外观设计，主机可以实现模块化、便于系统更新升级；小屏用来显示语音交互信息及碎片化辅助信息（比如天气/时间），可以提升交互体验。

图2 分体式设计示意图

2）AOC 光纤传输技术

电视系统的主机需要向大屏传输超高清视频信号，传输的数据量大、距离较远，采用传统连接线缆将存在信号辐射、信号衰减等问题，且传统连接线缆线径较粗硬度高、影响走线布局和整体美观。系统采用AOC 线缆进行信号传送，AOC 线缆由光纤和铜线组成，光纤传输高速率视频信号、铜线传递低速率消息，可实现高速信号较远距离传输及弯曲柔性连接。

AOC 光纤传输技术框图如图3。主机将并行的超高清视频图像信号进行像素编码，转换成高速串行TMDS(transition minimized differential signal，最小传输差分信号)。在AOC 线缆的接收接口进行电光转换，将TMDS 信号转换成光信号后通过光纤传输，在AOC线缆的发送接口进行光电转换，将光信号恢复为TMDS信息。大屏部分进行像素解码，将高速串行TMDS 信号转换成传统超高清屏VBO(v-by-one) 接口的驱动信号。对于低速消息，直接采用传统铜线进行连接。

图3 AOC光纤传输技术框图

3）双屏双系统融合显示技术

在系统逻辑设计上，双屏分体电视系统由大屏系统和小屏系统组成，大屏系统包含主机和大屏，采用传统TV SoC 方案+android 系统，小屏采用独立芯片+ 轻量化嵌入式系统形成小屏系统，大屏系统与小屏系统间采用基于IP（互联网协议）点对点的即时通讯机制来进行消息传递。大屏系统处理视频信号及播放显示视频图像，并负责AI 语音交互处理，小屏系统接收语音交互数据信息并显示。

双屏双系统融合显示技术框图如图4。大屏系统的视频接收模块获取到视频平台的视频内容并进行处理，将处理后的视频内容发送给大屏驱动显示处理模块进一步处理后，在大屏上显示播放视频图像。此外大屏系统负责AI 语音交互处理、生成语音指令并执行，同时数据接收模块获取语音交互数据并处理成消息，采用Socket 通信方式将消息发送给小屏系统。小屏系统接收到消息后进行处理，获取交互数据并对交互数据进行UI（用户接口）屏显处理，转换成小屏UI 界面信号并刷新小屏显示界面从而在小屏上显示语音交互信息。

图4 双屏双系统融合显示技术框图

4）AI 语音交互技术

AI 语音交互技术框图如图5。超高清电视集成MIC（麦克风）采集声音信号，进行回音消除和降噪等处理以获取语音。然后系统利用本地语音算法进行人声检测和唤醒词识别等，通过唤醒词启动语音交互；提取语音音频信号，编码发送给云端语音平台。语音平台接收语音音频信号，进行语音识别、自然语音处理、语义理解等处理，将语音转换成业务逻辑信息发送给超高清电视。超高清电视接收信息并进行处理，获取指令并执行操作，以及获取交互数据，进行语音合成处理后驱动扬声器发出语音播报。

图5 AI语音交互技术框图

AI 语音交互处理由超高清电视的大屏系统来完成，同时将交互数据发送给小屏系统并在小屏上显示，实现了AI 语音人机交互，语音交互信息可以显示呈现。

3   系统应用

面向语音交互应用的双屏分体电视系统方案已经在多个超高清电视产品中进行了应用，涵盖75 英寸至98英寸，包括创维Q80、Q80L、W81Pro 等产品系列，产品实现了规模化销售。

创维82Q80 型号电视产品如图6 所示，采用双屏分体式设计、主机与双屏间通过AOC 线缆连接，产品造型美观简洁；支持AI 语音交互，大屏播放视频、图片等内容实现沉浸式显示，小屏负责天气、时间等语音交互及辅助信息显示，双屏融合显示具有良好的交互和显示体验。

图6 82Q80型号电视产品图

4   结束语

本文提出一种面向语音交互应用的双屏分体电视系统方案，阐述了系统的工作原理及双屏分体式设计、AOC 光纤传输、双屏双系统、AI 语音交互等关键技术。系统采用“分体式+ 双屏显示”设计，融合AI 语音交互，带来了一种新的超高清电视设计形态；采用“大屏+小屏”显示，大屏播放视频图像并负责沉浸式内容的显示，小屏显示语音交互信息同时负责交互辅助信息的呈现，两者融合显示具有良好的显示及交互体验。该方案已应用于创维双屏分体电视Q80 等产品，效果良好，产生了良好经济社会效益。

参考文献：

[1] 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(06):28-30.

[2] 吴伟.5G的世界:智能家居[M].广州:广东科技出版社,2020:77-89.

[3] 张睿.大数据时代的智能家居产品设计研究[D].芜湖:安徽工程大学,2017.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2022年3月期）