智能電視的系統(tǒng)設計方案

黃慶敏

(冠捷顯示科技(廈門)有限公司創(chuàng)新中心，福建 廈門 361101)

0 引言

在生氣勃勃、飛速發(fā)展的電視產品領域，智能電視的出現被譽為是彩色電視機出現以來的最大革命。在2011年初的CES展上，全球彩電巨頭們紛紛聚焦在智能電視產品上。智能電視的高調亮相彰顯了彩電行業(yè)的未來主流，智能電視相對原傳統(tǒng)電視已不再是單一的收視電子產品，而是在搭載開放性操作系統(tǒng)的基礎上，融入高科技人機互動技術，把電視機變?yōu)榧喙δ苡谝簧淼闹悄茈娮赢a品。目前，針對智能電視的系統(tǒng)解決方案可分為兩種:一種是單芯片方案，即1個芯片里集成了高速CPU、網絡控制模塊、傳統(tǒng)的電視接口模塊(如 VGA，YPbPr，HDMI等)，通過1個芯片再輔以一些簡易的外圍電路就可實現智能電視硬件系統(tǒng)電路的搭建;另一種是雙芯片方案，即1個CPU Processor芯片加上一個傳統(tǒng)的電視芯片，兩芯片之間建立起通信通道并輔以外圍簡易的電路來實現智能電視硬件系統(tǒng)電路。

1 智能電視的關鍵特征

智能電視是指在原有傳統(tǒng)電視的功能基礎上再加上全開放式平臺，且搭載了操作系統(tǒng)并可以由用戶自行安裝和卸載應用軟件、游戲等第三方服務商提供的程序，這些程序可以不斷對整機電視的功能進行擴充，并可以通過網線、無線網絡來實現網上沖浪娛樂等服務。智能電視的核心就在于3個智能化，即智能化操作系統(tǒng)平臺、智能化應用商店以及智能化交互。所以現階段的智能電視除原有傳統(tǒng)電視功能特征外，還需具備以下4個新的關健特征:1)具備寬帶互聯(lián)網接入能力和網絡通信功能。2)自然的人機交互方式，如語音控制、色彩識別控制、手勢控制等，讓電視能夠通過最簡單的方式來最快反饋使用者下達的指令。3)必須支持強大的多媒體功能，可以接收并回放從互聯(lián)網獲得的各種影像、音樂等數據流，讓更多的智能服務成為可能。4)可以下載并執(zhí)行各種專門開發(fā)包括游戲等相關的應用程序。支持開放的應用程序商店，允許第三方可以自由開發(fā)，通過應用程序商店實現電視功能的可擴展性，同時可以嘗試實現新的商業(yè)模式，搭建智能的應用程序生態(tài)鏈。5)創(chuàng)新的用戶界面，全新的用戶體驗。

2 智能電視的系統(tǒng)設計

2.1 智能電視的單芯片方案系統(tǒng)

目前，實現智能電視功能的單芯片方案，已開放給電視廠商進行產品開發(fā)，比較有代表性的主要有Trident公司的SX5芯片和SiS公司的SiS681芯片。智能電視單芯片方案的一般功能框圖如圖1所示。

智能電視的單芯片集成了CPU Processor和傳統(tǒng)電視處理的兩大模塊。其中傳統(tǒng)電視處理模塊經過這些年的發(fā)展，各個廠家間的主要技術參數如音視頻的編解碼能力、信號畫質的處理等基本已相差無幾。而CPU Processor部分，不同廠商間的參數差別較大。

圖1 智能電視單芯片方案的功能框圖(截圖)

目前，在智能電視芯片上集成的CPU主流廠家有兩個，MIPS和ARM。如Trident公司的SX5和SiS公司的SiS681芯片，其內部集成的CPU Processor都是基于MIPS雙核來搭建的。其中，SX5內置的處理器最快速度為700 MHz，雙核;SiS681內置的處理器最快速度為576 MHz，雙核。而另外一些電視芯片廠商如MTK，Panasonic等，也正在或準備推出智能電視單芯片方案，其芯片里集成的CPU Processor是基于ARM系統(tǒng)來搭建的。就目前階段，采用單芯片系統(tǒng)方案來進行智能電視設計開發(fā)主要有如下特點和應用狀態(tài):

1)由于采用單芯片設計，其外圍電路相對雙芯片方案較簡單，比較低的PCB空間占用和芯片本身的高集成度決定整個系統(tǒng)方案的成本相對雙芯片方案更低。

2)大多數的單芯片設計方案，芯片廠商已在底層對CPU Processor和傳統(tǒng)電視處理模塊間做了有效整合，已把原傳統(tǒng)電視功能做成整機操作系統(tǒng)里的一個應用程序。通過該設計思想設計的智能電視一開機即進入整機的操作系統(tǒng)，客戶將根據自己的應用需要在整機操作系統(tǒng)下可同時或單獨啟動傳統(tǒng)電視功能和其他系統(tǒng)下的應用程序。整個系統(tǒng)的功能構架如圖2所示。

圖2 智能電視單芯片方案的功能構架圖

3)目前大多數的單芯片方案集成的微處理器處理速度都不夠快，在已向客戶開放的單芯片方案里，Trident的雙核700 MHz已算是最快的。雖然包括Trident等其他的部分電視芯片廠商已在單芯片方案里集成了基于MIPS雙核速度可達1 GHz以上的CPU或ARM雙核A9，但它們的芯片暫時并未完全向電視廠商開放?；诖?，現階段采取單芯片方案設計的智能電視將因為處理器處理速度的原因，整機產品在網絡應用或其他多媒體娛樂應用程序上的表現較差，即在智能應用方面表現得不夠智能。

4)單芯片的智能電視方案雖然很多廠商都在開發(fā)，但由于目前單芯片上所集成的處理器性能較差，廠商們都不敢貿然在市場推出單芯片方案的智能電視。很多廠商在現階段更多的是進行智能電視單芯片方案開發(fā)的經驗積累和技術培養(yǎng)。從技術不斷發(fā)展的方向來看，后續(xù)的電視芯片廠商們必然會推出具有更佳性能的處理器單芯片智能電視方案，到時整機廠商們將依據現階段已掌握的開發(fā)技術更快地導入產品設計并快速向市場推出其相關產品。

2.2 智能電視的雙芯片方案系統(tǒng)

為提高智能電視產品的性能，提升用戶在智能方面應用體驗，目前有很多電視廠商采用雙芯片方案來設計自己的智能電視產品。目前市場上性能較優(yōu)并適合智能電視應用的微處理器芯片主要有Amlogic的AML8726－M、三星的Orion芯片和Qualcomm的AQ8060芯片，它們的內核結構是基于ARM單核或雙核A9來搭建的。雙芯片方案的硬件系統(tǒng)連接示意框圖如圖3所示。

圖3 智能電視雙芯片方案連接示意框圖

在智能電視的雙芯片解決方案里，傳統(tǒng)電視的接口部分仍然由電視SoC芯片來處理，而智能操作系統(tǒng)、網絡和其他應用程序的應用則是通過微處理器來完成。經微處理器操作完成的信號通過HDMI傳送至電視芯片，兩芯片之間通過UART或I2C等通信協(xié)議來進行通信。相對單芯片方案，智能電視的雙芯片解決方案有以下特點和應用狀態(tài):

1)外圍電路相對單芯片方案較復雜，PCB占用空間大，同時由于雙芯片雙系統(tǒng)導致部分軟硬件資源的浪費，因此雙芯片方案的成本比較高。

2)由于采用雙芯片設計方案，兩芯片間還需建立起通信通道，相對單芯片方案的整機產品來說，在系統(tǒng)復雜性增大的同時穩(wěn)定性方面也會下降。

3)采用雙芯片方案的智能電視產品會設置兩個相對獨立的操作系統(tǒng)，其中一個是為傳統(tǒng)電視功能服務的電視操作系統(tǒng)，另一個是為智能相關功能服務的平臺操作系統(tǒng)。兩系統(tǒng)間只是通過UART或I2C等通信協(xié)議建立起簡單的通信通道。針對用戶操作來說，智能電視開機先進入傳統(tǒng)電視功能系統(tǒng)，只是啟用傳統(tǒng)電視功能時，才開啟電視系統(tǒng);如需啟用智能功能，則需同時打開相應的HDMI輸入通道并開啟智能操作系統(tǒng)。系統(tǒng)的功能構架如圖4所示。由于存在雙系統(tǒng)，對客戶來說，當在使用傳統(tǒng)電視功能和智能功能時將有兩個不同的用戶選單，即使廠家會想辦法盡量將兩個用戶選單的風格設計一致，但仍然會有一些差別。智能電視雙芯片方案的功能構架圖如圖4所示。

圖4 智能電視雙芯片方案的功能構架圖

4)由于采用雙芯片設計方案，CPU Processor的芯片可根據目標市場的不同而靈活選用，使得智能電視產品在網絡應用或其他應用程序中更易滿足目標消費者的需求。同時，由于是雙芯片雙系統(tǒng)，廠家在開發(fā)該智能產品時可選擇在已成熟的傳統(tǒng)電視平臺上加載開發(fā)智能功能，將大大縮短整機產品的開發(fā)周期，有利于產品快速推向市場。

5)目前市場上的智能電視產品幾乎都是采用雙芯片系統(tǒng)方案來設計的。并且由于與雙芯片方案相當或智能性更高的單芯片方案成熟推出還需一段時間，預計至少在未來的一年時間里，市場上智能電視產品的設計方案仍然會以雙芯片系統(tǒng)設計方案為主流。

3 小結

在高速增長的智能電視市場，各大電視廠商的競爭日益激烈，整機系統(tǒng)方案設計將是激烈的競爭環(huán)境中能夠脫穎而出的關鍵一環(huán)?，F階段智能電視所采取的單芯片設計方案和雙芯片方案各有其優(yōu)缺點。但從一個新產品的初級階段來說，快速上市及讓客戶接受新產品的功能應該是重點考慮的問題，這使得雙芯片方案在現階段較具優(yōu)勢。隨著新產品技術的不斷發(fā)展，各電視廠商推出的單芯片方案里集成的微處理器功能將不斷加強，同時產品的成本也將成為各大電視廠家的主要壓力，此時單芯片設計方案勢必會成為后續(xù)智能電視設計方案的主流。