基于多點(diǎn)觸控及語(yǔ)音傳輸?shù)闹悄茈娨曔b控器

羅少鋒，陳 銳

（康佳集團(tuán)多媒體全球研發(fā)中心，廣東 深圳 518000）

據(jù)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2012年智能電視市場(chǎng)份額將占據(jù)近30%，智能電視對(duì)人機(jī)交互技術(shù)的需求較傳統(tǒng)電視高很多[1-2]，傳統(tǒng)的遙控器已經(jīng)不太適合產(chǎn)品互動(dòng)需求升級(jí)的要求。開發(fā)一款具有多點(diǎn)觸控集語(yǔ)音識(shí)別功能的遙控器[3]，使得用戶能更好地與電視機(jī)互動(dòng)，是市場(chǎng)迫切的需求。

本文所述方案實(shí)現(xiàn)了彩電業(yè)界首個(gè)多點(diǎn)觸控、手寫、語(yǔ)音輸入等強(qiáng)大功能任意切換，以嶄新的創(chuàng)意巧妙解決了彩電人機(jī)交互的難題和瓶頸。同步語(yǔ)音識(shí)別（語(yǔ)音精靈）真實(shí)還原了語(yǔ)音效果，是康佳同步云電視產(chǎn)品硬件與軟件技術(shù)同步理念的良好體現(xiàn)，讓用戶流暢交流，達(dá)到零距離無(wú)障礙交流。

1 硬件方案

本項(xiàng)目開發(fā)一款多點(diǎn)觸控集語(yǔ)音識(shí)別功能的遙控器，由遙控器主體以及USB Dongle（USB端口接收器）組成，如圖1所示。

主芯片采用應(yīng)用較為成熟的科大訊飛公司的一款主控芯片AP2501RS-A，此芯片是一款高性能的語(yǔ)音處理芯片，用I2C協(xié)議與RF芯片A7125PKG連接通信，實(shí)現(xiàn)無(wú)線音頻傳輸和信號(hào)傳輸，其內(nèi)置高品質(zhì)立體聲DAC輸出和一個(gè)16 bit Sigma-delta型ADC輸入，集成外設(shè)包括WDT，TIMER，GPIO，SPI，UART，I2C，PWM等豐富資源，如圖2所示。

觸控方案采用新思（Synaptics）的105.5 mm×63.5 mm的觸摸板TM-01979-002，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控。觸摸動(dòng)作發(fā)生后，觸摸板主控IC把接收到的觸摸坐標(biāo)信息（絕對(duì)值坐標(biāo)、時(shí)間等信息）進(jìn)行內(nèi)部的信號(hào)編解碼后，采用I2C協(xié)議，傳送到遙控器主控芯片AP2501RS-A。此坐標(biāo)信息通過主控芯片傳輸給2.4 GHz無(wú)線控制芯片A7125PKG進(jìn)行發(fā)射，然后2.4 GHz無(wú)線傳輸Dongle進(jìn)行接收。天線部分采用Airgain的Model M2430LTM，適合于WiFi和ISM頻段的無(wú)線通信。

Dongle接收端的USB接口采用標(biāo)準(zhǔn)的HID（Hu?man Interface Device）及 UAC（User Account Control）協(xié)議，把相應(yīng)信息轉(zhuǎn)給電視機(jī)內(nèi)部處理器作相應(yīng)信息處理，實(shí)現(xiàn)主要的控制及語(yǔ)音功能。多點(diǎn)（如3點(diǎn)）觸摸手勢(shì)信號(hào)、手寫輸入等功能需在電視主機(jī)端軟件進(jìn)行相應(yīng)算法處理。

語(yǔ)音雙向功能：支持無(wú)線雙向語(yǔ)音傳輸，內(nèi)置揚(yáng)聲器和3.5 mm耳機(jī)接口，揚(yáng)聲器輸入的聲音信號(hào)通過匹配電路后進(jìn)入主控IC，進(jìn)行相應(yīng)的聲音信號(hào)處理后，再進(jìn)入2.4 GHz無(wú)線模塊，通過天線傳給Dongle，然后通過USB接口，采用其標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，轉(zhuǎn)給電視機(jī)內(nèi)部處理器作相應(yīng)聲音信息處理。

遙控器還帶有Micro USB充電管理功能，并且有相關(guān)電源指示燈的功能：用雙色LED燈指示組合成3種顏色來(lái)區(qū)分不同的狀態(tài)，即電量不足時(shí)，亮紅燈；充電過程中，綠燈和紅燈一起亮混成橙色；充滿電時(shí)，綠燈亮。此方案采用WILLSEMI的WS4502E芯片作為充電管理IC，通過主控IC的GPIO口來(lái)控制N-MOS電路來(lái)實(shí)現(xiàn)雙色LED燈指示組合。此外，還有專門的開關(guān)機(jī)指示和觸摸、按鍵動(dòng)作指示燈，方便用戶知道當(dāng)前操作是否有效。

主IC中的MCU對(duì)整個(gè)電路的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，接收和發(fā)送各種觸摸和按鍵的信號(hào)，及時(shí)對(duì)音頻和觸摸信號(hào)進(jìn)行切換、調(diào)整等，實(shí)現(xiàn)各種特定功能。

遙控器電源部分采用可拆卸的長(zhǎng)條聚合物鋰電池供電，其自帶過流、過壓保護(hù)電路，預(yù)留過溫保護(hù)檢測(cè)端口。容量為1400 mA·h以上。遙控器設(shè)有一輕觸開關(guān)，可以對(duì)遙控器本身進(jìn)行完全的關(guān)閉和開啟，當(dāng)用戶不用遙控器時(shí)可關(guān)閉遙控器，以減少耗電量，延長(zhǎng)電池一次充電的使用時(shí)間。

待機(jī)/喚醒說(shuō)明：一般狀況下，用戶在10 s內(nèi)不對(duì)遙控器進(jìn)行操作，遙控器進(jìn)入Idle模式，此后用戶可以按任意鍵喚醒遙控器進(jìn)入Active模式。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析及實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 長(zhǎng)條聚合物鋰電池

由于此方案所用的電池為可拆卸的，容量1400 mA·h以上，尺寸為非標(biāo)準(zhǔn)的可充電鋰電，其自帶過流、過壓保護(hù)電路，預(yù)留過溫保護(hù)檢測(cè)端口。目前市面上沒有對(duì)應(yīng)的已經(jīng)量產(chǎn)的產(chǎn)品，在規(guī)格確認(rèn)過程中，要求廠商按照Cy?cle life（充電電池在反復(fù)充放電使用下，電池容量會(huì)逐漸下降到初期容量的60%～80%。）大于500次的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2 多點(diǎn)觸控

目前市場(chǎng)上的觸控多是2點(diǎn)觸控為主，2點(diǎn)觸控已經(jīng)很成熟穩(wěn)定。而5點(diǎn)的手勢(shì)觸控是較新的形式，其不僅需要觸摸板本身對(duì)觸摸點(diǎn)的支持，還需要軟件對(duì)觸摸點(diǎn)有更高的分辨能力、處理能力，故其成本較高，且增加了軟件算法的工作量以及一定的耗電量。

為保證5點(diǎn)觸控手勢(shì)的穩(wěn)定性及可靠性，進(jìn)行兩方面的工作：一是讓觸摸模塊輸出的坐標(biāo)、時(shí)間等信息由遙控器主芯片處理后，再發(fā)送指定的指令值給接收端，接收端傳給電視機(jī)即可；二是觸摸模塊的坐標(biāo)、時(shí)間等信息的數(shù)據(jù)打包直接發(fā)送給接收端，接收端傳給電視機(jī)，再由電視機(jī)自己處理這些信息。同時(shí)可以設(shè)置觸摸板的無(wú)操作進(jìn)入待機(jī)的時(shí)間來(lái)控制耗電量。

2.3 無(wú)線語(yǔ)音傳輸

為了在2.4 GHz的頻段上達(dá)到流暢的語(yǔ)音傳輸，在這個(gè)遙控器上采用了智能型的跳頻技術(shù)，原理是使其在數(shù)個(gè)通道上快速切換，達(dá)到一邊收發(fā)數(shù)據(jù)，一邊偵測(cè)是否有通道受到干擾，一旦受到干擾就自動(dòng)跳到無(wú)干擾通道。

2.4 功耗的管理

功耗對(duì)遙控器而言是非常重要的，在這個(gè)遙控器上采用了一顆高整合度的SoC來(lái)處理所有工作，此SoC內(nèi)置ADC及DAC，搭配周邊線路，其軟件計(jì)算能力可處理遙控器上所有功能，包含RF基頻的控制、語(yǔ)音的壓縮及解壓及與傳感器之間的數(shù)據(jù)溝通。此SoC可依據(jù)遙控器不同的操作模式對(duì)個(gè)別元件的功耗做管理，用到才供電，用不到就不供電。如此一來(lái)，不管在任何操作模式或者是待機(jī)模式都可以達(dá)到最佳省電效果。

2.5 傳感器的整合

每種傳感器都有其不同的特性，拿到數(shù)據(jù)后一般都需經(jīng)軟件計(jì)算處理后才能使用。在此遙控器上因?yàn)橛泄δ軓?qiáng)大的SoC，搭配適合的演算法，便可以將傳感器的功能發(fā)揮到最符合人體使用的境界。

2.6 接收端USB數(shù)據(jù)的處理

如上所述，此遙控器是集眾多功能于一體的多功能遙控器。因此它與PC/TV的通信協(xié)議相比是較復(fù)雜的，對(duì)硬件的要求也較高。在這里采用了USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 HID（Human Interface Device）及 UAC（User Ac?count Control）實(shí)現(xiàn)主要的控制及語(yǔ)音功能，并利用軟件來(lái)控制硬件做切換控制，使得原來(lái)只能做4個(gè)功能的硬件擴(kuò)充到5～6個(gè)功能，如此可增加整個(gè)方案的彈性及相容性。

3 軟件部分功能

3.1 整體概述

觸摸遙控器端的信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換傳給主控IC，主控IC通過2.4 GHz無(wú)線傳輸給電視接收端的USB Don?gle，USB Dongle將信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的USB格式數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)層軟件將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Android系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)事件，應(yīng)用層程序響應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)的事件。

3.2 設(shè)計(jì)概述

接收端的軟件分為驅(qū)動(dòng)層、Framework層和應(yīng)用層。觸摸遙控器上的數(shù)據(jù)經(jīng)RF數(shù)據(jù)傳輸給接收端的USB Dongle，USB Dongle將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的USB數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)層軟件再將標(biāo)準(zhǔn)的USB數(shù)據(jù)解析為標(biāo)準(zhǔn)的Android事件，如按鍵按下、按鍵長(zhǎng)按、按鍵彈起、觸摸屏單點(diǎn)拖曳、觸摸屏多點(diǎn)觸摸等，上層的應(yīng)用軟件響應(yīng)觸發(fā)事件，完成觸摸遙控器的操作流程，如圖3所示。

4 小結(jié)

本文介紹基于多點(diǎn)觸控及語(yǔ)音傳輸?shù)闹悄茈娨曔b控器，通過多點(diǎn)觸控、手寫、語(yǔ)音輸入等強(qiáng)大功能任意切換，以嶄新的創(chuàng)意，巧妙解決了彩電人機(jī)交互的難題和瓶頸。隨著智能電視的普及，如何更好地解決電視的人機(jī)交互必然成為未來(lái)電視的一個(gè)亮點(diǎn)，只有最終解決了智能電視的人機(jī)交互才能使智能電視的推廣更上一個(gè)臺(tái)階。

[1]郭斌，羅少鋒，李小東.基于nRF24L的帶鼠標(biāo)功能的電視遙控器[J].電子產(chǎn)品世界，2011（6）：49-51.

[2]劉曉春，胡東平，張穎.基于ARM9+FPGA方案的電視拼接墻主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2011，35（24）：80-83.

[3]趙偉，林志賢，郭太良，等.智能電視指向性遙控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2012，36（10）：31-34.