一種面向語音交互應用的雙屏分體電視系統方案

洪文生 徐遙令 徐小清

摘要：本文提出一種面向語音交互應用的雙屏分體電視系統方案，詳細闡述了系統原理，重點介紹了雙屏分體式設計、AOC光纖傳輸、雙屏雙系統、AI語音交互等關鍵技術。該系統方案設計為分體形態，采用“大屏+ 小屏”顯示、融合AI語音交互，帶來了一種新的超高清電視應用形態，具有良好的人機交互體驗。該方案已應用于超高清電視產品，效果良好。

關鍵詞：語音交互;雙屏;分體;超高清電視

2011年4K超高清電視進入消費市場后得到迅速發展，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舒適智能家居生活[3]的發展趨勢。

本文提出一種面向語音交互應用的雙屏分體電視系統方案，詳細闡述了雙屏分體電視的系統原理，介紹了雙屏分體式設計、AOC（active optical cables）光纖傳輸、雙屏雙系統融合顯示、AI語音交互等關鍵技術。系統采用“分體主機處理+雙屏顯示”設計，系統主機處理音視頻內容及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。

1??? 系統原理

面向語音交互應用的雙屏分體電視系統方案構成如圖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、網絡處理、交互處理、存儲處理、像素編碼及數據編織等部分，雙屏單元包括像素解碼和大屏、數據解析及小屏。

主機接收信號源信號、網絡信號后，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。音頻信號驅動聲音處理模塊使得系統播放聲音，并根據設定的輸出格式，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;進而執行語音指令、獲取交互數據，并按照設定的通訊機制將數據編織成消息通過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線纜傳輸的像素編碼視頻信號后進行像素解碼處理，轉換成驅動信號驅動大屏顯示視頻圖像;小屏部分包括數據解析和小屏，接收AOC線纜傳輸的消息后進行數據解析處理，得到界面信號來刷新小屏顯示界面的內容、呈現交互信息。

在系統方案設計時，主機可以采用傳統TV（電視）SoC（片上系統）方案+android（安卓）系統，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據并顯示交互信息、資源開銷小，可以采用獨立小芯片+輕量化嵌入式系統。“大屏+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，主機可以實現模塊化、便于系統更新升級;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。

2）AOC光纖傳輸技術

電視系統的主機需要向大屏傳輸超高清視頻信號，傳輸的數據量大、距離較遠，采用傳統連接線纜將存在信號輻射、信號衰減等問題，且傳統連接線纜線徑較粗硬度高、影響走線布局和整體美觀。系統采用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換，將TMDS信號轉換成光信號后通過光纖傳輸，在AOC 線纜的發送接口進行光電轉換，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信號轉換成傳統超高清屏VBO（v-by-one）接口的驅動信號。對于低速消息，直接采用傳統銅線進行連接。

3）雙屏雙系統融合顯示技術

在系統邏輯設計上，雙屏分體電視系統由大屏系統和小屏系統組成，大屏系統包含主機和大屏，采用傳統TV SoC方案+android系統，小屏采用獨立芯片+輕量化嵌入式系統形成小屏系統，大屏系統與小屏系統間采用基于IP（互聯網協議）點對點的即時通訊機制來進行消息傳遞。大屏系統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，小屏系統接收語音交互數據信息并顯示。

雙屏雙系統融合顯示技術框圖如圖4。大屏系統的視頻接收模塊獲取到視頻平臺的視頻內容并進行處理，將處理后的視頻內容發送給大屏驅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。此外大屏系統負責AI語音交互處理、生成語音指令并執行，同時數據接收模塊獲取語音交互數據并處理成消息，采用Socket通信方式將消息發送給小屏系統。小屏系統接收到消息后進行處理，獲取交互數據并對交互數據進行UI（用戶接口）屏顯處理，轉換成小屏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。

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，將語音轉換成業務邏輯信息發送給超高清電視。超高清電視接收信息并進行處理，獲取指令并執行操作，以及獲取交互數據，進行語音合成處理后驅動揚聲器發出語音播報。

AI語音交互處理由超高清電視的大屏系統來完成，同時將交互數據發送給小屏系統并在小屏上顯示，實現了AI語音人機交互，語音交互信息可以顯示呈現。

3??? 系統應用

面向語音交互應用的雙屏分體電視系統方案已經在多個超高清電視產品中進行了應用，涵蓋75英寸至98 英寸，包括創維Q80、Q80L、W81Pro等產品系列，產品實現了規模化銷售。

創維82Q80型號電視產品如圖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，

產品造型美觀簡潔;支持AI語音交互，大屏播放視頻、圖片等內容實現沉浸式顯示，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。

4??? 結束語

本文提出一種面向語音交互應用的雙屏分體電視系統方案，闡述了系統的工作原理及雙屏分體式設計、AOC光纖傳輸、雙屏雙系統、AI語音交互等關鍵技術。系統采用“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;采用“大屏+小屏”顯示，大屏播放視頻圖像并負責沉浸式內容的顯示，小屏顯示語音交互信息同時負責交互輔助信息的呈現，兩者融合顯示具有良好的顯示及交互體驗。該方案已應用于創維雙屏分體電視Q80等產品，效果良好，產生了良好經濟社會效益。

參考文獻：

[1]徐遙令.一種8K超高清電視系統設計方案[J].電子產品世界，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.大數據時代的智能家居產品設計研究[D].蕪湖：安徽工程大學，2017.