安卓電視機芯智能升級的應(yīng)用研究

史立原，譚金蓉

（四川長虹電器股份有限公司 多媒體研發(fā)中心平板顯示技術(shù)研究所，四川 綿陽 621000）

安卓電視機芯智能升級的應(yīng)用研究

史立原，譚金蓉

（四川長虹電器股份有限公司 多媒體研發(fā)中心平板顯示技術(shù)研究所，四川 綿陽 621000）

對比了目前幾種安卓電視智能升級方案，提出了一種在現(xiàn)有電視技術(shù)條件下，通過一個自定義接口完成安卓電視機芯智能升級的方案。該方法具有電視整機機芯升級簡單、便捷、成本低、原有整機利用率高的優(yōu)點。并以50個管腳的自定義接口為例，具體闡述了安卓電視機芯升級的軟件、硬件解決方案。

安卓智能電視；電視機芯升級；自定義接口；HDMI協(xié)議；UART協(xié)議

目前智能電視逐漸進入家庭，而其電視機芯的主芯片SOC更新?lián)Q代速度很快，平均半年到一年就會推出新產(chǎn)品。新產(chǎn)品較老產(chǎn)品在系統(tǒng)配置（包括CPU/ GPU多核數(shù)量、速度、協(xié)處理器架構(gòu)、DDR速度容量、ROM空間大小等）和用戶體驗（包括內(nèi)容、應(yīng)用等）上均有較大提升，而用戶往往會使用一款電視5年甚至10年以上，即使是目前最先進的智能電視，過幾年也不能適應(yīng)新的用戶體驗。

本文對比了目前市場上存在的幾種智能電視機芯升級方式，提出了一種在現(xiàn)有電視技術(shù)條件下，通過一個自定義接口，借助HDMI協(xié)議來完成安卓電視機芯智能升級，該方法具有電視整機機芯升級簡單、便捷、成本低、原有整機利用率高等優(yōu)點。

1 幾種智能電視機芯升級方式比較

現(xiàn)有技術(shù)條件下，如果用戶需要升級電視機芯，或者采用機芯整體更換的方法，此方案必須打開電視機后蓋才能更換，用戶沒有可操作性，必須由專業(yè)人士處理，費用高，加之要匹配原整機各端口和屏參畫質(zhì)，技術(shù)實施難度大；或者采用更換電視的方式，直接淘汰舊電視，浪費極大。

在國外市場上，能見到的機芯智能升級方案為三星公司的智能升級卡，主要采用了芯片定制的方式，將原機芯主芯片SoC各源Decoder輸出到后端Scaler輸入處理路徑上的Video Buffer預(yù)留信號流輸出口，送給新機芯，新機芯進行處理完成后，回傳給Video Buffer，再送給原機芯后端Scaler和DisplayPort部分進行縮放、NR、DI、畫質(zhì)和上屏處理。但使用定制芯片制約因素較多，第一技術(shù)門檻高，第二需要鎖定極大的訂單數(shù)量，第三開發(fā)周期長，從而導(dǎo)致在國內(nèi)的技術(shù)條件下，實施可能性極低。

在國內(nèi)品牌電視廠家中，未見有廠家提供機芯智能升級的產(chǎn)品或系統(tǒng)解決辦法。另一方面，市場上大量存在各種智能盒子，可當(dāng)作電視整機的信號源，用來支持用戶的智能體驗。采用此種方式提升智能體驗時，只要更換智能盒子即可，但是用戶需要操作兩個遙控器，同時，兩套UI之間風(fēng)格迥異，造成用戶使用時的諸多不便。

本文綜合利用現(xiàn)有電視機芯已有技術(shù)，結(jié)合外接盒子的優(yōu)點，提出機芯升級的系統(tǒng)解決辦法。新機芯可采用模塊形式進行銷售使用，用戶只需通過購買匹配的新機芯模塊，接入預(yù)留有本文描述的自定義升級接口電視機，系統(tǒng)軟件檢測到模塊插入后，軟件自動實現(xiàn)匹配以及合并工作，即可完成電視機芯的系統(tǒng)升級，升級方式簡單、便捷、成本低，升級完成后，UI風(fēng)格統(tǒng)一，用戶只需使用一個遙控器即可完成各項操作。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文是一種在電視機芯現(xiàn)有技術(shù)條件下，通過在舊機芯上預(yù)留自定義升級接口，將新機芯處理后的音視頻信號通過HDMI通道傳遞給舊機芯，軟件管理上通過新機芯模塊插入檢測及UART通信協(xié)議來系統(tǒng)配置新機芯在舊機芯上的合并工作，完成各端口的信號處理并上屏顯示。該自定義升級接口包含音視頻傳輸通道、通信通道、USB通道及供電通道，詳細(xì)定義見后續(xù)說明。

本文介紹的智能升級方案具體電路實現(xiàn)方案見圖1。

圖1 電路設(shè)計框圖

2.1 自定義升級接口

本文定義的智能升級接口，詳細(xì)定義見表1。

表1 智能升級接口的電氣連接關(guān)系定義

定義說明如下：

1）HDMI信號傳輸接口：主要用于新機芯按照HDMI信號協(xié)議[1]，將新機芯處理后的音視頻信號傳遞給舊機芯進行顯示。本方案采用HDMI協(xié)議的優(yōu)勢是音視頻可以同時無損傳輸。

2）UART通信接口：使用UART通信協(xié)議完成新機芯與舊機芯之間的溝通管理、完成相互配置合并工作。

3）GPIO信號接口：主要實現(xiàn)新機芯模塊插入的自動檢測，以及預(yù)留特殊情況下的控制使用。

4）新機芯供電接口：舊機芯提供12 V單路輸入電源給新機芯，新機芯模塊內(nèi)部所需的供電電壓以及上電時序由新機芯模塊自己控制。

5）USB信號接口：主要用于舊機芯上原有的WiFi信號、RF遙控信號、USB2.0信號傳輸給新機芯。

6）智能升級接口基本定義的管腳數(shù)量為50針。

2.2 系統(tǒng)實施方案

下文結(jié)合圖1，進行系統(tǒng)實施方案的詳細(xì)說明。1）本文定義的智能升級接口包含匹配的插頭和插座，分別位于新機芯和舊機芯，該板間連接器需保證新舊機芯的可靠連接。

2）舊機芯預(yù)留1路HDMI通道連接至智能升級接口。

3）新舊機芯的遙控信號連接：目前中高端智能電視均采用RF射頻遙控，接收到RF遙控信號時，數(shù)據(jù)通過USB切換開關(guān)送入新機芯的主芯片處理。

4）新舊機芯的上網(wǎng)信號物理連接：目前中高端智能電視均采用內(nèi)置WiFi模塊方式，原整機上的WiFi信號通過USB切換開關(guān)送入新機芯的主芯片處理。

5）舊機芯的端口使用配置：新機芯軟件將對舊機芯所有端口信號源統(tǒng)一進行管控，原整機保留電視基本功能的端口，包括ATV/DTV，AVIN/AVOUT，YPBPR，VGA和HDMI，舊機芯的USB端口通過USB切換開關(guān)，將信號傳遞給新機芯使用。

6）新機芯為提升用戶系統(tǒng)升級后對新功能的體驗，可增加如下端口：

（1）USB2.0接口，可用于后續(xù)新的智能周邊設(shè)備的應(yīng)用或USB有線網(wǎng)卡；

（2）USB3.0接口，可用于升級用戶4K、2K視頻播放，H.265等新技術(shù)的體驗；

（3）HDMI接口，可適應(yīng)新的HDMI2.0標(biāo)準(zhǔn)以及后續(xù)升級的標(biāo)準(zhǔn)，目前已大量使用的是HDMI 1.4[1]標(biāo)準(zhǔn)。

7）舊機芯的軟件通過周期性讀取智能升級接口上的智能卡檢測口MODULE_DET，如果MOD?ULE_DET口電平為預(yù)設(shè)的模塊接入電平，則表示新機芯已接入，并將舊機芯中預(yù)設(shè)的約定文件功能標(biāo)志位進行狀態(tài)更新。

8）功能標(biāo)志1用于管控舊機芯的網(wǎng)絡(luò)升級以及新機芯的網(wǎng)絡(luò)升級功能，如標(biāo)志1為非真時，表明未插入新機芯模塊，舊機芯支持由廠家推送的網(wǎng)絡(luò)升級功能；標(biāo)志1為真時，表明已插入新機芯模塊，則屏蔽掉舊機芯的網(wǎng)絡(luò)升級功能，僅支持新機芯的網(wǎng)絡(luò)升級功能。

9）功能標(biāo)志2用于UI菜單控制，如標(biāo)志2為真時，則屏蔽舊機芯的主場景及MMP，啟動新機芯的主場景及MMP，此時所有的遙控相關(guān)按鍵（開關(guān)機鍵、信號源切換鍵、音量加減鍵等除外）均傳到新機芯中處理，舊機芯接收到鍵后過濾掉不處理。

10）功能標(biāo)志3用于管控舊機芯與新機芯之間的功能互斥，標(biāo)志3表明如接收到需執(zhí)行的功能是舊機芯和新機芯都可以執(zhí)行的功能，如果標(biāo)志3為真時，則使用新機芯執(zhí)行相應(yīng)功能；如果標(biāo)志3為非真時，則使用舊機芯執(zhí)行相應(yīng)功能。

11）原整機聲音處理部分沿用原整機的聲音信號處理及輸出。

3 系統(tǒng)設(shè)計的實施可行性說明

1）目前電視整機均帶有2～3個HDMI接口，因此從主芯片預(yù)留1個HDMI通道連接至智能升級接口，機芯方案設(shè)計時即可預(yù)留，對于用戶也沒有影響。

2）自定義升級接口，包含的管腳數(shù)量較多，需要插拔有力、接觸可靠，其中包含的傳遞USB數(shù)據(jù)格式信號以及滿足HDMI數(shù)據(jù)傳輸[2]電氣特性管腳，均需要滿足相對應(yīng)的技術(shù)協(xié)議要求，目前已有大量使用的經(jīng)驗，屬于成熟經(jīng)驗推廣使用。自定義升級的物理接口，目前國際的接插件大廠均有類似可滿足要求的產(chǎn)品。

3）用于新舊機芯間的軟件系統(tǒng)通信可以按照UART協(xié)議進行（見表2），目前使用UART協(xié)議在模塊間進行通信的經(jīng)驗豐富，可以滿足本文的新、舊機芯之間的通信需求。

數(shù)據(jù)幀說明如下：

（1）幀開始符低字節(jié)：0x55；

（2）幀開始符高字節(jié)：0xAA；

（3）命令字：通過解析命令字，更改參數(shù)數(shù)據(jù)；

（4）數(shù)據(jù)域長度：根據(jù)不同的命令字，有不同的數(shù)據(jù)域長度；

（5）數(shù)據(jù)域：命令字匹配的數(shù)據(jù)參數(shù)；

（6）校驗碼：從命令字到數(shù)據(jù)域的所有字節(jié)和，取最低的8位。

表2 UART通信協(xié)議

4）接入新機芯后，原整機USB數(shù)據(jù)傳輸給新機芯中用到的USB信號切換開關(guān)，可以選用Microchip公司的USB3740[3]，進行二選一的USB通道信號切換。其優(yōu)勢是帶寬達到1 Gbit/s，這樣可以保證USB2.0的信號和眼圖的質(zhì)量，防止傳輸?shù)臅r候數(shù)據(jù)包錯誤。另外ESD級別也比較高，達到±15 kV。

5）新機芯的電源供電，由原整機的電源模塊進行功率預(yù)留，連接至舊機芯的智能升級接口，提供給新機芯使用，升級端口處的供電控制開關(guān)可通過GPIO口控制。

6）根據(jù)本文提供的方案，新機芯采用模塊方式，盡量兼顧美觀與便攜，不阻擋原整機各端口信號線的插拔。圖2為模塊安裝示意圖，將新機芯插入舊機芯的自定義升級接口，進行可靠連接，安裝完成后的狀態(tài)，如圖3所示。模塊安裝完畢，對整機通電開機，系統(tǒng)檢測到模塊接入后，軟件自動升級，完成新、舊機芯的系統(tǒng)匹配和合并工作，升級完成后，用戶就可體驗新機芯支持的各種新技術(shù)。

圖2 模塊安裝示意圖（截圖）

圖3 模塊安裝完成后示意圖（截圖）

4 小結(jié)

本文針對目前電視整機性能更新?lián)Q代快，而一般家庭對電視整機的淘汰率低，為了滿足部分用戶對新技術(shù)的追求、新功能的體驗，對比了幾種智能升級方案。為了使電視機芯升級變得更為友好，原有整機利用率高，提出了在現(xiàn)有技術(shù)條件下的安卓電視機芯智能升級的系統(tǒng)解決方案，操作性強。

另需說明的是，機芯升級后，某些受原有整機硬件配置的限制，也無法實現(xiàn)新機芯的部分操作功能，如原配整機上沒有麥克風(fēng)陣列和攝像頭，即使升級新機芯后，也不能實現(xiàn)手勢控制、遠(yuǎn)距離拾音、人機直接對話等功能。

[1] HDMI Specification. High-definition multimedia interface specification version 1.4[S].2009.

[2] 黃慶敏，羅鍵.HDMI接口標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用設(shè)計[J].電視技術(shù)，2007，31（2）：32-34.

[3] 美國微芯公司.USB3740數(shù)據(jù)手冊（DS21144D）[M].[S.l.]：美國微芯公司，2012.

Research on Smart Upgrade of Android TV Board

SHI Liyuan,TAN Jinrong
（Changhong Multimedia FPD TV Technical Research Institue,Sichuan Changhong Electric Co.,Ltd.,Sichuan Mianyang 621000,China）

By comparison of several existing methods of android TV smart upgrade,a method which completes the smart upgrade of Android TV board through a custom interface based on the prior TV chasis is proposed in this paper.The advantages of this method are simple,convenient,low cost,high utilization and so on.The solution of upgrading software and hardware of Android TV board with a example of 50-pin custom interface is introduced.

Android smart TV;TV board upgrade;custom interface;HDMI specification;UART specification

TN949.16

B

?? 京

2013-11-15

【本文獻信息】史立原，譚金蓉.安卓電視機芯智能升級的應(yīng)用研究[J].電視技術(shù)，2014，38（6）.