史立原，譚金蓉

（四川長(zhǎng)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(jī)芯智能升級(jí)的應(yīng)用研究

史立原，譚金蓉

（四川長(zhǎng)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(duì)比了目前幾種安卓電視智能升級(jí)方案，提出了一種在現(xiàn)有電視技術(shù)條件下，通過一個(gè)自定義接口完成安卓電視機(jī)芯智能升級(jí)的方案。該方法具有電視整機(jī)機(jī)芯升級(jí)簡(jiǎn)單、便捷、成本低、原有整機(jī)利用率高的優(yōu)點(diǎn)。并以50個(gè)管腳的自定義接口為例，具體闡述了安卓電視機(jī)芯升級(jí)的軟件、硬件解決方案。

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

目前智能電視逐漸進(jìn)入家庭，而其電視機(jī)芯的主芯片SOC更新?lián)Q代速度很快，平均半年到一年就會(huì)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(yàn)（包括內(nèi)容、應(yīng)用等）上均有較大提升，而用戶往往會(huì)使用一款電視5年甚至10年以上，即使是目前最先進(jìn)的智能電視，過幾年也不能適應(yīng)新的用戶體驗(yàn)。

本文對(duì)比了目前市場(chǎng)上存在的幾種智能電視機(jī)芯升級(jí)方式，提出了一種在現(xiàn)有電視技術(shù)條件下，通過一個(gè)自定義接口，借助HDMI協(xié)議來完成安卓電視機(jī)芯智能升級(jí)，該方法具有電視整機(jī)機(jī)芯升級(jí)簡(jiǎn)單、便捷、成本低、原有整機(jī)利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

1 幾種智能電視機(jī)芯升級(jí)方式比較

現(xiàn)有技術(shù)條件下，如果用戶需要升級(jí)電視機(jī)芯，或者采用機(jī)芯整體更換的方法，此方案必須打開電視機(jī)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(fèi)用高，加之要匹配原整機(jī)各端口和屏參畫質(zhì)，技術(shù)實(shí)施難度大；或者采用更換電視的方式，直接淘汰舊電視，浪費(fèi)極大。

在國(guó)外市場(chǎng)上，能見到的機(jī)芯智能升級(jí)方案為三星公司的智能升級(jí)卡，主要采用了芯片定制的方式，將原機(jī)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(hào)流輸出口，送給新機(jī)芯，新機(jī)芯進(jìn)行處理完成后，回傳給Video Buffer，再送給原機(jī)芯后端Scaler和DisplayPort部分進(jìn)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(zhǎng)，從而導(dǎo)致在國(guó)內(nèi)的技術(shù)條件下，實(shí)施可能性極低。

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

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

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文是一種在電視機(jī)芯現(xiàn)有技術(shù)條件下，通過在舊機(jī)芯上預(yù)留自定義升級(jí)接口，將新機(jī)芯處理后的音視頻信號(hào)通過HDMI通道傳遞給舊機(jī)芯，軟件管理上通過新機(jī)芯模塊插入檢測(cè)及UART通信協(xié)議來系統(tǒng)配置新機(jī)芯在舊機(jī)芯上的合并工作，完成各端口的信號(hào)處理并上屏顯示。該自定義升級(jí)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(jí)方案具體電路實(shí)現(xiàn)方案見圖1。

圖1 電路設(shè)計(jì)框圖

2.1 自定義升級(jí)接口

本文定義的智能升級(jí)接口，詳細(xì)定義見表1。

表1 智能升級(jí)接口的電氣連接關(guān)系定義

定義說明如下：

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

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

3）GPIO信號(hào)接口：主要實(shí)現(xiàn)新機(jī)芯模塊插入的自動(dòng)檢測(cè)，以及預(yù)留特殊情況下的控制使用。

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

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

6）智能升級(jí)接口基本定義的管腳數(shù)量為50針。

2.2 系統(tǒng)實(shí)施方案

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

2）舊機(jī)芯預(yù)留1路HDMI通道連接至智能升級(jí)接口。

3）新舊機(jī)芯的遙控信號(hào)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(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)通過USB切換開關(guān)送入新機(jī)芯的主芯片處理。

4）新舊機(jī)芯的上網(wǎng)信號(hào)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(jī)上的WiFi信號(hào)通過USB切換開關(guān)送入新機(jī)芯的主芯片處理。

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

6）新機(jī)芯為提升用戶系統(tǒng)升級(jí)后對(duì)新功能的體驗(yàn)，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(jí)用戶4K、2K視頻播放，H.265等新技術(shù)的體驗(yàn)；

（3）HDMI接口，可適應(yīng)新的HDMI2.0標(biāo)準(zhǔn)以及后續(xù)升級(jí)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(jī)芯的軟件通過周期性讀取智能升級(jí)接口上的智能卡檢測(cè)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(jī)芯已接入，并將舊機(jī)芯中預(yù)設(shè)的約定文件功能標(biāo)志位進(jìn)行狀態(tài)更新。

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

9）功能標(biāo)志2用于UI菜單控制，如標(biāo)志2為真時(shí)，則屏蔽舊機(jī)芯的主場(chǎng)景及MMP，啟動(dòng)新機(jī)芯的主場(chǎng)景及MMP，此時(shí)所有的遙控相關(guān)按鍵（開關(guān)機(jī)鍵、信號(hào)源切換鍵、音量加減鍵等除外）均傳到新機(jī)芯中處理，舊機(jī)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(jī)芯與新機(jī)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(jī)芯和新機(jī)芯都可以執(zhí)行的功能，如果標(biāo)志3為真時(shí)，則使用新機(jī)芯執(zhí)行相應(yīng)功能；如果標(biāo)志3為非真時(shí)，則使用舊機(jī)芯執(zhí)行相應(yīng)功能。

11）原整機(jī)聲音處理部分沿用原整機(jī)的聲音信號(hào)處理及輸出。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)施可行性說明

1）目前電視整機(jī)均帶有2～3個(gè)HDMI接口，因此從主芯片預(yù)留1個(gè)HDMI通道連接至智能升級(jí)接口，機(jī)芯方案設(shè)計(jì)時(shí)即可預(yù)留，對(duì)于用戶也沒有影響。

2）自定義升級(jí)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(hào)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(duì)應(yīng)的技術(shù)協(xié)議要求，目前已有大量使用的經(jīng)驗(yàn)，屬于成熟經(jīng)驗(yàn)推廣使用。自定義升級(jí)的物理接口，目前國(guó)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(jī)芯間的軟件系統(tǒng)通信可以按照UART協(xié)議進(jìn)行（見表2），目前使用UART協(xié)議在模塊間進(jìn)行通信的經(jīng)驗(yàn)豐富，可以滿足本文的新、舊機(jī)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(zhǎng)度：根據(jù)不同的命令字，有不同的數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度；

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

（6）校驗(yàn)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(jī)芯后，原整機(jī)USB數(shù)據(jù)傳輸給新機(jī)芯中用到的USB信號(hào)切換開關(guān)，可以選用Microchip公司的USB3740[3]，進(jìn)行二選一的USB通道信號(hào)切換。其優(yōu)勢(shì)是帶寬達(dá)到1 Gbit/s，這樣可以保證USB2.0的信號(hào)和眼圖的質(zhì)量，防止傳輸?shù)臅r(shí)候數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤。另外ESD級(jí)別也比較高，達(dá)到±15 kV。

5）新機(jī)芯的電源供電，由原整機(jī)的電源模塊進(jìn)行功率預(yù)留，連接至舊機(jī)芯的智能升級(jí)接口，提供給新機(jī)芯使用，升級(jí)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(jī)芯采用模塊方式，盡量兼顧美觀與便攜，不阻擋原整機(jī)各端口信號(hào)線的插拔。圖2為模塊安裝示意圖，將新機(jī)芯插入舊機(jī)芯的自定義升級(jí)接口，進(jìn)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(duì)整機(jī)通電開機(jī)，系統(tǒng)檢測(cè)到模塊接入后，軟件自動(dòng)升級(jí)，完成新、舊機(jī)芯的系統(tǒng)匹配和合并工作，升級(jí)完成后，用戶就可體驗(yàn)新機(jī)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(duì)目前電視整機(jī)性能更新?lián)Q代快，而一般家庭對(duì)電視整機(jī)的淘汰率低，為了滿足部分用戶對(duì)新技術(shù)的追求、新功能的體驗(yàn)，對(duì)比了幾種智能升級(jí)方案。為了使電視機(jī)芯升級(jí)變得更為友好，原有整機(jī)利用率高，提出了在現(xiàn)有技術(shù)條件下的安卓電視機(jī)芯智能升級(jí)的系統(tǒng)解決方案，操作性強(qiáng)。

另需說明的是，機(jī)芯升級(jí)后，某些受原有整機(jī)硬件配置的限制，也無法實(shí)現(xiàn)新機(jī)芯的部分操作功能，如原配整機(jī)上沒有麥克風(fēng)陣列和攝像頭，即使升級(jí)新機(jī)芯后，也不能實(shí)現(xiàn)手勢(shì)控制、遠(yuǎn)距離拾音、人機(jī)直接對(duì)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(jì)[J].電視技術(shù)，2007，31（2）：32-34.

[3] 美國(guó)微芯公司.USB3740數(shù)據(jù)手冊(cè)（DS21144D）[M].[S.l.]：美國(guó)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(xiàn)信息】史立原，譚金蓉.安卓電視機(jī)芯智能升級(jí)的應(yīng)用研究[J].電視技術(shù)，2014，38（6）.