智能电视的系统设计方案

黄庆敏

(冠捷显示科技(厦门)有限公司创新中心，福建 厦门 361101)

0 引言

在生气勃勃、飞速发展的电视产品领域，智能电视的出现被誉为是彩色电视机出现以来的最大革命。在2011年初的CES展上，全球彩电巨头们纷纷聚焦在智能电视产品上。智能电视的高调亮相彰显了彩电行业的未来主流，智能电视相对原传统电视已不再是单一的收视电子产品，而是在搭载开放性操作系统的基础上，融入高科技人机互动技术，把电视机变为集多功能于一身的智能电子产品。目前，针对智能电视的系统解决方案可分为两种:一种是单芯片方案，即1个芯片里集成了高速CPU、网络控制模块、传统的电视接口模块(如 VGA，YPbPr，HDMI等)，通过1个芯片再辅以一些简易的外围电路就可实现智能电视硬件系统电路的搭建;另一种是双芯片方案，即1个CPU Processor芯片加上一个传统的电视芯片，两芯片之间建立起通信通道并辅以外围简易的电路来实现智能电视硬件系统电路。

1 智能电视的关键特征

智能电视是指在原有传统电视的功能基础上再加上全开放式平台，且搭载了操作系统并可以由用户自行安装和卸载应用软件、游戏等第三方服务商提供的程序，这些程序可以不断对整机电视的功能进行扩充，并可以通过网线、无线网络来实现网上冲浪娱乐等服务。智能电视的核心就在于3个智能化，即智能化操作系统平台、智能化应用商店以及智能化交互。所以现阶段的智能电视除原有传统电视功能特征外，还需具备以下4个新的关健特征:1)具备宽带互联网接入能力和网络通信功能。2)自然的人机交互方式，如语音控制、色彩识别控制、手势控制等，让电视能够通过最简单的方式来最快反馈使用者下达的指令。3)必须支持强大的多媒体功能，可以接收并回放从互联网获得的各种影像、音乐等数据流，让更多的智能服务成为可能。4)可以下载并执行各种专门开发包括游戏等相关的应用程序。支持开放的应用程序商店，允许第三方可以自由开发，通过应用程序商店实现电视功能的可扩展性，同时可以尝试实现新的商业模式，搭建智能的应用程序生态链。5)创新的用户界面，全新的用户体验。

2 智能电视的系统设计

2.1 智能电视的单芯片方案系统

目前，实现智能电视功能的单芯片方案，已开放给电视厂商进行产品开发，比较有代表性的主要有Trident公司的SX5芯片和SiS公司的SiS681芯片。智能电视单芯片方案的一般功能框图如图1所示。

智能电视的单芯片集成了CPU Processor和传统电视处理的两大模块。其中传统电视处理模块经过这些年的发展，各个厂家间的主要技术参数如音视频的编解码能力、信号画质的处理等基本已相差无几。而CPU Processor部分，不同厂商间的参数差别较大。

图1 智能电视单芯片方案的功能框图(截图)

目前，在智能电视芯片上集成的CPU主流厂家有两个，MIPS和ARM。如Trident公司的SX5和SiS公司的SiS681芯片，其内部集成的CPU Processor都是基于MIPS双核来搭建的。其中，SX5内置的处理器最快速度为700 MHz，双核;SiS681内置的处理器最快速度为576 MHz，双核。而另外一些电视芯片厂商如MTK，Panasonic等，也正在或准备推出智能电视单芯片方案，其芯片里集成的CPU Processor是基于ARM系统来搭建的。就目前阶段，采用单芯片系统方案来进行智能电视设计开发主要有如下特点和应用状态:

1)由于采用单芯片设计，其外围电路相对双芯片方案较简单，比较低的PCB空间占用和芯片本身的高集成度决定整个系统方案的成本相对双芯片方案更低。

2)大多数的单芯片设计方案，芯片厂商已在底层对CPU Processor和传统电视处理模块间做了有效整合，已把原传统电视功能做成整机操作系统里的一个应用程序。通过该设计思想设计的智能电视一开机即进入整机的操作系统，客户将根据自己的应用需要在整机操作系统下可同时或单独启动传统电视功能和其他系统下的应用程序。整个系统的功能构架如图2所示。

图2 智能电视单芯片方案的功能构架图

3)目前大多数的单芯片方案集成的微处理器处理速度都不够快，在已向客户开放的单芯片方案里，Trident的双核700 MHz已算是最快的。虽然包括Trident等其他的部分电视芯片厂商已在单芯片方案里集成了基于MIPS双核速度可达1 GHz以上的CPU或ARM双核A9，但它们的芯片暂时并未完全向电视厂商开放。基于此，现阶段采取单芯片方案设计的智能电视将因为处理器处理速度的原因，整机产品在网络应用或其他多媒体娱乐应用程序上的表现较差，即在智能应用方面表现得不够智能。

4)单芯片的智能电视方案虽然很多厂商都在开发，但由于目前单芯片上所集成的处理器性能较差，厂商们都不敢贸然在市场推出单芯片方案的智能电视。很多厂商在现阶段更多的是进行智能电视单芯片方案开发的经验积累和技术培养。从技术不断发展的方向来看，后续的电视芯片厂商们必然会推出具有更佳性能的处理器单芯片智能电视方案，到时整机厂商们将依据现阶段已掌握的开发技术更快地导入产品设计并快速向市场推出其相关产品。

2.2 智能电视的双芯片方案系统

为提高智能电视产品的性能，提升用户在智能方面应用体验，目前有很多电视厂商采用双芯片方案来设计自己的智能电视产品。目前市场上性能较优并适合智能电视应用的微处理器芯片主要有Amlogic的AML8726－M、三星的Orion芯片和Qualcomm的AQ8060芯片，它们的内核结构是基于ARM单核或双核A9来搭建的。双芯片方案的硬件系统连接示意框图如图3所示。

图3 智能电视双芯片方案连接示意框图

在智能电视的双芯片解决方案里，传统电视的接口部分仍然由电视SoC芯片来处理，而智能操作系统、网络和其他应用程序的应用则是通过微处理器来完成。经微处理器操作完成的信号通过HDMI传送至电视芯片，两芯片之间通过UART或I2C等通信协议来进行通信。相对单芯片方案，智能电视的双芯片解决方案有以下特点和应用状态:

1)外围电路相对单芯片方案较复杂，PCB占用空间大，同时由于双芯片双系统导致部分软硬件资源的浪费，因此双芯片方案的成本比较高。

2)由于采用双芯片设计方案，两芯片间还需建立起通信通道，相对单芯片方案的整机产品来说，在系统复杂性增大的同时稳定性方面也会下降。

3)采用双芯片方案的智能电视产品会设置两个相对独立的操作系统，其中一个是为传统电视功能服务的电视操作系统，另一个是为智能相关功能服务的平台操作系统。两系统间只是通过UART或I2C等通信协议建立起简单的通信通道。针对用户操作来说，智能电视开机先进入传统电视功能系统，只是启用传统电视功能时，才开启电视系统;如需启用智能功能，则需同时打开相应的HDMI输入通道并开启智能操作系统。系统的功能构架如图4所示。由于存在双系统，对客户来说，当在使用传统电视功能和智能功能时将有两个不同的用户选单，即使厂家会想办法尽量将两个用户选单的风格设计一致，但仍然会有一些差别。智能电视双芯片方案的功能构架图如图4所示。

图4 智能电视双芯片方案的功能构架图

4)由于采用双芯片设计方案，CPU Processor的芯片可根据目标市场的不同而灵活选用，使得智能电视产品在网络应用或其他应用程序中更易满足目标消费者的需求。同时，由于是双芯片双系统，厂家在开发该智能产品时可选择在已成熟的传统电视平台上加载开发智能功能，将大大缩短整机产品的开发周期，有利于产品快速推向市场。

5)目前市场上的智能电视产品几乎都是采用双芯片系统方案来设计的。并且由于与双芯片方案相当或智能性更高的单芯片方案成熟推出还需一段时间，预计至少在未来的一年时间里，市场上智能电视产品的设计方案仍然会以双芯片系统设计方案为主流。

3 小结

在高速增长的智能电视市场，各大电视厂商的竞争日益激烈，整机系统方案设计将是激烈的竞争环境中能够脱颖而出的关键一环。现阶段智能电视所采取的单芯片设计方案和双芯片方案各有其优缺点。但从一个新产品的初级阶段来说，快速上市及让客户接受新产品的功能应该是重点考虑的问题，这使得双芯片方案在现阶段较具优势。随着新产品技术的不断发展，各电视厂商推出的单芯片方案里集成的微处理器功能将不断加强，同时产品的成本也将成为各大电视厂家的主要压力，此时单芯片设计方案势必会成为后续智能电视设计方案的主流。