基于多点触控及语音传输的智能电视遥控器

2012-06-26罗少锋

电视技术 2012年16期

罗少锋，陈锐

（康佳集团多媒体全球研发中心，广东深圳 518000）

据专业研究机构预测，2012年智能电视市场份额将占据近30%，智能电视对人机交互技术的需求较传统电视高很多[1-2]，传统的遥控器已经不太适合产品互动需求升级的要求。开发一款具有多点触控集语音识别功能的遥控器[3]，使得用户能更好地与电视机互动，是市场迫切的需求。

本文所述方案实现了彩电业界首个多点触控、手写、语音输入等强大功能任意切换，以崭新的创意巧妙解决了彩电人机交互的难题和瓶颈。同步语音识别（语音精灵）真实还原了语音效果，是康佳同步云电视产品硬件与软件技术同步理念的良好体现，让用户流畅交流，达到零距离无障碍交流。

1 硬件方案

本项目开发一款多点触控集语音识别功能的遥控器，由遥控器主体以及USB Dongle（USB端口接收器）组成，如图1所示。

主芯片采用应用较为成熟的科大讯飞公司的一款主控芯片AP2501RS-A，此芯片是一款高性能的语音处理芯片，用I2C协议与RF芯片A7125PKG连接通信，实现无线音频传输和信号传输，其内置高品质立体声DAC输出和一个16 bit Sigma-delta型ADC输入，集成外设包括WDT，TIMER，GPIO，SPI，UART，I2C，PWM等丰富资源，如图2所示。

触控方案采用新思（Synaptics）的105.5 mm×63.5 mm的触摸板TM-01979-002，实现多点触控。触摸动作发生后，触摸板主控IC把接收到的触摸坐标信息（绝对值坐标、时间等信息）进行内部的信号编解码后，采用I2C协议，传送到遥控器主控芯片AP2501RS-A。此坐标信息通过主控芯片传输给2.4 GHz无线控制芯片A7125PKG进行发射，然后2.4 GHz无线传输Dongle进行接收。天线部分采用Airgain的Model M2430LTM，适合于WiFi和ISM频段的无线通信。

Dongle接收端的USB接口采用标准的HID（Hu⁃man Interface Device）及 UAC（User Account Control）协议，把相应信息转给电视机内部处理器作相应信息处理，实现主要的控制及语音功能。多点（如3点）触摸手势信号、手写输入等功能需在电视主机端软件进行相应算法处理。

语音双向功能：支持无线双向语音传输，内置扬声器和3.5 mm耳机接口，扬声器输入的声音信号通过匹配电路后进入主控IC，进行相应的声音信号处理后，再进入2.4 GHz无线模块，通过天线传给Dongle，然后通过USB接口，采用其标准协议，转给电视机内部处理器作相应声音信息处理。

遥控器还带有Micro USB充电管理功能，并且有相关电源指示灯的功能：用双色LED灯指示组合成3种颜色来区分不同的状态，即电量不足时，亮红灯；充电过程中，绿灯和红灯一起亮混成橙色；充满电时，绿灯亮。此方案采用WILLSEMI的WS4502E芯片作为充电管理IC，通过主控IC的GPIO口来控制N-MOS电路来实现双色LED灯指示组合。此外，还有专门的开关机指示和触摸、按键动作指示灯，方便用户知道当前操作是否有效。

主IC中的MCU对整个电路的运行进行监控，接收和发送各种触摸和按键的信号，及时对音频和触摸信号进行切换、调整等，实现各种特定功能。

遥控器电源部分采用可拆卸的长条聚合物锂电池供电，其自带过流、过压保护电路，预留过温保护检测端口。容量为1400 mA·h以上。遥控器设有一轻触开关，可以对遥控器本身进行完全的关闭和开启，当用户不用遥控器时可关闭遥控器，以减少耗电量，延长电池一次充电的使用时间。

待机/唤醒说明：一般状况下，用户在10 s内不对遥控器进行操作，遥控器进入Idle模式，此后用户可以按任意键唤醒遥控器进入Active模式。

2 关键技术分析及实现途径

2.1 长条聚合物锂电池

由于此方案所用的电池为可拆卸的，容量1400 mA·h以上，尺寸为非标准的可充电锂电，其自带过流、过压保护电路，预留过温保护检测端口。目前市面上没有对应的已经量产的产品，在规格确认过程中，要求厂商按照Cy⁃cle life（充电电池在反复充放电使用下，电池容量会逐渐下降到初期容量的60%～80%。）大于500次的标准来设计，充分保证产品的质量。

2.2 多点触控

目前市场上的触控多是2点触控为主，2点触控已经很成熟稳定。而5点的手势触控是较新的形式，其不仅需要触摸板本身对触摸点的支持，还需要软件对触摸点有更高的分辨能力、处理能力，故其成本较高，且增加了软件算法的工作量以及一定的耗电量。

为保证5点触控手势的稳定性及可靠性，进行两方面的工作：一是让触摸模块输出的坐标、时间等信息由遥控器主芯片处理后，再发送指定的指令值给接收端，接收端传给电视机即可；二是触摸模块的坐标、时间等信息的数据打包直接发送给接收端，接收端传给电视机，再由电视机自己处理这些信息。同时可以设置触摸板的无操作进入待机的时间来控制耗电量。

2.3 无线语音传输

为了在2.4 GHz的频段上达到流畅的语音传输，在这个遥控器上采用了智能型的跳频技术，原理是使其在数个通道上快速切换，达到一边收发数据，一边侦测是否有通道受到干扰，一旦受到干扰就自动跳到无干扰通道。

2.4 功耗的管理

功耗对遥控器而言是非常重要的，在这个遥控器上采用了一颗高整合度的SoC来处理所有工作，此SoC内置ADC及DAC，搭配周边线路，其软件计算能力可处理遥控器上所有功能，包含RF基频的控制、语音的压缩及解压及与传感器之间的数据沟通。此SoC可依据遥控器不同的操作模式对个别元件的功耗做管理，用到才供电，用不到就不供电。如此一来，不管在任何操作模式或者是待机模式都可以达到最佳省电效果。

2.5 传感器的整合

每种传感器都有其不同的特性，拿到数据后一般都需经软件计算处理后才能使用。在此遥控器上因为有功能强大的SoC，搭配适合的演算法，便可以将传感器的功能发挥到最符合人体使用的境界。

2.6 接收端USB数据的处理

如上所述，此遥控器是集众多功能于一体的多功能遥控器。因此它与PC/TV的通信协议相比是较复杂的，对硬件的要求也较高。在这里采用了USB标准协议 HID（Human Interface Device）及 UAC（User Ac⁃count Control）实现主要的控制及语音功能，并利用软件来控制硬件做切换控制，使得原来只能做4个功能的硬件扩充到5～6个功能，如此可增加整个方案的弹性及相容性。

3 软件部分功能

3.1 整体概述

触摸遥控器端的信号通过A/D转换传给主控IC，主控IC通过2.4 GHz无线传输给电视接收端的USB Don⁃gle，USB Dongle将信号转换为标准的USB格式数据，驱动层软件将标准数据转化为Android系统的标准触发事件，应用层程序响应这些标准的事件。

3.2 设计概述

接收端的软件分为驱动层、Framework层和应用层。触摸遥控器上的数据经RF数据传输给接收端的USB Dongle，USB Dongle将此数据转换为标准的USB数据，驱动层软件再将标准的USB数据解析为标准的Android事件，如按键按下、按键长按、按键弹起、触摸屏单点拖曳、触摸屏多点触摸等，上层的应用软件响应触发事件，完成触摸遥控器的操作流程，如图3所示。