浅谈基于色控技术的电视氛围灯方案

汪金辉　关耀枢

关键词：LED氛围灯；RGB；FPGA；HDMI；IOT

氛围灯从名词上解释又称为LED 氛围灯，是一种主要用于主题公园、酒店、家居、艺术照明中为人们需求创造氛围的LED 灯，氛围模式可以根据场景需要通过调整LED 灯的颜色、亮度、频率来实现。电视氛围灯目前基本上都是将氛围灯灯带通过双面胶贴在电视后壳上，通过墙面反射的形式呈现给人们一种视觉上的享受。本文就现有电视的色控氛围灯方案进行探讨，对比现有技术以及应用方案的优劣势，以便后续选择最佳的氛围灯方案。

1 电视色控氛围灯现有技术方案

1.1 HDMI输入源端处理技术

现在很多电视都是接机顶盒/OTT 盒子， 通过HDMI 接口进行显示，因此方案一是在HDMI 信号输入端进行信号处理。整体系统框图如图1所示。

1.1.1 HDMI环出设计

考虑到现有电视都已经是4K 分辨率，因此需要HDMI 环出IC 选型能够支持HDMI2.0 输入输出， 可以选型龙迅LT86102UX 或者同等规格的芯片方案，该芯片接收到信源端（机顶盒/OTT盒子/ 其他视频源）输出的HDMI2.0 信号，转换成两路未降低信号质量的同步的HDMI2.0 信号，其中一路旁路到电视端，另外一路给到后端的FPGA 进行视频数据处理。

1.1.2 FPGA视频数据处理

FPGA 的作用主要是把HDMI 信号中的颜色亮度等信息提取出来，经过算法处理后生成灯带需求的色彩信息，然后通过串口或者SPI 等接口发送到后端IOT 模组FPGA 的选型可根据实际需求选型，例如灯分区数，延时需求，输入输出接口需求等。以XILINX FPGA 芯片xc6slx16 为例，能够提供200 多分区的颜色数据，每个分区提供一个3 字节的RGB 数据，分区刷新率≥30 fps。因为HDMI2.0 最高规格支持4k 60 Hz，因此必须要保证分区颜色数据刷新率，才能从视觉效果上看氛围灯的颜色与电视视频播放的颜色同步。简单的分区方案如下图2 所示，假如最后LED 灯带分区是按照16：9的分区设定，即上下各16 区，左右各9 区，也就是需要50 区的数据，这50 区的数据根据算法处理不同可能需要FPGA 对图像边缘的将近200 多分区的颜色信息进行计算得到。另外，因为常规的氛围灯开启在观影中效果较好，而大部分影片是21：9 的，自带上下黑边，因此FPGA 算法中还要能够支持去黑边算法。

1.1.3 IOT模组控制

IOT 模组接收到前端FPGA 给过来的灯控信息后，通过SPI 数据接口输出，通过转换芯片后通过USB 接口接到外部灯带，从其控制外部灯带。另外输入输出信号的侦测、FPGA 工作模式的控制燈功能均由IOT 模组完成。IOT 模组的另外一个功能是能够实现手机/PAD 等移动端APP 来控制，增加娱乐功能，例如自定义灯带颜色，根据手机音乐律动变化，设置LED 灯带关闭或者开启等等。

以上是从HDMI 输入源端信号进行处理，从而实现LED 高精度氛围灯控制的方案。

1.2 SOC软处理技术

SOC 软处理技术，是指利用电视本身SOC 处理能力，通过内置APK 等方式，将要显示的图像信息在CPU 中进行颜色分区处理，并将处理后的数据信息通过IOT 模组给到氛围灯条，与HDMI 输入源端处理技术相比，这个主要是要占用CPU 资源，软件需要集成适配，对于电视本身SOC 的性能要求较高，此种方式下IOT 模组可作为配件内置于电视机内部。系统框图如图3 所示。

1.3 摄像头拍摄图像处理技术

摄像头处理技术，是指利用摄像头进行拍摄电视显示画面，然后把摄像头的拍摄画面信息以MIPI 数据给到FPGA，FPGA 处理完成后同样通过IOT 模组控制氛围灯灯条，该方案中需要考虑摄像头的摆放位置以及FPGA 的选型。系统框图如下图4 所示。

2 各方案优劣性比较

针对上述3 种方案，从成熟度、成本、兼容性、用户体验、适配便捷性、安装便捷性等方面进行对比，其中成熟度是指当前市场方案中是否有相关产品已经批量产出，兼容性是指是否方案是否兼容各种信源输入场景，用户体验主要从氛围灯与显示画面的延迟时间来判定，适配便捷性是指是否需要电视主控SOC 适配，安装便捷性是指是否对安装方式、走线有特定要求，如表1 所示。

3 结束语

有别于传统的声控氛围灯，色控氛围灯可以自然扩展图像显示效果，因此在电视上的应用前景更加广阔。本文中针对现有的色控氛围灯的几个技术方案进行了简要分析以及对比，鉴于现有的电视市场庞大，电视方案参差不齐，因此较难抉择孰优孰劣，各家电视厂商以及智能家居方案商可自行选择技术方案，相信不同的创新方案一定能够带来不一样的体验效果。