基于ANDROID4.X觸摸功能的智能電視電腦一體機(jī)方案

引言

當(dāng)前市場上實(shí)現(xiàn)電視電腦一體機(jī)解決方案主要有兩種方法：第一種方法是在現(xiàn)有的電視電路的基礎(chǔ)上增加數(shù)字解碼電路，然后外加PC主板方案。這類方案在前幾年被廣泛采用，它主要是電視、電腦兩機(jī)的簡單組合，集成度低、成本較高。第二種是專用單芯片方案，這是目前智能云電視的主流方法。它主要采用的是性能較差的嵌入式主控板，從而實(shí)現(xiàn)了智能云電視的上網(wǎng)功能，但芯片性能低，主控板電路較簡單，性能較差，故對PC功能的支持有限，完成不了PC機(jī)的正常工作，且成本較高，后期開發(fā)難度較大。本文提出第三種方法是智能電視電腦一體化方案，它通過改造傳統(tǒng)的PC主板來解決。由于PC主板功能強(qiáng)大，性能較高，而且其功能靈活多變,容易通過USB接口接入觸摸屏，并通過觸摸屏輸入解決了傻瓜用戶不能使用鍵盤的苦惱，簡單化用戶的使用，是智能電腦電視一體機(jī)的傻瓜化應(yīng)用，并支持語音輸入與輸出，能滿足未來家庭數(shù)字化需求，智能電視云化的物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用。

1觸摸屏電視電腦一體機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法

本方案是在PC主板上增加模擬信號的接收和解碼，以及數(shù)字信號的接收和解碼電路，讓電視信號可以輸入PC主板,從而實(shí)現(xiàn)智能云電視功能，并通過PC主板上的USB3.0接口接入觸摸屏，最終實(shí)現(xiàn)帶觸摸功能的電視電腦一體機(jī)，并支持傳統(tǒng)的鍵盤鼠標(biāo)輸入操作，同時也支持麥克風(fēng)輸入與音箱輸出。圖1所示是帶有觸摸屏輸入功能的電視電腦一體機(jī)的電路框圖。

首先，本系統(tǒng)在PC主板上增加模擬電路，用于實(shí)現(xiàn)模擬電視信號的接收。射頻模擬電視信號通過一體化調(diào)諧器（高頻頭）接收，解調(diào)后輸出視頻信號，再送給主板上的模擬解碼芯片。同時，AV輸入的模擬視頻信號或者S-VIDEO輸入的模擬視頻信號也輸入到主板上的此解碼芯片。主板上的此模擬解碼芯片的作用是把各類模擬信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后再經(jīng)過數(shù)字處理、解碼，最后輸出格式為ITU656或ITU601的數(shù)字信號。

圖1  帶有觸摸屏輸入功能的電視電腦一體機(jī)電路框圖

其次，在PC主板上增加數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號的接收。讓PC主板接收數(shù)字電視信號比接收模擬信號并完成信號調(diào)制和解調(diào)相對復(fù)雜些，主板的數(shù)字電路通過高頻頭（調(diào)諧器）接收射頻數(shù)字電視信號并完成信道解碼后輸出串行的TS流。由于數(shù)字電視信號通常是加密的信號，這時還需對TS流進(jìn)行解密操作。經(jīng)過解密的TS流最后送給芯片組，由此芯片組完成MPEG2信源解碼。經(jīng)芯片組動態(tài)降噪、去隔行處理、格式變換、圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)等處理操作后，標(biāo)清和高清的電視信號被轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式（如1920X1080P/60Hz）的LVDS信號，并送給LCD顯示屏，完成電視信號的輸出，從而實(shí)現(xiàn)電視功能。由于PC主板接口較豐富，USB接口較多，且支持最新的USB3.0接口，因此可以外接觸摸屏，完成觸摸功能的輸入操作，這也可以取代傳統(tǒng)的鍵盤與鼠標(biāo)操作。另外，此主板還帶有音頻輸入輸出接口，可以完成聲音的輸入與輸出,此主板還支持目前四核的威盛處理器，支持最新的DDR3內(nèi)存。與傳統(tǒng)的嵌入式主板相比，此主板功能強(qiáng)大，不僅可以裝入嵌入式操作系統(tǒng)WINCE或LINUX，也可以支持最新的WIN8與ANDROID系統(tǒng)。內(nèi)帶2個SATA接口可以接硬盤和光驅(qū)，其余的USB3.0接口，讓U盤安裝ANDROID等系統(tǒng)成為可能，且USB3.0的速度較USB2.0提高速度十倍以上。2個內(nèi)帶的PS/2接口可以支持傳統(tǒng)的鍵盤與鼠標(biāo)輸入。

2系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

2.1主板集成的主要器件選擇

由于觸摸輸入的電視電腦一體機(jī)市場前景較好，許多IT廠商（例如聯(lián)想）都在從傳統(tǒng)的IT領(lǐng)域進(jìn)軍家電領(lǐng)域，許多家電企業(yè)如海爾也努力進(jìn)入IT領(lǐng)域，因此電腦電視觸摸屏的結(jié)合的一體機(jī)產(chǎn)品成為了各大巨頭重要的競爭場所。Intel、AMD和VIA等更是不甘落后，相繼推出適合嵌入式應(yīng)用的高集成度、低功耗CPU和芯片組，甚至有的把CPU（1GHz以上）、南橋、北橋及其他接口集成在一起。本主板集成選用

GHz威盛QuadCore-E四核E系列處理器或1.0GHz威盛EdenX2處理器及最新的威盛VX11H媒體系統(tǒng)芯片組，為微型化系統(tǒng)提供出色的計(jì)算性能。該系列屬于X86體系，可運(yùn)行WINDOWS8和ANDROID4.X嵌入式操作系統(tǒng)。從系統(tǒng)框圖中可以看出，在PC主板的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字高清電視高頻頭和信道解碼部分電路以及模擬信號高頻頭和標(biāo)清信號的解碼電路，從而完成模擬電視與數(shù)字電視的接收功能，并通過USB3.0接口連接觸摸屏，實(shí)現(xiàn)觸摸輸入取代傳統(tǒng)的鍵盤與鼠標(biāo)輸入。通過PC主板自帶的語音輸入輸出口完成語音的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)交流。采用最新的威盛EPIA-M920Mini-ITX主板不僅節(jié)約了研發(fā)成本，減少了一體機(jī)的體積,還降低了功率，減少了發(fā)熱量。

PC主板上的CPU選取

威盛QuadCoreE系列處理器集成4個高性能64位核心，為嵌入式電視電腦一體機(jī)提供低功耗、高性能的多任務(wù)處理和出色的多媒體性能，四核64位最新處理器讓電視電腦一體機(jī)運(yùn)行速度更快。威盛QuadCoreE系列處理器采用低功耗、高性能的多核架構(gòu)，可提供出色的多線程支持，實(shí)現(xiàn)低功耗的多任務(wù)執(zhí)行、多媒體回放、高運(yùn)算能力及互聯(lián)網(wǎng)瀏覽。威盛QuadCoreE系列處理器支持分布式處理，容易實(shí)現(xiàn)在各種多屏顯示環(huán)境中的應(yīng)用。威盛QuadCoreE系列處理器支持64位操作系統(tǒng)，還具有自適應(yīng)超頻，擁有4MB二級高速緩存及1066MHzV4總線等一系列性能。其低功耗設(shè)計(jì)在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，如主頻為1.0+GHz的威盛QuadCoreE系列處理器（超低功耗版本）熱設(shè)計(jì)功耗在無風(fēng)扇配置下運(yùn)行功率僅為18W。此外，威盛QuadCoreE系列處理器還支持虛擬化技術(shù)，可在虛擬環(huán)境中運(yùn)行相關(guān)軟件和應(yīng)用，并對自身性能毫無影響。威盛QuadCoreE系列處理器采用威盛PadLock先進(jìn)譯碼引擎，提供全球最快的AES加密，并實(shí)現(xiàn)了基于硬件的運(yùn)行數(shù)據(jù)加密，是運(yùn)行數(shù)據(jù)的內(nèi)容保護(hù)和系統(tǒng)安全的重要工具。威盛QuadCoreE系列處理器提供主頻為1.0+GHz、1.2+GHz、1.46+GHz的三種型號產(chǎn)品，它采用最新的40nm制程工藝生產(chǎn)，21mmX21mm威盛NanoBGA2封裝，其核心尺寸僅為11mmX6mm，可與威盛C7、威盛Eden、威盛NanoX2處理器系列及威盛EdenE處理器完全地針腳兼容。

一體機(jī)的主板和芯片組選擇

威盛EPIA-M920Mini-ITX主板基于業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的Mini-ITX板型，尺寸為17cmX17cm。后面板I/O包括2個千兆以太網(wǎng)接口（可選）、2個USB3.0接口、2個HDMI接口、1個VGA接口、1個COM接口、2個USB2.0接口及音頻輸入、輸出插孔及麥克風(fēng)插孔。板載排針包括2個LVDS、1個USB3.0接口及額外的4個USB2.0接口、2個SATA接口、3個RS232接口支持5V/12V電壓、數(shù)字I/O、LPC、1個SD卡（SDHC/SDXC）及1個PCIex4卡槽。該主板最高可支持16GB、1333MHzDDR3內(nèi)存，此外，還提供ATX或直流電源支持。

威盛VX11H媒體系統(tǒng)芯片組支持DirectXll及3D立體顯示，它采用最新威盛Chromotion5.0視頻處理器，提供高性能硬件高清視頻解碼。威盛Chromotion5.0視頻處理器在1080p高清分辨率下為最新的MPEG-2、MPEG-4、VC1、WMV9及高清H.264視頻格式內(nèi)容提供硬件加速，為用戶提供極為豐富的娛樂體驗(yàn)。

一體機(jī)模擬解碼芯片選擇

目前常用的模擬/數(shù)字信號解碼芯片都支持PAL/NTSC/SECAM多制式解碼，有些芯片還集成了三通道高速ADC或HDMI接收器等。主流的數(shù)字解碼芯片主要有ADI公司的ADV7184/ADV7403/ADV7441、TI公司的TVP5147/TVP5160、NXP公司的SAA711X、MICRONAS公司的VPC3230D、PW公司的PW2300/PW3300等。另外，選擇一體機(jī)的解碼芯片時還必須考慮其適應(yīng)的市場，如北美市場要考慮CCD/V-CHIP和立體聲，歐洲市場則要考慮圖文電視接收和SCART接口等。

此處的一體機(jī)解碼芯片選用功能較全的ADV744110來支持10位數(shù)字處理。該芯片可支持PAL/NTSC/SECAM多制式解碼，擁有兩路HDMI高清輸入，并支持12組模擬信號輸入,輸入的多類模擬信號可以是CVBS全電視信號、YpbPr分量信號、S-Video亮色分離信號和RGB基色信號，具有標(biāo)清模擬信號去鋸齒濾波器，可節(jié)約外加額外的濾波器成本。ADV7441擁有四路150MHz帶寬的ADC，支持1080p的高清信號輸入及SXGA的RGB信號輸入，可自動辨識電視系統(tǒng)（NTSC/PAL/SECAM），具有VBI功能，軟件完成TELETEXT和CCD/V-CHIP。數(shù)字輸出口可以是ITU656ITU601數(shù)字色差編碼信號或者24位的RGB信號。

2.5調(diào)諧器選擇

調(diào)諧器也稱高頻頭，它通常用鐵盒的屏蔽封裝。調(diào)諧器根據(jù)接收信號分為模擬、數(shù)字、數(shù)模一體化三種，其中有些數(shù)模一體化調(diào)諧器還具備信道解碼功能。調(diào)諧器從接收信號的制式上看，模擬信號調(diào)諧器可以做到全制式接收，數(shù)字信號調(diào)諧器的接收按地區(qū)分為DVB、ATSC、ISDB、DMB等。同時，數(shù)字信號接收還因傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)不同，從而實(shí)現(xiàn)的信道編碼方式也不相同，如在歐洲有線網(wǎng)絡(luò)用DVB-C、地面廣播用DVB-T、衛(wèi)星廣播用DVB-S、手持設(shè)備用DVB-H等。

近年來體積更小的硅調(diào)諧器發(fā)展迅速，它不用鐵盒封裝，而是直接將硅集成電路焊接在電路板上，從而打破了傳統(tǒng)的調(diào)諧器概念，它具有體積小和成本低的優(yōu)勢。本一體機(jī)的調(diào)諧器選用NXP公司最新推出的新型數(shù)模一體化硅調(diào)諧器TDA18274,它不但兼容所有的模擬與數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)（PAL、NTSC、DVB-T、SECAM、DVB-C、ISDB-T、ATSC），而且TDA18274芯片自身可將中頻信號送至數(shù)字中頻解調(diào)器TDA8296,從而完成模擬電視解調(diào)，并輸出CVBS模擬電視信號，同時它把中頻信號也送到信道解碼器TDA10048,解出數(shù)字電視TS流。這部分電路框圖如圖2所示。

圖2  —體機(jī)電視信號接收電路框圖

2.6一體機(jī)的觸摸屏與液晶屏選取

觸摸屏（touchscreen）又稱為觸控面板、觸控屏。當(dāng)人接觸屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺信號通過觸摸屏控制板轉(zhuǎn)化為電信號，送入CPU芯片，經(jīng)CPU處理，傳送到各種外設(shè)顯示，從而完成人機(jī)交互。用觸屏的動作取代傳統(tǒng)的鍵盤與鼠標(biāo)輸入，并借助液晶來顯示畫面，它是構(gòu)建物聯(lián)終端,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的最流行的傳感技術(shù)。觸摸屏分為電阻式、電容式與壓電式等。因?yàn)閴弘娛接|摸屏同時具有電容屏幕的多點(diǎn)觸摸觸感和電阻屏的精準(zhǔn)穩(wěn)定，有別于電容屏的是，即使戴著手套或是沾水手指仍能進(jìn)行操作，所以我們選用壓電式觸摸屏。

液晶屏幕（包括LCD顯示器和LED顯示器）是以電流刺激液晶分子的方式產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面的。和傳統(tǒng)的CRT顯示器相比，它體積較大，畫面柔和，畫面不會閃爍，可以降低眼睛的疲勞，本設(shè)計(jì)選用LED屏。

3軟件系統(tǒng)選用

本方案中操作系統(tǒng)選用ANDROID4.X系統(tǒng)，因?yàn)榇瞬僮飨到y(tǒng)能很好地支持觸摸輸入功能，而且此系統(tǒng)支持的應(yīng)用軟件豐富，目前市場上的應(yīng)用軟件幾乎不用任何修改都可以應(yīng)用于這個平臺上。與現(xiàn)在市場上流行的一體機(jī)相比，本方案僅用一塊PC主板即可實(shí)現(xiàn)觸摸功能的電腦電視一體機(jī)，既節(jié)約了成本，也簡化了安裝。由于采用ANDROID系統(tǒng)，相比基于傳統(tǒng)WIN8平臺的一體機(jī)，既大大節(jié)約了存儲空間和成本，也解決了目前市場觸摸一體機(jī)的啟動速度慢、體積龐大、安裝復(fù)雜、板線過多等問題。同時，它作為電視也改變了現(xiàn)在市面智能云電視網(wǎng)絡(luò)功能弱、運(yùn)行速度慢、多塊板組合復(fù)雜、使用不方便的毛病。隨著CPU速度提升，北南橋芯片的簡化,系統(tǒng)啟動時間變短，這些制約傳統(tǒng)PC機(jī)目前不能在家電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的瓶頸問題將得到徹底解決，即與PC主板集成觸摸功能的電視功能一體機(jī)將成為未來數(shù)字家庭的必備首選。隨著觸摸屏輸入取代鍵盤鼠標(biāo)，語音輸入成熟，用戶操作使用將更加簡單方便。觸摸屏輸入解決了軟件太復(fù)雜、用戶學(xué)習(xí)使用不便的問題，不需要較高的技術(shù)水平，普通用戶將會容易使用，語音觸摸的輸入輸出將讓軟件使用越來越傻瓜化、簡單化與智能化，可以想象未來幾年電腦電視觸摸一體機(jī)會成為數(shù)字化家庭的終極方案。

本方案的硬件平臺支持ANDROID4.X操作系統(tǒng)，它支持的應(yīng)用軟件比較豐富，開發(fā)基本PC與電視的應(yīng)用軟件也比較方便，程序員幾乎不用學(xué)習(xí)任何軟件，也可以開發(fā)相關(guān)應(yīng)用程序。由于采用了PC操作系統(tǒng)，軟件開發(fā)也越發(fā)簡單，應(yīng)用軟件包易于移植。

4結(jié)語

支持觸摸功能的智能電視電腦一體機(jī)實(shí)現(xiàn)方案突出了電視功能，可支持傳統(tǒng)PC，同時在輸入輸出設(shè)備上，還用觸摸屏取代了傳統(tǒng)的鍵盤與鼠標(biāo)，簡化了用戶的使用復(fù)雜度，讓傻瓜式的應(yīng)用進(jìn)入家庭，以實(shí)現(xiàn)電視與電腦的有機(jī)結(jié)合。這種一體機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，使用靈活方便。本系統(tǒng)功能強(qiáng)大，成本卻大大降低，從而方便了用戶。我們相信，隨著物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算時代的來臨，基于觸摸功能的PC電視一體機(jī)亦將進(jìn)入家庭，必將受到個人家庭用戶的歡迎。

20211112_618df487ad37a__基于ANDR0ID4