基于5G模塊的8K電視設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　余明火（深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司研發(fā)總部，廣東?深圳?518108）

　　摘?要：本文對(duì)5G技術(shù)以及超高清電視發(fā)展進(jìn)行了簡單的介紹，綜合考慮行業(yè)趨勢(shì)及技術(shù)特點(diǎn)后，設(shè)計(jì)了一套基于5G模塊的8K超高清電視。

　　關(guān)鍵詞：5G模塊；8K電視；低延時(shí)

　　作者簡介

　　余明火(1985-)，男，碩士，主要研究方向：智能電視、超高清電視、5G 8K電視，激光微投產(chǎn)品等；

　　0 引言

　　當(dāng)前受移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)及技術(shù)的影響，在目前所有電視方案中，網(wǎng)絡(luò)資源的傳輸都是以家庭寬帶路由器等方式進(jìn)行傳輸。但隨著運(yùn)營商對(duì)國家關(guān)于網(wǎng)絡(luò)降速政策的落實(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在資費(fèi)和速率上均變現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是在沒有有線寬帶到戶的小區(qū)和用戶，對(duì)移動(dòng)網(wǎng)路內(nèi)置電視機(jī)也有一定的需求。從消費(fèi)升級(jí)方面來看，在固定的可視距離，更大尺寸匹配更高的分辨率，會(huì)帶來用戶臨場感大幅提升、用戶處于畫面之中臨場感、真實(shí)感劇增。8K顯示圖像清晰細(xì)膩、逼真臨場感強(qiáng)，符合消費(fèi)升級(jí)需求 ^[1] 。政策方面，近年來國家對(duì)5G技術(shù)、8K技術(shù)發(fā)展大力支持，設(shè)計(jì)一套內(nèi)置移動(dòng)模塊特別是5G模塊的8K電視，不僅能給用戶帶來便利，順應(yīng)國家關(guān)于超高清政策的方向，而且5G在帶寬，延時(shí)等方面也符合8K電視對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊螅〒?jù)悉，在100MHz帶寬下5G可實(shí)現(xiàn)10 Gbit/s峰值速率，200 MHz帶寬實(shí)現(xiàn)20Gbps的峰值速率） ^[2] ，提升用戶體驗(yàn)。

　　1 實(shí)現(xiàn)原理

　　1.1 硬件實(shí)現(xiàn)

　　內(nèi)置5G移動(dòng)模塊系統(tǒng)的8K電視系統(tǒng) ^[3] ，系統(tǒng)主要由電視機(jī)內(nèi)部5G模塊，外圍電路，TV模塊，顯示屏，WIFI藍(lán)牙模組組成。其中5G模塊包括5G模組，以及跟5G模組連接的SIM卡接口，機(jī)內(nèi)5G天線組成；TV模塊包括視頻識(shí)別單元，8K解碼單元，4K解碼單元，音頻處理單元，內(nèi)核處理單元，OSD視頻合成單元組成；屏幕為8K 60 Hz顯示屏，或者8K 120 Hz顯示屏，當(dāng)為120 Hz顯示屏?xí)r，TV模塊還包括FRC倍頻模塊單元。

　　SIM卡接口主要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)身份信息認(rèn)證卡的插入接口，機(jī)內(nèi)5G模組則對(duì)5G信號(hào)進(jìn)行解析，并將相關(guān)音視頻信息通過特定的高速接口傳輸給TV模塊，高速接口可以為USB3.0,USB3.1或PCIE接口。

　　如圖一為實(shí)例應(yīng)用圖 ^[4] ，其中5G模塊的模組部分采用移遠(yuǎn)通信公司的5G、 RG500Q模塊。TV部分采用MTK的8K芯片MT9550，TV部分除了有跟5G模組通信的高速USB接口外，還設(shè)計(jì)HDMI2.1輸入接口，USB3.0接口，滿足整機(jī)對(duì)8K信號(hào)的輸入要求。同時(shí)，5G模組跟TV部分還有狀態(tài)反饋，控制等信號(hào)，其中DISABLE、AP_STATUS、MODULE_STATUS等信號(hào)，DISABLE為TV模塊控制設(shè)置5G模組飛行模式狀態(tài)控制腳，當(dāng)DISABLE設(shè)置為低電平時(shí)，5G模組進(jìn)入飛行模式，DISABLE設(shè)置為高電平時(shí)，5G模組正常工作，MODULE_STATUS為5G模組狀態(tài)反饋腳，以向TV主控端反饋當(dāng)前模組所處的狀態(tài)，AP_STATUS為TV主控端向5G模組反饋的狀態(tài)，反饋TV端當(dāng)前對(duì)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求和用戶端所處的狀態(tài)。其中5G模組跟TV端高速接口采用USB3.0，機(jī)內(nèi)5G模組對(duì)機(jī)內(nèi)5G天線模塊接收到的頻段內(nèi)音視頻（或圖像、視頻）信息進(jìn)行解析，并將解析后的視頻（或圖像、視頻）通過高速傳輸接口進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)男盘?hào)主要有8K@30/60Hz,4K@30/60Hz,FHD@120Hz。

　　TV處理模塊中，包含有8K視頻（圖像）處理單元，4K視頻（圖像）處理單元，音頻處理單元，視頻OSD混合單元等。TV模塊中的視頻識(shí)別單元，識(shí)別視頻信號(hào)是8K視頻信號(hào)還是非8K視頻信號(hào)，對(duì)8K視頻信號(hào)，分配給8K解碼單元進(jìn)行解碼，如果為非8K視頻信號(hào)，則分配給4K解碼單元進(jìn)行解碼，同時(shí)分解音視頻信號(hào)中的音頻信號(hào)，將音頻信號(hào)分配給音頻處理單元DSP處理。內(nèi)核處理單元負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制處理TV模塊中各單元的協(xié)同工作，OSD視頻合成單元組成，對(duì)8K解碼單元或者4K解碼單元解碼并進(jìn)行圖像提升后的圖像，在上層疊加OSD層后,傳輸給顯示屏顯示。

　　在系統(tǒng)中，跟TV模塊連接的還有Wi-Fi模塊，Wi-Fi模塊除了可以接受周圍環(huán)境的無線網(wǎng)絡(luò)外，還可作為熱點(diǎn)，代替家庭路由器。當(dāng)為熱點(diǎn)時(shí)，家庭中的無線終端可通過電視進(jìn)行上網(wǎng)。

　　1.2 軟件流程

　　本系統(tǒng)是基于Android系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，以下對(duì)系統(tǒng)主要軟件流程進(jìn)行說明，5G模塊工作流程如下：系統(tǒng)上電后，進(jìn)行初始化，TV端控制啟動(dòng)5G模組，5G模組獲取TV端指令，判斷是否需要進(jìn)入飛行模式，如果不需要進(jìn)入飛行模式，則啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，等待TV端數(shù)據(jù)收發(fā)指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下載；如果需要進(jìn)入飛行模式，則進(jìn)入飛行模式，隨后檢測(cè)是否需要退出飛行模式，如果不需要，則保持飛行模式，并繼續(xù)檢測(cè)，如果需要退出飛行模式，則啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，等待TV端數(shù)據(jù)收發(fā)指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下載。

　　TV端工作流程如下：系統(tǒng)上電后，進(jìn)行初始化，隨后讀取用戶狀態(tài)，判斷是否需要進(jìn)入飛行模式，如果不需要進(jìn)入飛行模式，則保持讀取狀態(tài)，如果需要進(jìn)入飛行模式，則向5G模組發(fā)送進(jìn)入飛行模式指令，并獲取5G模組狀態(tài)，判斷是否需要退出飛行模式，如果不需要，返回讀取用戶狀態(tài)，如果需要，則向5G模組發(fā)送退出飛行模式指令，隨后獲取5G模組狀態(tài)，確認(rèn)退出飛行模式后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，上傳和下載。

　　2 關(guān)鍵技術(shù)研究

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一款8K超高清電視，從人眼所能感知的畫面質(zhì)感，8K電視基本上在75寸以上才能感覺到8K產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合消費(fèi)實(shí)際和產(chǎn)業(yè)情況，8K電視基本上在65寸以上為主。此系統(tǒng)將面向AIOT的，8K超高清智能電視為AIOT的家庭大屏控制終端 ^[5] 。根據(jù)不同場景的特點(diǎn)，提供多種場景解決方案，對(duì)場景中的各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制。需解決研究的關(guān)鍵技術(shù)主要:

　　2.1 面向AIOT應(yīng)用的5G 8K電視的可擴(kuò)展平臺(tái)技術(shù)

　　為面向AIOT，提高產(chǎn)品生命周期和產(chǎn)品競爭力，面向AIOT應(yīng)用的5G 8K電視需要滿足多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用的需求（如5G信號(hào)接收、8K AIOT控制大屏等），同時(shí)需要適用各種應(yīng)用和融合各種技術(shù)，必須具有可擴(kuò)展性。包括軟硬件等標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)接口以滿足滿足AIOT應(yīng)用的5G 8K超高清智能電視新業(yè)務(wù)應(yīng)用。在硬件支持的前提下，平臺(tái)基本保持Android系統(tǒng)架構(gòu)，增加了TV部分，集成了相關(guān)應(yīng)用，包括蜂窩網(wǎng)應(yīng)用，應(yīng)用商城，AIOT應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等，可自由擴(kuò)展和更新各種應(yīng)用功能。

　　2.2 8K超高清片源解碼技術(shù)

　　目前行業(yè)比較成熟的超高清解碼方案為4K解碼，主要格式有4K@30Hz、4K@60Hz;因此需要研究8K超高清片源的解碼技術(shù)，基于8K超高清解碼設(shè)計(jì)整套的8K電視解決方案，包括超高清圖像分割合成及精確重現(xiàn)技術(shù)，分辨率轉(zhuǎn)化及幀率轉(zhuǎn)換技術(shù)（2K轉(zhuǎn)8K、4K轉(zhuǎn)8K）。為提高非8K等片源的畫質(zhì)顯示效果，本項(xiàng)目還提供系統(tǒng)性的畫質(zhì)提升方案及相關(guān)算法，提升電視的視覺體驗(yàn)。

　　2.3 5G在8K電視應(yīng)用技術(shù)

　　8K電視對(duì)帶寬有更高的需求、5G技術(shù)具有低延時(shí)，高帶寬，多連接、穩(wěn)定性強(qiáng)等特性。為了滿足8K電視以及AIOT的需求，本項(xiàng)目將研究5G關(guān)鍵技術(shù)在8K超高清智能電視應(yīng)用技術(shù)的研究，包括5G模塊機(jī)內(nèi)集成的研究，8K超高清AIOT大屏終端的研究，提供全套的AIOT場景解決方案。

　　2.4 8K超高清顯示技術(shù)

　　8K顯示屏為新一代超高清顯示屏技術(shù)，8K顯示屏在像素上為4K顯示屏的4倍，對(duì)顯示等有著更高的要求，本項(xiàng)目將研究8K超高清顯示技術(shù)，包括數(shù)據(jù)傳輸接口、高功率電源，高像素的畫質(zhì)研究等。

　　2.5 AIOT應(yīng)用技術(shù)研究

　　本項(xiàng)目是面向AIOT的，項(xiàng)目中的8K超高清智能電視為AIOT的家庭大屏控制終端，AIOT應(yīng)用技術(shù)研究也為本項(xiàng)目要研究的重要技術(shù)之一。項(xiàng)目中的8K超高清智能電視根據(jù)不同場景的特點(diǎn)，提供多種場景解決方案，對(duì)場景中的各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制。

　　3 結(jié)論

　　5G技術(shù)低延時(shí)、高帶寬的特點(diǎn)，使得終端跟云端有更多資源在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳輸，8K電視而言，首先要滿足的是視頻資源的傳輸，而在人工智能時(shí)代，5G技術(shù)在8K電視的應(yīng)用，可以進(jìn)一步推動(dòng)8K電視的智能化，實(shí)現(xiàn)大運(yùn)算力的云端處理，如AI畫質(zhì)，AI場景構(gòu)建等。5G模組移動(dòng)模塊內(nèi)置電視，也可以電視機(jī)也為家庭的網(wǎng)絡(luò)路由端，替代了家庭路由器，進(jìn)一步提升了用戶對(duì)電視的粘度。同時(shí)對(duì)促進(jìn)超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有極其重要的意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 劉寧. 8K超高清電視發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 現(xiàn)代電視技術(shù),2018, 204(06):(112-115)+132.

　　[2] 李印鵬. 淺談面向5G的無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國新通信,2018, 20(08):36.

　　[3] 徐遙令. 一種8K超高清電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J],電子產(chǎn)品世界,2018,25(6):35-37.

　　[4] 余明火. 5G電視、基于5G電視的視頻播放方法及可讀存儲(chǔ)介質(zhì):中國, 201910468132.X[P].2019-5-29.

　　[5] 蘇亮.創(chuàng)維SwaiotTM開啟大屏AIoT時(shí)代,三屏Q80系列電視震撼面世.家用電器,2019(05).

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第12期第41頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。