安卓电视机芯智能升级的应用研究

史立原，谭金蓉

（四川长虹电器股份有限公司 多媒体研发中心平板显示技术研究所，四川 绵阳 621000）

安卓电视机芯智能升级的应用研究

史立原，谭金蓉

（四川长虹电器股份有限公司 多媒体研发中心平板显示技术研究所，四川 绵阳 621000）

对比了目前几种安卓电视智能升级方案，提出了一种在现有电视技术条件下，通过一个自定义接口完成安卓电视机芯智能升级的方案。该方法具有电视整机机芯升级简单、便捷、成本低、原有整机利用率高的优点。并以50个管脚的自定义接口为例，具体阐述了安卓电视机芯升级的软件、硬件解决方案。

安卓智能电视；电视机芯升级；自定义接口；HDMI协议；UART协议

目前智能电视逐渐进入家庭，而其电视机芯的主芯片SOC更新换代速度很快，平均半年到一年就会推出新产品。新产品较老产品在系统配置（包括CPU/ GPU多核数量、速度、协处理器架构、DDR速度容量、ROM空间大小等）和用户体验（包括内容、应用等）上均有较大提升，而用户往往会使用一款电视5年甚至10年以上，即使是目前最先进的智能电视，过几年也不能适应新的用户体验。

本文对比了目前市场上存在的几种智能电视机芯升级方式，提出了一种在现有电视技术条件下，通过一个自定义接口，借助HDMI协议来完成安卓电视机芯智能升级，该方法具有电视整机机芯升级简单、便捷、成本低、原有整机利用率高等优点。

1 几种智能电视机芯升级方式比较

现有技术条件下，如果用户需要升级电视机芯，或者采用机芯整体更换的方法，此方案必须打开电视机后盖才能更换，用户没有可操作性，必须由专业人士处理，费用高，加之要匹配原整机各端口和屏参画质，技术实施难度大；或者采用更换电视的方式，直接淘汰旧电视，浪费极大。

在国外市场上，能见到的机芯智能升级方案为三星公司的智能升级卡，主要采用了芯片定制的方式，将原机芯主芯片SoC各源Decoder输出到后端Scaler输入处理路径上的Video Buffer预留信号流输出口，送给新机芯，新机芯进行处理完成后，回传给Video Buffer，再送给原机芯后端Scaler和DisplayPort部分进行缩放、NR、DI、画质和上屏处理。但使用定制芯片制约因素较多，第一技术门槛高，第二需要锁定极大的订单数量，第三开发周期长，从而导致在国内的技术条件下，实施可能性极低。

在国内品牌电视厂家中，未见有厂家提供机芯智能升级的产品或系统解决办法。另一方面，市场上大量存在各种智能盒子，可当作电视整机的信号源，用来支持用户的智能体验。采用此种方式提升智能体验时，只要更换智能盒子即可，但是用户需要操作两个遥控器，同时，两套UI之间风格迥异，造成用户使用时的诸多不便。

本文综合利用现有电视机芯已有技术，结合外接盒子的优点，提出机芯升级的系统解决办法。新机芯可采用模块形式进行销售使用，用户只需通过购买匹配的新机芯模块，接入预留有本文描述的自定义升级接口电视机，系统软件检测到模块插入后，软件自动实现匹配以及合并工作，即可完成电视机芯的系统升级，升级方式简单、便捷、成本低，升级完成后，UI风格统一，用户只需使用一个遥控器即可完成各项操作。

2 系统总体设计

本文是一种在电视机芯现有技术条件下，通过在旧机芯上预留自定义升级接口，将新机芯处理后的音视频信号通过HDMI通道传递给旧机芯，软件管理上通过新机芯模块插入检测及UART通信协议来系统配置新机芯在旧机芯上的合并工作，完成各端口的信号处理并上屏显示。该自定义升级接口包含音视频传输通道、通信通道、USB通道及供电通道，详细定义见后续说明。

本文介绍的智能升级方案具体电路实现方案见图1。

图1 电路设计框图

2.1 自定义升级接口

本文定义的智能升级接口，详细定义见表1。

表1 智能升级接口的电气连接关系定义

定义说明如下：

1）HDMI信号传输接口：主要用于新机芯按照HDMI信号协议[1]，将新机芯处理后的音视频信号传递给旧机芯进行显示。本方案采用HDMI协议的优势是音视频可以同时无损传输。

2）UART通信接口：使用UART通信协议完成新机芯与旧机芯之间的沟通管理、完成相互配置合并工作。

3）GPIO信号接口：主要实现新机芯模块插入的自动检测，以及预留特殊情况下的控制使用。

4）新机芯供电接口：旧机芯提供12 V单路输入电源给新机芯，新机芯模块内部所需的供电电压以及上电时序由新机芯模块自己控制。

5）USB信号接口：主要用于旧机芯上原有的WiFi信号、RF遥控信号、USB2.0信号传输给新机芯。

6）智能升级接口基本定义的管脚数量为50针。

2.2 系统实施方案

下文结合图1，进行系统实施方案的详细说明。1）本文定义的智能升级接口包含匹配的插头和插座，分别位于新机芯和旧机芯，该板间连接器需保证新旧机芯的可靠连接。

2）旧机芯预留1路HDMI通道连接至智能升级接口。

3）新旧机芯的遥控信号连接：目前中高端智能电视均采用RF射频遥控，接收到RF遥控信号时，数据通过USB切换开关送入新机芯的主芯片处理。

4）新旧机芯的上网信号物理连接：目前中高端智能电视均采用内置WiFi模块方式，原整机上的WiFi信号通过USB切换开关送入新机芯的主芯片处理。

5）旧机芯的端口使用配置：新机芯软件将对旧机芯所有端口信号源统一进行管控，原整机保留电视基本功能的端口，包括ATV/DTV，AVIN/AVOUT，YPBPR，VGA和HDMI，旧机芯的USB端口通过USB切换开关，将信号传递给新机芯使用。

6）新机芯为提升用户系统升级后对新功能的体验，可增加如下端口：

（1）USB2.0接口，可用于后续新的智能周边设备的应用或USB有线网卡；

（2）USB3.0接口，可用于升级用户4K、2K视频播放，H.265等新技术的体验；

（3）HDMI接口，可适应新的HDMI2.0标准以及后续升级的标准，目前已大量使用的是HDMI 1.4[1]标准。

7）旧机芯的软件通过周期性读取智能升级接口上的智能卡检测口MODULE_DET，如果MOD⁃ULE_DET口电平为预设的模块接入电平，则表示新机芯已接入，并将旧机芯中预设的约定文件功能标志位进行状态更新。

8）功能标志1用于管控旧机芯的网络升级以及新机芯的网络升级功能，如标志1为非真时，表明未插入新机芯模块，旧机芯支持由厂家推送的网络升级功能；标志1为真时，表明已插入新机芯模块，则屏蔽掉旧机芯的网络升级功能，仅支持新机芯的网络升级功能。

9）功能标志2用于UI菜单控制，如标志2为真时，则屏蔽旧机芯的主场景及MMP，启动新机芯的主场景及MMP，此时所有的遥控相关按键（开关机键、信号源切换键、音量加减键等除外）均传到新机芯中处理，旧机芯接收到键后过滤掉不处理。

10）功能标志3用于管控旧机芯与新机芯之间的功能互斥，标志3表明如接收到需执行的功能是旧机芯和新机芯都可以执行的功能，如果标志3为真时，则使用新机芯执行相应功能；如果标志3为非真时，则使用旧机芯执行相应功能。

11）原整机声音处理部分沿用原整机的声音信号处理及输出。

3 系统设计的实施可行性说明

1）目前电视整机均带有2～3个HDMI接口，因此从主芯片预留1个HDMI通道连接至智能升级接口，机芯方案设计时即可预留，对于用户也没有影响。

2）自定义升级接口，包含的管脚数量较多，需要插拔有力、接触可靠，其中包含的传递USB数据格式信号以及满足HDMI数据传输[2]电气特性管脚，均需要满足相对应的技术协议要求，目前已有大量使用的经验，属于成熟经验推广使用。自定义升级的物理接口，目前国际的接插件大厂均有类似可满足要求的产品。

3）用于新旧机芯间的软件系统通信可以按照UART协议进行（见表2），目前使用UART协议在模块间进行通信的经验丰富，可以满足本文的新、旧机芯之间的通信需求。

数据帧说明如下：

（1）帧开始符低字节：0x55；

（2）帧开始符高字节：0xAA；

（3）命令字：通过解析命令字，更改参数数据；

（4）数据域长度：根据不同的命令字，有不同的数据域长度；

（5）数据域：命令字匹配的数据参数；

（6）校验码：从命令字到数据域的所有字节和，取最低的8位。

表2 UART通信协议

4）接入新机芯后，原整机USB数据传输给新机芯中用到的USB信号切换开关，可以选用Microchip公司的USB3740[3]，进行二选一的USB通道信号切换。其优势是带宽达到1 Gbit/s，这样可以保证USB2.0的信号和眼图的质量，防止传输的时候数据包错误。另外ESD级别也比较高，达到±15 kV。

5）新机芯的电源供电，由原整机的电源模块进行功率预留，连接至旧机芯的智能升级接口，提供给新机芯使用，升级端口处的供电控制开关可通过GPIO口控制。

6）根据本文提供的方案，新机芯采用模块方式，尽量兼顾美观与便携，不阻挡原整机各端口信号线的插拔。图2为模块安装示意图，将新机芯插入旧机芯的自定义升级接口，进行可靠连接，安装完成后的状态，如图3所示。模块安装完毕，对整机通电开机，系统检测到模块接入后，软件自动升级，完成新、旧机芯的系统匹配和合并工作，升级完成后，用户就可体验新机芯支持的各种新技术。

图2 模块安装示意图（截图）

图3 模块安装完成后示意图（截图）

4 小结

本文针对目前电视整机性能更新换代快，而一般家庭对电视整机的淘汰率低，为了满足部分用户对新技术的追求、新功能的体验，对比了几种智能升级方案。为了使电视机芯升级变得更为友好，原有整机利用率高，提出了在现有技术条件下的安卓电视机芯智能升级的系统解决方案，操作性强。

另需说明的是，机芯升级后，某些受原有整机硬件配置的限制，也无法实现新机芯的部分操作功能，如原配整机上没有麦克风阵列和摄像头，即使升级新机芯后，也不能实现手势控制、远距离拾音、人机直接对话等功能。

[1] HDMI Specification. High-definition multimedia interface specification version 1.4[S].2009.

[2] 黄庆敏，罗键.HDMI接口标准及应用设计[J].电视技术，2007，31（2）：32-34.

[3] 美国微芯公司.USB3740数据手册（DS21144D）[M].[S.l.]：美国微芯公司，2012.

Research on Smart Upgrade of Android TV Board

SHI Liyuan,TAN Jinrong
（Changhong Multimedia FPD TV Technical Research Institue,Sichuan Changhong Electric Co.,Ltd.,Sichuan Mianyang 621000,China）

By comparison of several existing methods of android TV smart upgrade,a method which completes the smart upgrade of Android TV board through a custom interface based on the prior TV chasis is proposed in this paper.The advantages of this method are simple,convenient,low cost,high utilization and so on.The solution of upgrading software and hardware of Android TV board with a example of 50-pin custom interface is introduced.

Android smart TV;TV board upgrade;custom interface;HDMI specification;UART specification

TN949.16

B

�� 京

2013-11-15

【本文献信息】史立原，谭金蓉.安卓电视机芯智能升级的应用研究[J].电视技术，2014，38（6）.