淺談基于色控技術的電視氛圍燈方案

汪金輝　關耀樞

關鍵詞：LED氛圍燈；RGB；FPGA；HDMI；IOT

氛圍燈從名詞上解釋又稱為LED 氛圍燈，是一種主要用于主題公園、酒店、家居、藝術照明中為人們需求創造氛圍的LED 燈，氛圍模式可以根據場景需要通過調整LED 燈的顏色、亮度、頻率來實現。電視氛圍燈目前基本上都是將氛圍燈燈帶通過雙面膠貼在電視后殼上，通過墻面反射的形式呈現給人們一種視覺上的享受。本文就現有電視的色控氛圍燈方案進行探討，對比現有技術以及應用方案的優劣勢，以便后續選擇最佳的氛圍燈方案。

1 電視色控氛圍燈現有技術方案

1.1 HDMI輸入源端處理技術

現在很多電視都是接機頂盒/OTT 盒子， 通過HDMI 接口進行顯示，因此方案一是在HDMI 信號輸入端進行信號處理。整體系統框圖如圖1所示。

1.1.1 HDMI環出設計

考慮到現有電視都已經是4K 分辨率，因此需要HDMI 環出IC 選型能夠支持HDMI2.0 輸入輸出， 可以選型龍迅LT86102UX 或者同等規格的芯片方案，該芯片接收到信源端（機頂盒/OTT盒子/ 其他視頻源）輸出的HDMI2.0 信號，轉換成兩路未降低信號質量的同步的HDMI2.0 信號，其中一路旁路到電視端，另外一路給到后端的FPGA 進行視頻數據處理。

1.1.2 FPGA視頻數據處理

FPGA 的作用主要是把HDMI 信號中的顏色亮度等信息提取出來，經過算法處理后生成燈帶需求的色彩信息，然后通過串口或者SPI 等接口發送到后端IOT 模組FPGA 的選型可根據實際需求選型，例如燈分區數，延時需求，輸入輸出接口需求等。以XILINX FPGA 芯片xc6slx16 為例，能夠提供200 多分區的顏色數據，每個分區提供一個3 字節的RGB 數據，分區刷新率≥30 fps。因為HDMI2.0 最高規格支持4k 60 Hz，因此必須要保證分區顏色數據刷新率，才能從視覺效果上看氛圍燈的顏色與電視視頻播放的顏色同步。簡單的分區方案如下圖2 所示，假如最后LED 燈帶分區是按照16：9的分區設定，即上下各16 區，左右各9 區，也就是需要50 區的數據，這50 區的數據根據算法處理不同可能需要FPGA 對圖像邊緣的將近200 多分區的顏色信息進行計算得到。另外，因為常規的氛圍燈開啟在觀影中效果較好，而大部分影片是21：9 的，自帶上下黑邊，因此FPGA 算法中還要能夠支持去黑邊算法。

1.1.3 IOT模組控制

IOT 模組接收到前端FPGA 給過來的燈控信息后，通過SPI 數據接口輸出，通過轉換芯片后通過USB 接口接到外部燈帶，從其控制外部燈帶。另外輸入輸出信號的偵測、FPGA 工作模式的控制燈功能均由IOT 模組完成。IOT 模組的另外一個功能是能夠實現手機/PAD 等移動端APP 來控制，增加娛樂功能，例如自定義燈帶顏色，根據手機音樂律動變化，設置LED 燈帶關閉或者開啟等等。

以上是從HDMI 輸入源端信號進行處理，從而實現LED 高精度氛圍燈控制的方案。

1.2 SOC軟處理技術

SOC 軟處理技術，是指利用電視本身SOC 處理能力，通過內置APK 等方式，將要顯示的圖像信息在CPU 中進行顏色分區處理，并將處理后的數據信息通過IOT 模組給到氛圍燈條，與HDMI 輸入源端處理技術相比，這個主要是要占用CPU 資源，軟件需要集成適配，對于電視本身SOC 的性能要求較高，此種方式下IOT 模組可作為配件內置于電視機內部。系統框圖如圖3 所示。

1.3 攝像頭拍攝圖像處理技術

攝像頭處理技術，是指利用攝像頭進行拍攝電視顯示畫面，然后把攝像頭的拍攝畫面信息以MIPI 數據給到FPGA，FPGA 處理完成后同樣通過IOT 模組控制氛圍燈燈條，該方案中需要考慮攝像頭的擺放位置以及FPGA 的選型。系統框圖如下圖4 所示。

2 各方案優劣性比較

針對上述3 種方案，從成熟度、成本、兼容性、用戶體驗、適配便捷性、安裝便捷性等方面進行對比，其中成熟度是指當前市場方案中是否有相關產品已經批量產出，兼容性是指是否方案是否兼容各種信源輸入場景，用戶體驗主要從氛圍燈與顯示畫面的延遲時間來判定，適配便捷性是指是否需要電視主控SOC 適配，安裝便捷性是指是否對安裝方式、走線有特定要求，如表1 所示。

3 結束語

有別于傳統的聲控氛圍燈，色控氛圍燈可以自然擴展圖像顯示效果，因此在電視上的應用前景更加廣闊。本文中針對現有的色控氛圍燈的幾個技術方案進行了簡要分析以及對比，鑒于現有的電視市場龐大，電視方案參差不齊，因此較難抉擇孰優孰劣，各家電視廠商以及智能家居方案商可自行選擇技術方案，相信不同的創新方案一定能夠帶來不一樣的體驗效果。