新型人機(jī)交互平板電視空間遙控器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傅 勇，彭婷婷，周敏儀，汪紅兵

（1.廣州市弘元互動(dòng)數(shù)字技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，廣東 廣州 510006；2.佛山云聯(lián)科技有限公司，廣東 佛山 528200；3.廣州市億新傳播媒介技術(shù)研究院有限公司，廣東 廣州 510030；4.廣州弘洋視訊科技有限公司，廣東 廣州 510006）

隨著數(shù)字電視[1]的不斷進(jìn)步,第二浪潮互聯(lián)網(wǎng)電視向第三浪潮智能電視轉(zhuǎn)變,基于智能電視開(kāi)放應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)與內(nèi)容層出不窮[2]，正以快速的發(fā)展速度向前邁進(jìn)?；诖?，各種形式的界面操作不斷創(chuàng)新,使越來(lái)越多的應(yīng)用內(nèi)容表現(xiàn)方式更多樣化，但傳統(tǒng)遙控器上下左右固定式按鍵操作已不能滿足界面表現(xiàn)需要[3]及多元化表現(xiàn)方式，為了應(yīng)對(duì)數(shù)字電視內(nèi)容服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，突破傳統(tǒng)遙控器只能用按鍵作控制的瓶頸問(wèn)題，本文提出自由操控的空間遙控器，以人的操控意識(shí)為主導(dǎo)，自由控制遙控器，以遙控光標(biāo)的自由移動(dòng)操控方式滿足數(shù)字電視互動(dòng)內(nèi)容產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。

1 空間遙控器總體設(shè)計(jì)

空間遙控器[4]采用2.4 GHz無(wú)線傳輸模塊，擺脫傳統(tǒng)遙控器通信單一的模式。該款遙控器裝備陀螺儀[5]和加速度傳感器，極大限度地模擬人類的手部動(dòng)作，不需借助任何按鍵便能做到傾斜和上下旋轉(zhuǎn)，傾斜和左右旋轉(zhuǎn)，圍著主軸旋轉(zhuǎn)，上下加速度，左右加速度，朝向屏幕加速和遠(yuǎn)離屏幕加速等操控動(dòng)作。該設(shè)計(jì)可工作于全球開(kāi)放的ISM頻段，不單具備電壓低、效率高、成本低、可進(jìn)行雙向高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)快速跳頻，前向糾錯(cuò)及進(jìn)行校驗(yàn)等功能。

2 空間遙控器軟件設(shè)計(jì)

基于遙控器總體設(shè)計(jì)，以下描述遙控器驅(qū)動(dòng)程序的工作流開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)思路，給出層次結(jié)構(gòu)關(guān)系及程序功能規(guī)劃。遙控器驅(qū)動(dòng)程序包含數(shù)據(jù)處理類庫(kù)、驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序和驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)程序，如圖1所示。

數(shù)據(jù)處理庫(kù)類為模塊程序的核心部分，從硬件搜索到數(shù)據(jù)庫(kù)抓取，再到模擬出鼠標(biāo)數(shù)據(jù)全過(guò)程，及其抓取加速度數(shù)據(jù)模擬粗略的方向控制。該模塊屬于子模塊,由驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序開(kāi)啟子線程運(yùn)作，內(nèi)部邏輯負(fù)責(zé)提供調(diào)用接口，供驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序使用，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理類功能圖

驅(qū)動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)獲取，啟動(dòng)對(duì)遙控器的數(shù)據(jù)獲取，初次啟動(dòng)的時(shí)候分為連接設(shè)備和讀取數(shù)據(jù)兩步，并啟動(dòng)鼠標(biāo)和鍵盤鉤子，檢測(cè)鼠標(biāo)和鍵盤的特殊操作，正常啟動(dòng)之后由程序自行負(fù)責(zé)意外中斷后的再運(yùn)行，及其異常處理。程序關(guān)閉釋放設(shè)備,當(dāng)驅(qū)動(dòng)程式關(guān)閉后，釋放程序占據(jù)的資源，并且關(guān)閉鼠標(biāo)和鍵盤鉤子。接口處理類定義接口供驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn):關(guān)閉開(kāi)啟聲音，遙控器電量獲取，遙控器鍵盤命令獲取，發(fā)送靜止?fàn)顟B(tài)要求。

總體上需要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間后臺(tái)運(yùn)行，且不能占用過(guò)多CPU和內(nèi)存資源。對(duì)精度要求為數(shù)據(jù)格式的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)信息的完整性，鼠標(biāo)模擬的及時(shí)性，允許細(xì)微的移動(dòng)漂移。遙控器的隨時(shí)更換要求為靈活性要求。長(zhǎng)時(shí)間后臺(tái)運(yùn)行,每秒處理數(shù)據(jù)次數(shù)在300左右。

該數(shù)據(jù)處理庫(kù)類模塊雖然為類庫(kù)，實(shí)際上是驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的主要功能部分，對(duì)遙控器的邏輯操作和數(shù)據(jù)操作全部集中在該模塊中，驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序只是一個(gè)載體，如圖3所示。

圖3 模塊流程邏輯框圖

驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序模塊主要負(fù)責(zé)啟動(dòng)和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，與互動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)框架進(jìn)行消息通信，并操作系統(tǒng)資源。該模塊為驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行窗體，是其面模塊的承載模塊，負(fù)責(zé)與外部程序的消息收發(fā)、操作注冊(cè)表等功能。如圖4所示，驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序包含啟動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)、消息處理及其他操作，如注冊(cè)表操作、INI文件操作和界面操作。啟動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)用于觸發(fā)驅(qū)動(dòng)的啟動(dòng)和關(guān)閉，資源的獲取和釋放。消息處理模塊與其他進(jìn)程之間進(jìn)行消息通信、命令的轉(zhuǎn)發(fā)和接收，并觸發(fā)相關(guān)功能。

圖4 驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序結(jié)構(gòu)框圖

驅(qū)動(dòng)運(yùn)行模塊運(yùn)行比較簡(jiǎn)單，主要任務(wù)集中在消息的接收和發(fā)送，如圖5及圖6所示。

圖5 模塊流程邏輯圖

圖6 驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)程序模塊流程邏輯框圖

3 空間遙控器硬件設(shè)計(jì)

空間遙控器硬件設(shè)計(jì)體積小，不需要外接天線，遙控器的接收器采用標(biāo)準(zhǔn)USB接口，即插即用，方便快捷，且接收靈敏度高。USB枚舉成標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用設(shè)備，不需要安裝額外驅(qū)動(dòng)。接收器與遙控器單一配對(duì)，可以通過(guò)自身的對(duì)頻功能，與同系統(tǒng)的遙控器進(jìn)行對(duì)頻使用。

為了增加對(duì)家電的控制，遙控器還增加了紅外學(xué)習(xí)功能。通過(guò)采集遙控器發(fā)射的波形中的高低電平的寬度，并翻譯成紅外碼儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器上，從而實(shí)現(xiàn)自主地學(xué)習(xí)家電遙控器的編碼，對(duì)家電進(jìn)行自由控制。圖7為空間遙控器按鍵功能圖示。

該款遙控器還具備語(yǔ)音通話功能，可以當(dāng)電話使用。USB AUDIO擁有充裕的帶寬，聲音質(zhì)量高。

空間遙控器配備了可充電的鋰電池，能通過(guò)MINI-USB接口進(jìn)行充電，如圖8所示。另外，對(duì)電池電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將電池電量通過(guò)無(wú)線傳輸給主機(jī)。

4 空間遙控器的應(yīng)用

電視通話應(yīng)用實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖9所示，在該應(yīng)用中可通過(guò)界面軟鍵盤輸入或通過(guò)遙控器數(shù)字鍵輸入被呼入方號(hào)碼，選擇界面右方呼叫鍵便可進(jìn)行該號(hào)碼用戶呼叫功能；當(dāng)呼叫操作成功，被呼叫方可選擇接聽(tīng)或掛斷。以下表1給出了遙控器于電視呼叫應(yīng)用的關(guān)鍵類功能說(shuō)明。

表1 遙控器于電視呼叫應(yīng)用關(guān)鍵類功能

5 小結(jié)

通過(guò)以上介紹，文中重點(diǎn)介紹了空間遙控器總體設(shè)計(jì)原理，遙控器驅(qū)動(dòng)程序的基本組成結(jié)構(gòu)，分析了驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)數(shù)據(jù)處理類庫(kù)、驅(qū)動(dòng)運(yùn)行程序與驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)程序之間的關(guān)系和邏輯結(jié)構(gòu)，給出空間遙控器工作流的整體設(shè)計(jì)思路，并介紹了空間遙控器硬件和與電視呼叫應(yīng)用結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例。

[1]劉亞峰.淺談交互式數(shù)字電視應(yīng)用及其發(fā)展[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2008（3）:722-723.

[2]羅克露，姜連波.開(kāi)放式體系架構(gòu)的數(shù)字家庭中心服務(wù)器——智能化構(gòu)件容器的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（2）:255-259.

[3]張碧瀟，許曉云.數(shù)字家庭的交互特性研究[J].大眾文藝，2010（15）:6.

[4]倪新國(guó),楊華波,張士峰.空間陀螺儀顯示標(biāo)定與隱式標(biāo)定方法[J].中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，2008（5）:39-45.

[5]陳亮，黃玉美，林義忠，等.陀螺儀角速度的檢測(cè)與處理[J].傳感器與微系統(tǒng)，2006（4）:58-59.