秦洪花，趙　霞，王云飛，初志勇，管　泉，譚思明，劉振宇

(青島市科學技術信息研究所，山東 青島 266003)

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智能電視關鍵技術發(fā)展研究

秦洪花，趙霞，王云飛，初志勇，管泉，譚思明，劉振宇

(青島市科學技術信息研究所，山東 青島 266003)

基于德溫特專利數(shù)據(jù)，綜合運用TDA、Innography等分析工具，對智能電視關鍵技術國際及國內(nèi)發(fā)展態(tài)勢進行分析，對比研究了美國、日本、韓國、中國的關鍵技術構成、專利申請趨勢及技術發(fā)展重點。結果顯示，中國在智能電視核心技術、專利數(shù)量和質(zhì)量、人才團隊規(guī)模與實力等方面還存在不足。最后，基于專利分析結果，提出了發(fā)展智能電視關鍵技術的對策建議。

智能電視；人機交互；智能電視操作系統(tǒng)；專利分析；建議

近年來，隨著通信、網(wǎng)絡技術的不斷成熟，全球智能電視產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，市場競爭也逐步加劇，智能電視逐漸成為不可或缺的家庭智能終端，是未來彩電行業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級的主要方向。國內(nèi)外企業(yè)積極進行智能電視相關技術專利布局，搶占智能電視市場先機[1-2]。

根據(jù)中國電子視像行業(yè)協(xié)會標準(CVIA/ZNDS01-2014)，智能電視是指具有操作系統(tǒng)、支持第三方應用資源實現(xiàn)功能擴展、支持多網(wǎng)絡接入功能、具備智能人機交互、與其他智能設備進行交互的電視機。智能電視有如下特征：1)具備較強的硬件設備，包括高速處理器和一定的存儲空間，用于應用程序的運行和存儲；2)搭載智能操作系統(tǒng)，用戶可自行安裝、運行和卸載軟件、游戲等應用；3)可以連接公共互聯(lián)網(wǎng)；4)具備多種方式的交互式應用，如新的人機交互方式、多屏互動、內(nèi)容共享等[3]。

智能電視的關鍵技術主要包括芯片、顯示技術、操作系統(tǒng)、軟件與應用、聯(lián)網(wǎng)技術、人機交互技術。其中人機交互技術是制約電視智能化發(fā)展和普及的重要瓶頸，操作系統(tǒng)是電視智能化實現(xiàn)的前提，這兩項關鍵技術已成為國際國內(nèi)智能電視相關企業(yè)、研發(fā)機構創(chuàng)新競爭的重點，成為智能電視專利布局的重要方向[4-5]。

本文將對人機交互和操作系統(tǒng)這兩項關鍵技術進行重點分析，人機交互技術主要選取面部識別、姿勢識別、語音識別、智能遙控這4個目前處于主流的技術進行研究。

1　智能電視關鍵技術國際發(fā)展態(tài)勢

1.1專利技術申請趨勢

智能電視領域的全球?qū)＠暾埑掷m(xù)了40余年，語音識別、智能遙控、姿態(tài)識別、人臉識別、操作系統(tǒng)等智能電視關鍵技術呈現(xiàn)接力式的申請趨勢。20世紀70年代開始出現(xiàn)語音識別、智能遙控的專利申請，20世紀80年代姿態(tài)識別和人臉識別技術出現(xiàn)，操作系統(tǒng)開始萌芽。截至2014年4月，全球人機交互申請量達4 282項，操作系統(tǒng)3 430項，各項關鍵技術正處于快速成長期(見圖1)。

圖1　智能電視關鍵技術專利公開量年度分布

1.2主要國家技術分析

美國、日本、中國、韓國是專利技術產(chǎn)出的主要國家，集中了人機交互技術領域86%的原創(chuàng)專利和88%的操作系統(tǒng)專利，其中美國、日本掌握著核心技術，引領全球技術發(fā)展，中國、韓國是技術追隨者(見圖2)。

圖2　人機交互技術及操作系統(tǒng)專利優(yōu)先權國家分布

1)美國

美國居于技術原創(chuàng)國首位，擁有全球34%的人機交互專利及29%的操作系統(tǒng)專利，自二十世紀七八十年代即開始該領域的技術探索，經(jīng)歷了90年代的初步發(fā)展期，到2000年逐漸進入技術成長期。人機交互技術于2011年達專利申請量高峰，至今增勢明顯；操作系統(tǒng)自2008年后申請量出現(xiàn)下滑。語音識別、姿態(tài)識別、面部識別技術領域處于全球絕對領先地位，智能遙控技術僅次于日本。2000—2008年期間語音技術領先發(fā)展，2008年以來姿態(tài)識別技術成為重點發(fā)展領域。美國智能電視關鍵技術發(fā)展趨勢及技術發(fā)展重點見圖3和表1。

2)日本

日本居于技術原創(chuàng)國第2位，擁有全球26%的人機交互專利及28%的操作系統(tǒng)專利，自20世紀70年代即開始智能遙控技術的探索，80年代姿態(tài)識別和人臉識別技術開始萌芽，進入90年代語音識別及操作系統(tǒng)開始發(fā)展，各項技術在2000—2008年間得到快速發(fā)展。2008年至今，由于日本主流家電企業(yè)開始逐步放棄家電業(yè)務，智能電視的相關專利申請量開始持續(xù)下滑。目前，日本在智能遙控技術領域仍處于全球領先地位，占全球?qū)＠偭康?5%。其中，在觸摸板遙控、便攜終端和超聲定位3個技術分支的專利量居全球首位。日本智能電視關鍵技術發(fā)展趨勢及技術發(fā)展重點見圖4和表2。

3)韓國

韓國居于技術原創(chuàng)國第4位，擁有全球12%的人機交互專利及11%的操作系統(tǒng)專利，20世紀90年代開始智能遙控技術和操作系統(tǒng)的探索，2000年開始姿態(tài)識別、人臉識別和語音識別技術的研究。

韓國雖起步時間晚于美國和日本，但人機交互技術2005年后發(fā)展迅猛，尤其近3年來憑借三星和LG兩大龍頭企業(yè)的高量產(chǎn)出，在日本呈現(xiàn)持續(xù)下滑的態(tài)勢下，韓國于2010年起已逐漸趕超日本，逐漸成為智能電視領域的強國。三星和LG近3年專利產(chǎn)出活躍，專利申請占總量的比例高達39%和48%，在各個技術分支均布局了數(shù)量不菲的專利。韓國智能電視關鍵技術發(fā)展趨勢及技術發(fā)展重點見圖5和表3。

1.3重要創(chuàng)新機構分析

人機交互技術領域，全球主要的專利申請人主要分布在日本、美國和韓國，排名前十的申請人中日本公司占據(jù)一半，美國和韓國各2家，荷蘭有1家，中國無1

圖3　美國智能電視關鍵技術構成及專利申請趨勢

關鍵技術申請量/項全球排名申請量占全球比例/%發(fā)展重點語音識別597138美國掌握語音識別核心專利技術,重點進行語音輸入/輸出、語音數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及語音軟件產(chǎn)品的研究開發(fā)姿態(tài)識別459155姿態(tài)識別領域,主要關注軟件產(chǎn)品技術,其次是視頻游戲、電腦游戲、便攜手機等技術人臉識別159130人臉識別領域,涉及的應用技術專利較多,主要包括電視及機頂盒的節(jié)目內(nèi)容控制,手機和個人數(shù)字助理等智能遙控292235智能遙控方面,在觸摸板、便攜終端、慣性傳感、超聲定位4個技術分支均衡發(fā)展操作系統(tǒng)1500129程序管理、窗口管理、中間件的研究

圖4　日本智能電視關鍵技術構成及專利申請趨勢

關鍵技術申請量/項全球排名申請量占全球比例/%技術發(fā)展重點語音識別388225語音輸入/輸出、語音數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)姿態(tài)識別145217軟件產(chǎn)品、識別技術人臉識別118223圖像分析、數(shù)據(jù)索引、搜索、合并、比較等人臉識別技術研究智能遙控499135觸摸板、便攜終端和超聲定位操作系統(tǒng)1029228針對Android系統(tǒng)的二次開發(fā)

圖5　韓國智能電視關鍵技術構成及專利申請趨勢

關鍵技術申請量/項全球排名申請量占全球比例/%技術發(fā)展重點語音識別205413語音輸入/輸出、語音分析系統(tǒng)的研究姿態(tài)識別7639軟件產(chǎn)品、便攜手機、識別技術人臉識別75414人臉識別應用技術研究智能遙控173412觸摸板和便攜終端遙控技術操作系統(tǒng)403411操作系統(tǒng)的優(yōu)化改進,提升用戶體驗

家機構上榜。從近3年專利申請量來看，韓國和美國公司專利產(chǎn)出活躍，而日本公司活躍度普遍降低，呈現(xiàn)整體下滑狀態(tài)。通過綜合考慮企業(yè)的專利數(shù)量、專利涉及分類數(shù)量、專利涉及地區(qū)數(shù)量、被引次數(shù)、營業(yè)收入、專利侵權情況等6個方面，綜合競爭力較強的機構有三星、蘋果、微軟、索尼、松下等。

操作系統(tǒng)領域，韓國、日本在創(chuàng)新機構和專利總量上都明顯多于其他國家，以三星、LG、索尼、松下等大企業(yè)帶動技術創(chuàng)新；美國主要創(chuàng)新機構是微軟、谷歌等公司，專利數(shù)量較少，目前仍以PC機、智能手機操作系統(tǒng)為主，尚未將重要研發(fā)力量投入到智能電視領域；歐洲創(chuàng)新機構專利數(shù)量較多的只有飛利浦公司，反映出歐洲電視廠商的整體實力不如亞洲。

2　智能電視關鍵技術中國專利分析

中國相比美國和日本，起步時間晚了近20余年，和韓國起步時間相近，于2000年開始涉足智能電視相關技術領域的研發(fā)，2008年后進入快速發(fā)展階段，2010年以來中國的專利申請量大幅超越韓國和日本，僅次于美國，目前尚處于技術成長期。從擁有的專利數(shù)量看，中國位居美國、日本之后，略超韓國，居于第3位，擁有34%的人機交互專利及29%的操作系統(tǒng)專利。國內(nèi)申請人主導中國專利的總體發(fā)展趨勢，申請比例占中國專利總量的72%，國外技術尚未大舉進入中國市場。國外申請主要來自日本索尼、松下，美國微軟、蘋果和韓國三星、LG等公司，國內(nèi)申請人主要以電視機廠商為主，具有競爭力的機構依次為TCL、康佳、海信、長虹、創(chuàng)維、冠捷、中興、中山大學、樂視、海爾。但總體來說，中國缺乏能與國際龍頭企業(yè)抗衡的大企業(yè)。中國關鍵技術發(fā)展趨勢及技術發(fā)展重點見圖6和表4。

圖6　中國智能電視關鍵技術構成及專利申請趨勢

關鍵技術申請量/項全球排名申請量占全球比例/%技術發(fā)展重點語音識別210313語音輸入/輸出、語音控制技術姿態(tài)識別3644視頻游戲、電腦游戲、識別技術人臉識別111321圖像分析、數(shù)據(jù)索引、搜索、合并、比較等人臉識別技術研究智能遙控271319慣性傳感操作系統(tǒng)697320主要針對NGBTVOS系統(tǒng)、STVOS系統(tǒng)、COS系統(tǒng)進行研發(fā)

3　中國智能電視關鍵技術存在不足

3.1核心技術掌握不足

與國外相比，對于智能電視的探索起步晚，技術儲備時間短，在語音識別率、姿態(tài)識別、人臉識別匹配算法等人機交互領域存在著核心技術掌握不足，與微軟、三星、索尼、松下等國際領先企業(yè)差距大、專利布局側重國內(nèi)市場等一系列問題；在操作系統(tǒng)方面，存在對Android系統(tǒng)的嚴重依賴問題，對操作系統(tǒng)的開發(fā)主要是針對Android系統(tǒng)進行二次開發(fā)，開發(fā)的深度和廣度還有待進一步拓展。

3.2專利數(shù)量和質(zhì)量均需提高

從區(qū)域?qū)＠暾埩可峡?，與日本、美國、韓國等來華申請國家相比，差距還較大。與國外競爭對手微軟、索尼、三星相比，在專利數(shù)量、專利質(zhì)量及全球?qū)＠季稚吓c之差距明顯。反觀競爭對手，微軟公司有208個專利族，808件專利，布局在19個國家和專利組織，包括在中國布局了48件專利；索尼公司有201個專利族，732件專利，布局在21個國家和專利組織，其中在中國申請了115件；三星公司有190個專利族，679件專利，共在15個國家和專利組織進行布局，其中在中國申請了105件。

3.3人才團隊規(guī)模與實力較弱

相比微軟、索尼、三星等國際大公司，國內(nèi)專門的研究人才缺乏，成規(guī)模的、合作較緊密的研發(fā)團隊少，團隊產(chǎn)出的持續(xù)性不夠，產(chǎn)出數(shù)量少，團隊效應不明顯。而競爭對手僅在發(fā)明人數(shù)量上具有優(yōu)勢，例如在人機交互領域，微軟公司擁有專利發(fā)明人429人，索尼公司有390人，三星公司有365人。

4　中國發(fā)展智能電視關鍵技術的對策建議

4.1抓住產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇，加強底層技術儲備和新產(chǎn)品研發(fā)

應從智能電視發(fā)展戰(zhàn)略的角度出發(fā)，加大底層核心技術的研發(fā)力度，開發(fā)具有國際競爭力的新技術、新產(chǎn)品。

在人臉識別技術領域，要加強特征提取、匹配算法、交互方式等關鍵技術的研發(fā)；在語音識別領域，重點研發(fā)語音軟件產(chǎn)品、語音控制技術；在姿勢識別領域，從圖像獲取、姿勢分割、姿勢識別控制技術入手；在智能遙控技術領域，重點關注慣性傳感遙控、射頻遙控等關鍵技術；在操作系統(tǒng)方面，深入開展Android系統(tǒng)的二次開發(fā)及基于HTML 5的智能電視操作系統(tǒng)研發(fā)。打好基礎，不斷積累，從而提高產(chǎn)品的國際市場競爭力。

4.2跟蹤三星、蘋果、Google等企業(yè)的研發(fā)動向，提高產(chǎn)品競爭力

在日本家電企業(yè)整體轉(zhuǎn)型的背景下，傳統(tǒng)家電國際巨頭韓國三星的優(yōu)勢日益凸顯。三星已是當今世界的電視霸主，綜合競爭力居全球首位，人機交互專利量全球排位第三，近3年研發(fā)活躍程度居全球第二位，專利覆蓋全部技術分支。三星的技術研發(fā)動向、專利布局、有效整合全產(chǎn)業(yè)鏈資源的經(jīng)驗，都值得國內(nèi)企業(yè)關注和借鑒。三星主要在本國和美國進行專利布局，其專利布局策略可以給中國企業(yè)帶來以下啟示：在專利布局上，首先在核心市場獲得知識產(chǎn)權以在國際競爭中占據(jù)主動，然后向外圍市場擴張，從而實現(xiàn)市場份額的最大化。三星目前在印度、俄羅斯等新興市場專利布局較少，國內(nèi)企業(yè)可利用這一有利時機在上述市場抓緊布局；另外，三星在手勢遙控技術上缺乏中國有權專利，因而是國內(nèi)電視廠商進行專利布局的可能突破口。

蘋果公司因其在智能手機、計算機領域的巨大成功，使得其在智能電視領域的研發(fā)動向備受關注。在研發(fā)方向上，蘋果公司在姿勢識別、語音控制、遙控、多屏互動等方面均進行了專利布局，國內(nèi)企業(yè)應重點關注其在中國、美國的專利布局，學習蘋果的技術，跟上其可能的技術方向。

Google公司通過收購Android軟件公司奠定了其在智能電視操作系統(tǒng)市場的重要地位。為了提升專利實力，實現(xiàn)與老牌巨頭微軟、Oracle等公司的抗衡，Google通過并購企業(yè)或直接收購專利等方式大補專利。國內(nèi)企業(yè)可借鑒其先進經(jīng)驗，關注其在操作系統(tǒng)領域的技術發(fā)展動向。

4.3自主研發(fā)與合作攻關并舉，實現(xiàn)核心技術突破

在堅持自主研發(fā)的基礎上，積極加強與國內(nèi)外相關機構合作，促進技術創(chuàng)新，彌補自身不足。

在語音技術領域，重點與微軟公司語音研究組、松下以及國內(nèi)的科大訊飛、云知聲、TCL等具有較強技術優(yōu)勢的機構合作，與微軟公司華裔科學家鄧力、俞棟、宋歌平、張益肇博士建立聯(lián)系，開展技術合作。在姿態(tài)識別技術領域，可與國外的Timothy Pryor，PointGrab，PrimeSense，Crunchfish，Brandfirst以及國內(nèi)的樹櫟文化傳播有限公司、廣州新節(jié)奏智能科技有限公司以及偉創(chuàng)力等具有較強技術優(yōu)勢的機構合作，借鑒其技術優(yōu)勢，突破技術限制。在人臉識別技術領域，應重點與索尼、三星開展合作。

4.4重視技術人才和團隊的引進，形成穩(wěn)定的研發(fā)隊伍

智能電視涉及操作系統(tǒng)、人機交互等多項關鍵技術，需要企業(yè)在數(shù)字信號處理、人工智能、心理學、計算機軟硬件工程、聲學等多個領域具有較強的綜合實力，技術進入壁壘較高。企業(yè)要在智能電視關鍵技術上實現(xiàn)創(chuàng)新與突破，至少要有一個包含以上多個技術領域的專門人才組成的穩(wěn)定研發(fā)團隊。

可以把日本企業(yè)作為重點合作及引進目標。從專利分析結果來看，近3年日本公司，除東芝近3年專利申請占總量的比例達30%，較為活躍外，其他幾家公司近3年專利申請量占總量的比例未超過15%，活躍度都比較低。實際上，日本家電企業(yè)整體面臨轉(zhuǎn)型，索尼、松下、夏普等日本主流家電企業(yè)，由于布局逐漸落后，業(yè)績下滑，紛紛啟動“家電邊緣化”戰(zhàn)略，顯露出了逐步放棄家電、往其他業(yè)務探索的跡象。大批家電技術人才開始外流。因此，應充分利用日本家電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型之機，關注日本企業(yè)的重點專利，引進其相關人才和團隊，壯大企業(yè)的人才隊伍。

另外，近3年沒有專利產(chǎn)出的公司和發(fā)明人也應作為人才引進、開展合作和收購專利的重點目標。如：韓國大宇電子、日本公司Victor、日本公司KENWOOD、日本發(fā)明人FUJISAKI IWAO、日本先鋒電子公司、美國公司SBC Knowledge Ventures L.P.、日本公司NORITZ、愛立信公司、美國公司ANALOG DEVICES、美國德克薩斯儀器公司、德國公司Deutsche ITT Industries GmbH。

4.5產(chǎn)品研發(fā)與技術保護并重，加大國際國內(nèi)專利布局力度

重視在該技術領域的專利申請，充分利用國外技術尚未大量進入中國市場，且國內(nèi)競爭對手技術發(fā)展較均衡，尚未形成技術壟斷這一有利條件，抓緊進行新技術研發(fā)，及時申請國內(nèi)專利，利用專利手段進行技術保護和技術擴張。

同時，加大國際專利申請的數(shù)量，加快進行國外市場的專利布局，提高專利申請的數(shù)量和質(zhì)量，以避免專利侵權糾紛，不斷擴大海外市場。

4.6進一步完善智能電視標準體系

不斷完善智能電視產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)亟需的關鍵技術標準和產(chǎn)品標準，例如智能電視應用程序商店技術標準、智能電視互聯(lián)互通應用規(guī)范標準等，通過智能電視相關技術標準的制定，規(guī)范產(chǎn)品功能，力爭在整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占據(jù)主動地位，在世界智能化大潮中贏得具有優(yōu)勢的技術競爭力，以防在相關技術標準及國際規(guī)范上受制于人。

4.7制定促進智能電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案

智能電視具有廣闊的市場前景，對傳統(tǒng)電視產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有十分重要的意義。2013年8月，國務院發(fā)布的《關于促進信息消費擴大內(nèi)需的若干意見》明確指出：“鼓勵智能電視等終端產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，促進終端與服務一體化發(fā)展，各地區(qū)、各部門要盡快制定具體實施方案，完善和細化相關政策措施”。目前，智能電視產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈尚不完整，產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力還不夠強，應該借鑒韓國政府長期持續(xù)支持三星、LG等彩電企業(yè)技術創(chuàng)新的先進經(jīng)驗，推出促進智能電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案等一系列政策措施，通過政府引導，企業(yè)積極參與，統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)發(fā)展，科學規(guī)劃布局，加強產(chǎn)學研合作，打造創(chuàng)新團隊，長期穩(wěn)定支持企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。

[1]匡文波，孔彬. 2014年智能電視發(fā)展評點[J].廣播電視信息，2015(2)：26-27.

[2]郭若偉. 智能電視的發(fā)展現(xiàn)狀與管理[J]. 西部廣播電視，2015(8)：18-19.

[3]CVIA/ZNDS01—2014，智能電視機總規(guī)范[S].2014.

[4]秦洪花，趙霞. 智能電視語音識別技術專利分析[J].電視技術，2015，39(10)：52-55.

[5]賀永興. 智能電視人機交互技術分析[J].中國新通信，2015(2)：117.

秦洪花(1973— )，女，本科，副研究員，主要從事專利分析、文獻計量、情報研究工作；

趙霞(1966— )，女，本科，研究員，主要從事專利分析、文獻計量、情報研究工作；

王云飛(1980— )，女，博士，副研究員，主要從事專利分析、文獻計量、情報研究工作；

初志勇(1976— )，本科，高級工程師，主要從事專利分析、文獻計量、情報研究工作；

管泉(1964— )，本科，高級工程師，主要從事情報研究、戰(zhàn)略研究工作；

譚思明(1962— )，本科，研究員，碩士生導師，主要從事科技發(fā)展戰(zhàn)略研究工作。

劉振宇(1976— )，本科，高級工程師，主要從事專利分析、情報研究工作。

責任編輯：許盈

Research on key technologies of smart TV

QIN Honghua, ZHAO Xia,WANG Yunfei,CHU Zhiyong,GUAN Quan,TAN Siming,LIU Zhenyu

(QingdaoInstituteofScientificandTechnicalInformation，ShandongQingdao266003,China)

Based on Derwent World Patents Index, the key technologies of smart TV international and domestic development trend are studied by using TDA and Innography. The key technologies of smart TV of the United States, Japan, South Korea, China were studied, the key technology structure, trend of patent application and key technology development are involved. It is found that China smart TV core technology, patent quantity and quality, talent team size and strength are still insufficient. Based on the results of patent analysis, the suggestions for developing the key technologies of smart TV are put forward.

smart TV;human-computer interaction;TVOS; patent analysis; suggestion

TN949.2

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.07.012

青島市2013年度專利分析研究專項(2013Z-08)

2016-03-22

文獻引用格式：秦洪花，趙霞，王云飛，等. 智能電視關鍵技術發(fā)展研究[J].電視技術，2016，40(7)：49-55.

QIN H H，ZHAO X，WANG Y F，et al. Research on key technologies of smart TV[J].Video engineering，2016，40(7)：49-55.