秦洪花，赵　霞，王云飞，初志勇，管　泉，谭思明，刘振宇

(青岛市科学技术信息研究所，山东 青岛 266003)



智能电视关键技术发展研究

秦洪花，赵霞，王云飞，初志勇，管泉，谭思明，刘振宇

(青岛市科学技术信息研究所，山东 青岛 266003)

基于德温特专利数据，综合运用TDA、Innography等分析工具，对智能电视关键技术国际及国内发展态势进行分析，对比研究了美国、日本、韩国、中国的关键技术构成、专利申请趋势及技术发展重点。结果显示，中国在智能电视核心技术、专利数量和质量、人才团队规模与实力等方面还存在不足。最后，基于专利分析结果，提出了发展智能电视关键技术的对策建议。

智能电视；人机交互；智能电视操作系统；专利分析；建议

近年来，随着通信、网络技术的不断成熟，全球智能电视产业得到了迅猛的发展，市场竞争也逐步加剧，智能电视逐渐成为不可或缺的家庭智能终端，是未来彩电行业产业结构调整和转型升级的主要方向。国内外企业积极进行智能电视相关技术专利布局，抢占智能电视市场先机[1-2]。

根据中国电子视像行业协会标准(CVIA/ZNDS01-2014)，智能电视是指具有操作系统、支持第三方应用资源实现功能扩展、支持多网络接入功能、具备智能人机交互、与其他智能设备进行交互的电视机。智能电视有如下特征：1)具备较强的硬件设备，包括高速处理器和一定的存储空间，用于应用程序的运行和存储；2)搭载智能操作系统，用户可自行安装、运行和卸载软件、游戏等应用；3)可以连接公共互联网；4)具备多种方式的交互式应用，如新的人机交互方式、多屏互动、内容共享等[3]。

智能电视的关键技术主要包括芯片、显示技术、操作系统、软件与应用、联网技术、人机交互技术。其中人机交互技术是制约电视智能化发展和普及的重要瓶颈，操作系统是电视智能化实现的前提，这两项关键技术已成为国际国内智能电视相关企业、研发机构创新竞争的重点，成为智能电视专利布局的重要方向[4-5]。

本文将对人机交互和操作系统这两项关键技术进行重点分析，人机交互技术主要选取面部识别、姿势识别、语音识别、智能遥控这4个目前处于主流的技术进行研究。

1　智能电视关键技术国际发展态势

1.1专利技术申请趋势

智能电视领域的全球专利申请持续了40余年，语音识别、智能遥控、姿态识别、人脸识别、操作系统等智能电视关键技术呈现接力式的申请趋势。20世纪70年代开始出现语音识别、智能遥控的专利申请，20世纪80年代姿态识别和人脸识别技术出现，操作系统开始萌芽。截至2014年4月，全球人机交互申请量达4 282项，操作系统3 430项，各项关键技术正处于快速成长期(见图1)。

图1　智能电视关键技术专利公开量年度分布

1.2主要国家技术分析

美国、日本、中国、韩国是专利技术产出的主要国家，集中了人机交互技术领域86%的原创专利和88%的操作系统专利，其中美国、日本掌握着核心技术，引领全球技术发展，中国、韩国是技术追随者(见图2)。

图2　人机交互技术及操作系统专利优先权国家分布

1)美国

美国居于技术原创国首位，拥有全球34%的人机交互专利及29%的操作系统专利，自二十世纪七八十年代即开始该领域的技术探索，经历了90年代的初步发展期，到2000年逐渐进入技术成长期。人机交互技术于2011年达专利申请量高峰，至今增势明显；操作系统自2008年后申请量出现下滑。语音识别、姿态识别、面部识别技术领域处于全球绝对领先地位，智能遥控技术仅次于日本。2000—2008年期间语音技术领先发展，2008年以来姿态识别技术成为重点发展领域。美国智能电视关键技术发展趋势及技术发展重点见图3和表1。

2)日本

日本居于技术原创国第2位，拥有全球26%的人机交互专利及28%的操作系统专利，自20世纪70年代即开始智能遥控技术的探索，80年代姿态识别和人脸识别技术开始萌芽，进入90年代语音识别及操作系统开始发展，各项技术在2000—2008年间得到快速发展。2008年至今，由于日本主流家电企业开始逐步放弃家电业务，智能电视的相关专利申请量开始持续下滑。目前，日本在智能遥控技术领域仍处于全球领先地位，占全球专利总量的35%。其中，在触摸板遥控、便携终端和超声定位3个技术分支的专利量居全球首位。日本智能电视关键技术发展趋势及技术发展重点见图4和表2。

3)韩国

韩国居于技术原创国第4位，拥有全球12%的人机交互专利及11%的操作系统专利，20世纪90年代开始智能遥控技术和操作系统的探索，2000年开始姿态识别、人脸识别和语音识别技术的研究。

韩国虽起步时间晚于美国和日本，但人机交互技术2005年后发展迅猛，尤其近3年来凭借三星和LG两大龙头企业的高量产出，在日本呈现持续下滑的态势下，韩国于2010年起已逐渐赶超日本，逐渐成为智能电视领域的强国。三星和LG近3年专利产出活跃，专利申请占总量的比例高达39%和48%，在各个技术分支均布局了数量不菲的专利。韩国智能电视关键技术发展趋势及技术发展重点见图5和表3。

1.3重要创新机构分析

人机交互技术领域，全球主要的专利申请人主要分布在日本、美国和韩国，排名前十的申请人中日本公司占据一半，美国和韩国各2家，荷兰有1家，中国无1

图3　美国智能电视关键技术构成及专利申请趋势

关键技术申请量/项全球排名申请量占全球比例/%发展重点语音识别597138美国掌握语音识别核心专利技术,重点进行语音输入/输出、语音数据处理系统及语音软件产品的研究开发姿态识别459155姿态识别领域,主要关注软件产品技术,其次是视频游戏、电脑游戏、便携手机等技术人脸识别159130人脸识别领域,涉及的应用技术专利较多,主要包括电视及机顶盒的节目内容控制,手机和个人数字助理等智能遥控292235智能遥控方面,在触摸板、便携终端、惯性传感、超声定位4个技术分支均衡发展操作系统1500129程序管理、窗口管理、中间件的研究

图4　日本智能电视关键技术构成及专利申请趋势

关键技术申请量/项全球排名申请量占全球比例/%技术发展重点语音识别388225语音输入/输出、语音数据处理系统姿态识别145217软件产品、识别技术人脸识别118223图像分析、数据索引、搜索、合并、比较等人脸识别技术研究智能遥控499135触摸板、便携终端和超声定位操作系统1029228针对Android系统的二次开发

图5　韩国智能电视关键技术构成及专利申请趋势

关键技术申请量/项全球排名申请量占全球比例/%技术发展重点语音识别205413语音输入/输出、语音分析系统的研究姿态识别7639软件产品、便携手机、识别技术人脸识别75414人脸识别应用技术研究智能遥控173412触摸板和便携终端遥控技术操作系统403411操作系统的优化改进,提升用户体验

家机构上榜。从近3年专利申请量来看，韩国和美国公司专利产出活跃，而日本公司活跃度普遍降低，呈现整体下滑状态。通过综合考虑企业的专利数量、专利涉及分类数量、专利涉及地区数量、被引次数、营业收入、专利侵权情况等6个方面，综合竞争力较强的机构有三星、苹果、微软、索尼、松下等。

操作系统领域，韩国、日本在创新机构和专利总量上都明显多于其他国家，以三星、LG、索尼、松下等大企业带动技术创新；美国主要创新机构是微软、谷歌等公司，专利数量较少，目前仍以PC机、智能手机操作系统为主，尚未将重要研发力量投入到智能电视领域；欧洲创新机构专利数量较多的只有飞利浦公司，反映出欧洲电视厂商的整体实力不如亚洲。

2　智能电视关键技术中国专利分析

中国相比美国和日本，起步时间晚了近20余年，和韩国起步时间相近，于2000年开始涉足智能电视相关技术领域的研发，2008年后进入快速发展阶段，2010年以来中国的专利申请量大幅超越韩国和日本，仅次于美国，目前尚处于技术成长期。从拥有的专利数量看，中国位居美国、日本之后，略超韩国，居于第3位，拥有34%的人机交互专利及29%的操作系统专利。国内申请人主导中国专利的总体发展趋势，申请比例占中国专利总量的72%，国外技术尚未大举进入中国市场。国外申请主要来自日本索尼、松下，美国微软、苹果和韩国三星、LG等公司，国内申请人主要以电视机厂商为主，具有竞争力的机构依次为TCL、康佳、海信、长虹、创维、冠捷、中兴、中山大学、乐视、海尔。但总体来说，中国缺乏能与国际龙头企业抗衡的大企业。中国关键技术发展趋势及技术发展重点见图6和表4。

图6　中国智能电视关键技术构成及专利申请趋势

关键技术申请量/项全球排名申请量占全球比例/%技术发展重点语音识别210313语音输入/输出、语音控制技术姿态识别3644视频游戏、电脑游戏、识别技术人脸识别111321图像分析、数据索引、搜索、合并、比较等人脸识别技术研究智能遥控271319惯性传感操作系统697320主要针对NGBTVOS系统、STVOS系统、COS系统进行研发

3　中国智能电视关键技术存在不足

3.1核心技术掌握不足

与国外相比，对于智能电视的探索起步晚，技术储备时间短，在语音识别率、姿态识别、人脸识别匹配算法等人机交互领域存在着核心技术掌握不足，与微软、三星、索尼、松下等国际领先企业差距大、专利布局侧重国内市场等一系列问题；在操作系统方面，存在对Android系统的严重依赖问题，对操作系统的开发主要是针对Android系统进行二次开发，开发的深度和广度还有待进一步拓展。

3.2专利数量和质量均需提高

从区域专利申请量上看，与日本、美国、韩国等来华申请国家相比，差距还较大。与国外竞争对手微软、索尼、三星相比，在专利数量、专利质量及全球专利布局上与之差距明显。反观竞争对手，微软公司有208个专利族，808件专利，布局在19个国家和专利组织，包括在中国布局了48件专利；索尼公司有201个专利族，732件专利，布局在21个国家和专利组织，其中在中国申请了115件；三星公司有190个专利族，679件专利，共在15个国家和专利组织进行布局，其中在中国申请了105件。

3.3人才团队规模与实力较弱

相比微软、索尼、三星等国际大公司，国内专门的研究人才缺乏，成规模的、合作较紧密的研发团队少，团队产出的持续性不够，产出数量少，团队效应不明显。而竞争对手仅在发明人数量上具有优势，例如在人机交互领域，微软公司拥有专利发明人429人，索尼公司有390人，三星公司有365人。

4　中国发展智能电视关键技术的对策建议

4.1抓住产业发展机遇，加强底层技术储备和新产品研发

应从智能电视发展战略的角度出发，加大底层核心技术的研发力度，开发具有国际竞争力的新技术、新产品。

在人脸识别技术领域，要加强特征提取、匹配算法、交互方式等关键技术的研发；在语音识别领域，重点研发语音软件产品、语音控制技术；在姿势识别领域，从图像获取、姿势分割、姿势识别控制技术入手；在智能遥控技术领域，重点关注惯性传感遥控、射频遥控等关键技术；在操作系统方面，深入开展Android系统的二次开发及基于HTML 5的智能电视操作系统研发。打好基础，不断积累，从而提高产品的国际市场竞争力。

4.2跟踪三星、苹果、Google等企业的研发动向，提高产品竞争力

在日本家电企业整体转型的背景下，传统家电国际巨头韩国三星的优势日益凸显。三星已是当今世界的电视霸主，综合竞争力居全球首位，人机交互专利量全球排位第三，近3年研发活跃程度居全球第二位，专利覆盖全部技术分支。三星的技术研发动向、专利布局、有效整合全产业链资源的经验，都值得国内企业关注和借鉴。三星主要在本国和美国进行专利布局，其专利布局策略可以给中国企业带来以下启示：在专利布局上，首先在核心市场获得知识产权以在国际竞争中占据主动，然后向外围市场扩张，从而实现市场份额的最大化。三星目前在印度、俄罗斯等新兴市场专利布局较少，国内企业可利用这一有利时机在上述市场抓紧布局；另外，三星在手势遥控技术上缺乏中国有权专利，因而是国内电视厂商进行专利布局的可能突破口。

苹果公司因其在智能手机、计算机领域的巨大成功，使得其在智能电视领域的研发动向备受关注。在研发方向上，苹果公司在姿势识别、语音控制、遥控、多屏互动等方面均进行了专利布局，国内企业应重点关注其在中国、美国的专利布局，学习苹果的技术，跟上其可能的技术方向。

Google公司通过收购Android软件公司奠定了其在智能电视操作系统市场的重要地位。为了提升专利实力，实现与老牌巨头微软、Oracle等公司的抗衡，Google通过并购企业或直接收购专利等方式大补专利。国内企业可借鉴其先进经验，关注其在操作系统领域的技术发展动向。

4.3自主研发与合作攻关并举，实现核心技术突破

在坚持自主研发的基础上，积极加强与国内外相关机构合作，促进技术创新，弥补自身不足。

在语音技术领域，重点与微软公司语音研究组、松下以及国内的科大讯飞、云知声、TCL等具有较强技术优势的机构合作，与微软公司华裔科学家邓力、俞栋、宋歌平、张益肇博士建立联系，开展技术合作。在姿态识别技术领域，可与国外的Timothy Pryor，PointGrab，PrimeSense，Crunchfish，Brandfirst以及国内的树栎文化传播有限公司、广州新节奏智能科技有限公司以及伟创力等具有较强技术优势的机构合作，借鉴其技术优势，突破技术限制。在人脸识别技术领域，应重点与索尼、三星开展合作。

4.4重视技术人才和团队的引进，形成稳定的研发队伍

智能电视涉及操作系统、人机交互等多项关键技术，需要企业在数字信号处理、人工智能、心理学、计算机软硬件工程、声学等多个领域具有较强的综合实力，技术进入壁垒较高。企业要在智能电视关键技术上实现创新与突破，至少要有一个包含以上多个技术领域的专门人才组成的稳定研发团队。

可以把日本企业作为重点合作及引进目标。从专利分析结果来看，近3年日本公司，除东芝近3年专利申请占总量的比例达30%，较为活跃外，其他几家公司近3年专利申请量占总量的比例未超过15%，活跃度都比较低。实际上，日本家电企业整体面临转型，索尼、松下、夏普等日本主流家电企业，由于布局逐渐落后，业绩下滑，纷纷启动“家电边缘化”战略，显露出了逐步放弃家电、往其他业务探索的迹象。大批家电技术人才开始外流。因此，应充分利用日本家电产业转型之机，关注日本企业的重点专利，引进其相关人才和团队，壮大企业的人才队伍。

另外，近3年没有专利产出的公司和发明人也应作为人才引进、开展合作和收购专利的重点目标。如：韩国大宇电子、日本公司Victor、日本公司KENWOOD、日本发明人FUJISAKI IWAO、日本先锋电子公司、美国公司SBC Knowledge Ventures L.P.、日本公司NORITZ、爱立信公司、美国公司ANALOG DEVICES、美国德克萨斯仪器公司、德国公司Deutsche ITT Industries GmbH。

4.5产品研发与技术保护并重，加大国际国内专利布局力度

重视在该技术领域的专利申请，充分利用国外技术尚未大量进入中国市场，且国内竞争对手技术发展较均衡，尚未形成技术垄断这一有利条件，抓紧进行新技术研发，及时申请国内专利，利用专利手段进行技术保护和技术扩张。

同时，加大国际专利申请的数量，加快进行国外市场的专利布局，提高专利申请的数量和质量，以避免专利侵权纠纷，不断扩大海外市场。

4.6进一步完善智能电视标准体系

不断完善智能电视产业链各环节亟需的关键技术标准和产品标准，例如智能电视应用程序商店技术标准、智能电视互联互通应用规范标准等，通过智能电视相关技术标准的制定，规范产品功能，力争在整个产业发展中占据主动地位，在世界智能化大潮中赢得具有优势的技术竞争力，以防在相关技术标准及国际规范上受制于人。

4.7制定促进智能电视产业发展行动方案

智能电视具有广阔的市场前景，对传统电视产业转型升级具有十分重要的意义。2013年8月，国务院发布的《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》明确指出：“鼓励智能电视等终端产品创新发展，促进终端与服务一体化发展，各地区、各部门要尽快制定具体实施方案，完善和细化相关政策措施”。目前，智能电视产业链、创新链尚不完整，产业可持续发展的能力还不够强，应该借鉴韩国政府长期持续支持三星、LG等彩电企业技术创新的先进经验，推出促进智能电视产业发展行动方案等一系列政策措施，通过政府引导，企业积极参与，统筹产业发展，科学规划布局，加强产学研合作，打造创新团队，长期稳定支持企业创新驱动发展。

[1]匡文波，孔彬. 2014年智能电视发展评点[J].广播电视信息，2015(2)：26-27.

[2]郭若伟. 智能电视的发展现状与管理[J]. 西部广播电视，2015(8)：18-19.

[3]CVIA/ZNDS01—2014，智能电视机总规范[S].2014.

[4]秦洪花，赵霞. 智能电视语音识别技术专利分析[J].电视技术，2015，39(10)：52-55.

[5]贺永兴. 智能电视人机交互技术分析[J].中国新通信，2015(2)：117.

秦洪花(1973— )，女，本科，副研究员，主要从事专利分析、文献计量、情报研究工作；

赵霞(1966— )，女，本科，研究员，主要从事专利分析、文献计量、情报研究工作；

王云飞(1980— )，女，博士，副研究员，主要从事专利分析、文献计量、情报研究工作；

初志勇(1976— )，本科，高级工程师，主要从事专利分析、文献计量、情报研究工作；

管泉(1964— )，本科，高级工程师，主要从事情报研究、战略研究工作；

谭思明(1962— )，本科，研究员，硕士生导师，主要从事科技发展战略研究工作。

刘振宇(1976— )，本科，高级工程师，主要从事专利分析、情报研究工作。

责任编辑：许盈

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

青岛市2013年度专利分析研究专项(2013Z-08)

2016-03-22

文献引用格式：秦洪花，赵霞，王云飞，等. 智能电视关键技术发展研究[J].电视技术，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.