超高清視頻產(chǎn)業(yè)專利態(tài)勢分析

蔡 佳，韋勝鈺，黃林軼，徐華偉*

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610；2.智能產(chǎn)品質(zhì)量評價與可靠性保障技術(shù)工業(yè)和信息化部重點實驗室，廣東 廣州 510610）

0 引言

隨著超高清視頻產(chǎn)業(yè)需求持續(xù)升級擴(kuò)大，顯示高清化、超清化已成為未來發(fā)展的必然方向。人工智能（Artificial Intelligence，AI）和5G 等新興技術(shù)的發(fā)展，也為超高清視頻產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了更多的應(yīng)用空間和可能性。新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)專利布局也逐漸完善。

專利布局能同時體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和國內(nèi)外關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀。然而，由于超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋視頻攝錄采集、內(nèi)容制作、節(jié)目傳輸以及終端呈現(xiàn)等多個環(huán)節(jié)，涉及多個領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)，產(chǎn)業(yè)具有技術(shù)環(huán)節(jié)多、專利量大的特點，亟需一個系統(tǒng)的、科學(xué)的專利態(tài)勢分析研究，對專利現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行分類整理與深度解讀。

超高清視頻產(chǎn)業(yè)專利態(tài)勢分析對于了解國內(nèi)外專利技術(shù)發(fā)展的具體方向、主要國家/地區(qū)、企業(yè)和研發(fā)重點技術(shù)分布有重要意義，能夠為我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、行業(yè)專利布局提供指導(dǎo)，提高技術(shù)創(chuàng)新等知識產(chǎn)權(quán)運(yùn)用能力。通過專利態(tài)勢分析，可以反映產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，為政策出臺提供數(shù)據(jù)支撐?；趯＠季值恼砗头治?，能夠為政府、行業(yè)相關(guān)企業(yè)研究機(jī)構(gòu)提供超高清視頻產(chǎn)業(yè)專利布局、競爭情況以及發(fā)展趨勢全景，提供政府統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、政策支持方向指引，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作，創(chuàng)造協(xié)作共贏、可持續(xù)發(fā)展的機(jī)制。

本文檢索了全球/全國超高清視頻產(chǎn)業(yè)相關(guān)專利申請與布局情況，就關(guān)鍵技術(shù)專利申請趨勢、全球/全國專利分布以及申請人排名進(jìn)行深入研究，開展專利態(tài)勢分析，并總結(jié)了我國專利發(fā)展優(yōu)劣勢，提出未來超高清視頻產(chǎn)業(yè)專利發(fā)展和專利布局建議。

1 產(chǎn)業(yè)技術(shù)圖譜

超高清視頻產(chǎn)業(yè)可以根據(jù)前端、傳輸、終端及應(yīng)用分為幾個細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域：視頻采集、視頻制作、傳輸與儲存、視頻編解碼、終端顯示等。隨著5G 和AI 的興起，“XR”技術(shù)（指VR/AR/MR 等相關(guān)技術(shù)）、視頻增強(qiáng)、視頻質(zhì)量評價等視頻處理與評價技術(shù)和“超高清+5G+AI”等新興技術(shù)應(yīng)用得到廣泛關(guān)注和發(fā)展，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新逐漸加速發(fā)展[1]。本文將超高清視頻產(chǎn)業(yè)按照視頻采集、制作、傳輸與存儲、編解碼、終端顯示及新興技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分類，并對各分支技術(shù)開展專利申請情況研究和分析，產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)分類圖譜如圖1 所示。

圖1 超高清視頻產(chǎn)業(yè)技術(shù)分類圖譜

2 專利概況

超高清視頻相關(guān)專利發(fā)展可分為起步期（2000—2003 年）、緩慢探索期（2004—2009 年）、快速發(fā)展期（2010—2014 年）以及飛躍增長期（2015—2019年）。當(dāng)前，在超高清視頻產(chǎn)業(yè)強(qiáng)勁發(fā)展趨勢下，專利申請量呈現(xiàn)出持續(xù)增長和迅猛發(fā)展之勢，但由于專利數(shù)據(jù)公開具有一定的滯后性，2020 年至今申請的部分專利還處于未公開的狀態(tài)，因此近兩年的數(shù)據(jù)不作為趨勢分析依據(jù)[2]。超高清視頻產(chǎn)業(yè)各分支專利申請趨勢與申請情況如圖2 所示，數(shù)據(jù)采集起始時間為2001 年1 月。

據(jù)統(tǒng)計，截至2021 年12 月，全球超高清視頻技術(shù)相關(guān)專利申請超過834 萬項，全國超高清視頻技術(shù)相關(guān)專利申請達(dá)225 萬余項。各分支類別專利申請占比情況如圖3 所示。

由圖2、圖3 可見，終端顯示技術(shù)積累較早，具有較大的專利申請量，且保持穩(wěn)定增加趨勢。由于其技術(shù)分類較多，包含各類顯示芯片、顯示屏和LCD（液晶顯示器）、LED（發(fā)光二極管）、OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）以及電子紙等新一代顯示產(chǎn)品和技術(shù)，因此也是專利申請總量最多、占比最多的分支。但顯示技術(shù)更新迭代快，失效專利比例也較高，目前有效專利約占39%。

圖2 超高清視頻產(chǎn)業(yè)專利申請整體趨勢

圖3 各分支專利申請占比情況

2010 年之后，隨著虛擬影視制作和“XR”等技術(shù)的發(fā)展，視頻制作和XR 技術(shù)加速增長[3]。2014年起，“超高清+5G”“超高清 +AI”等相關(guān)技術(shù)，在2018 年后得到爆發(fā)式增長。寬帶網(wǎng)絡(luò)提速、5G商用的發(fā)展及AR/VR 技術(shù)等新型視聽媒體終端的興起，加大了對超高清視頻技術(shù)和內(nèi)容的需求。隨著AI、5G 等新技術(shù)的興起和智能時代的到來，超大帶寬傳輸和低延遲能力帶動了超高清視頻產(chǎn)業(yè)的新興應(yīng)用。

各分支全球與全國專利申請數(shù)量如圖4 所示。由于各類別數(shù)據(jù)差異大，圖4 坐標(biāo)軸采用對數(shù)刻度。

圖4 超高清視頻產(chǎn)業(yè)各分支全球與全國專利申請數(shù)量

從我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)在各分支專利技術(shù)申請情況來看，中國牢抓AI、5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸時代機(jī)遇，“超高清+AI”、傳輸與存儲專利申請量占據(jù)過半，處于先鋒位置。中國顯示產(chǎn)品的生產(chǎn)量和消費(fèi)量穩(wěn)居第一；終端顯示領(lǐng)域的專利申請量占據(jù)近四成，在全球扮演著越來越重要的角色。但當(dāng)前我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)還處于初期發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)鏈前端、傳輸端及終端技術(shù)發(fā)展相對獨(dú)立，沒有形成各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展的完整產(chǎn)業(yè)鏈，且新技術(shù)產(chǎn)品仍不成熟[4]，國內(nèi)超高清前端攝錄等關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備主要依賴進(jìn)口[5]，受國外專利壟斷，國內(nèi)專利申請占比僅為25%。國內(nèi)4K/8K 內(nèi)容制作匱乏，國內(nèi)視頻內(nèi)容制作與虛實制作技術(shù)占不到10%，與全球發(fā)展存在較大差距[6]。

3 地域分布

從申請總量上看，專利技術(shù)主要分布在美、中、日、韓、歐等國家與地區(qū)，體現(xiàn)了各國研發(fā)實力與市場規(guī)模。全球?qū)＠暾埮判腥鐖D5 所示。其中，中國各分支專利申請量與全球排名如圖6 所示。由于各類別數(shù)據(jù)差異大，圖6 坐標(biāo)軸采用對數(shù)刻度。

圖5 全球?qū)＠暾埮判校ㄇ?）

圖6 各分支專利申請與排名（中國）

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，美國在各分支技術(shù)專利申請上均走在前列，在視頻采集、內(nèi)容制作、虛實制作等核心技術(shù)方面遙遙領(lǐng)先[7]。日本具備視頻核心元器件及前端采集、制作相關(guān)硬件設(shè)備專利中的前沿技術(shù)，在攝錄采集設(shè)備、光學(xué)鏡頭等技術(shù)專利中占據(jù)優(yōu)勢。近年來，中國依托電子信息整機(jī)制造、應(yīng)用創(chuàng)新以及5G 通信技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢，在視頻傳輸與存儲、終端顯示、“超高清+AI”技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)一席之位，終端顯示綜合實力與專利申請國際領(lǐng)先[8]。但內(nèi)容生產(chǎn)技術(shù)尚不完善，視頻制作、虛實制作技術(shù)領(lǐng)域差距較大，播出設(shè)備、編輯工作站以及關(guān)鍵芯片等專利技術(shù)主要掌握在國外申請人手中。視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)自2002 年來長期受國外壟斷，隨著我國AVS（Audio Video coding Standard）系列標(biāo)準(zhǔn)的組織制定和高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）、三維聲專題組等的成立，國內(nèi)編解碼能力優(yōu)勢漸顯，專利申請量從2015 年左右開始加速增長，并逐步超越日韓[9]。

就國內(nèi)而言，全國各省市專利申請排行結(jié)果如圖7 所示。從數(shù)據(jù)可見，專利技術(shù)主要集中在廣東省、北京市、江蘇省、上海市等省市。其中，廣東省和北京市占絕對領(lǐng)先地位，各省市終端顯示技術(shù)專利布局較為健全，視頻制作和“超高清+5G”技術(shù)有待加強(qiáng)。

圖7 全國專利申請排行（前7）

廣東省由于行業(yè)發(fā)達(dá)且發(fā)展全面，在專利布局中也較領(lǐng)先，具有華為、創(chuàng)維、TCL、康佳、中興等龍頭企業(yè)與華南理工大學(xué)等一流高校，貫穿超高清視頻產(chǎn)業(yè)上、中、下游，為全產(chǎn)業(yè)鏈專利發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。北京作為商業(yè)/貿(mào)易發(fā)達(dá)地區(qū)，愛奇藝、樂視等優(yōu)秀技術(shù)申請人和清華、北大、中科院等實力高校在技術(shù)創(chuàng)新和專利發(fā)展上起著重要作用。江浙和上海地區(qū)集聚了百視通、咪咕視訊等國內(nèi)超高清視頻內(nèi)容生產(chǎn)、傳輸與存儲的頭部企業(yè)，提供了內(nèi)容制作相關(guān)專利；上海海思、晶晨等在4K 超高清機(jī)頂盒和SoC 芯片相關(guān)專利技術(shù)方面全國領(lǐng)先。山東省逐漸布局了海信、海爾、華為、夏研科技等視頻傳輸、內(nèi)容生產(chǎn)、應(yīng)用服務(wù)相關(guān)企業(yè)。四川省新型顯示產(chǎn)業(yè)也先后匯聚了京東方、惠科、長虹等企業(yè)，逐漸形成柔性AMOLED、大尺寸液晶顯示面板、激光顯示等全系列顯示產(chǎn)品與技術(shù)，對終端顯示專利布局有重要貢獻(xiàn)。

4 申請人分析

全球申請量排行可體現(xiàn)各公司重點技術(shù)優(yōu)勢。專利申請前十二強(qiáng)企業(yè)分別是三星、高通、微軟、索尼、IBM、佳能、英特爾、LG、谷歌、蘋果、華為、京東方，在顯示面板、4K/8K 芯片技術(shù)、4K 攝像、VR/AR、視頻增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域積累了較大的專利技術(shù)優(yōu)勢，且不同公司的技術(shù)焦點各有區(qū)別。專利申請人排行如圖8 所示。由于各類別數(shù)據(jù)差異大，圖8 坐標(biāo)軸采用對數(shù)刻度。

圖8 專利申請人排行（前12）

數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，申請人排名前十名中，日韓申請人總體實力較強(qiáng)，三星、索尼等在各分支申請數(shù)均躋身前十。顯示材料、中高端顯示面板關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)專利技術(shù)主要集中在韓國。數(shù)據(jù)傳輸與存儲領(lǐng)域，韓國LG、三星在專利數(shù)量上遙遙領(lǐng)先；美國英特爾、高通、蘋果、微軟等公司在前端軟件、傳輸存儲、“XR”技術(shù)等方面具備雄厚實力，日本索尼、佳能等分別在視頻編解碼、攝錄設(shè)備、光學(xué)鏡頭等領(lǐng)域有優(yōu)勢。國內(nèi)申請數(shù)量多，但申請人均未上榜前十，龍頭企業(yè)發(fā)展實力不突出。近年來，華為奮力追趕，在傳輸與存儲和“XR”技術(shù)等相關(guān)專利中進(jìn)行重點布局。京東方則在終端顯示技術(shù)專利中有突出表現(xiàn)[10]。

5 結(jié)語

近年來，我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)不斷突破、產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷提升。隨著新興技術(shù)在超高清視頻產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，中國在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國際領(lǐng)先，同時專利規(guī)模不斷擴(kuò)大，自主知識產(chǎn)權(quán)實力逐漸提升，但仍存在明顯劣勢，一是視頻前端采集、視頻內(nèi)容制作、視頻增強(qiáng)與質(zhì)量評價等的關(guān)鍵器件、核心技術(shù)的研究發(fā)展有待進(jìn)一步突破，目前專利申請熱點集中在顯示終端和技術(shù)融合應(yīng)用領(lǐng)域，基礎(chǔ)創(chuàng)新發(fā)明專利匱乏；二是專利創(chuàng)新和實用性較弱，國內(nèi)專利申請數(shù)量領(lǐng)先，但專利分散、缺乏帶動產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)發(fā)展的龍頭企業(yè)，知識產(chǎn)權(quán)布局有待加強(qiáng)。

因此，基于專利態(tài)勢數(shù)據(jù)分析結(jié)果，本文提出加大創(chuàng)新能力建設(shè)、重視知識產(chǎn)權(quán)布局以及積極推動合作發(fā)展三點建議。

（1）鼓勵加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新能力建設(shè)，重點針對超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵技術(shù)和重點薄弱環(huán)節(jié)，加大企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與創(chuàng)新力度。把握傳輸與存儲、終端顯示、融合應(yīng)用技術(shù)等方面的優(yōu)勢，彌補(bǔ)4K/8K視頻采集、視頻制作等方面的劣勢，鼓勵核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)專利布局。

（2）重視知識產(chǎn)權(quán)布局。積極跟蹤國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)，加強(qiáng)我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)布局，鼓勵前瞻性規(guī)劃布局，打破國外專利壁壘。

（3）積極推動合作發(fā)展。聯(lián)合各高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)、社團(tuán)聯(lián)盟等，加強(qiáng)“超高清視頻+5G+AI”等產(chǎn)業(yè)技術(shù)交流合作，同時深化國內(nèi)外交流學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)國際先進(jìn)技術(shù)與知識產(chǎn)權(quán)。