基于專利布局對智能家居中電視相關(guān)技術(shù)的分析

劉 淵

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)部，北京 100088）

1 智能家居和智能電視的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟和技術(shù)水平的發(fā)展，依托互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展以及相關(guān)智能產(chǎn)品設(shè)計和制造水平的提升，智能家居（smart home）的概念已經(jīng)被越來越多的家庭所熟悉和接受。

早在20世紀70年代末，斯坦福研究所就提出了家庭設(shè)備控制總線的思路。1984年，美國的聯(lián)合科技公司（UTBS）在康乃狄克州的一棟舊式大樓中應(yīng)用計算機、無線通信、嵌入式及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)了對郵件、光照、人員出入及廣播系統(tǒng)等的統(tǒng)一控制。這是世界上首座智能化建筑，為后來的許多智能家居系統(tǒng)提供了啟示[1]。智能家居在20世紀90年代快速發(fā)展，1995年出現(xiàn)了后來成為ISO國際標準的BACnet協(xié)議，受其啟發(fā)的思科網(wǎng)絡(luò)社區(qū)工程、MIT的Smart Kitchen以及Arizona大學(xué)的I2SEE等多種智能家居項目隨之先后涌現(xiàn)。

智能家居在我國起步較晚，但是隨著近年來經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提升，國內(nèi)企業(yè)逐步將智能家居概念轉(zhuǎn)換為實際服務(wù)并推向市場。國內(nèi)傳統(tǒng)家電龍頭企業(yè)海爾和TCL分別提出了“U Home”和“智能管家”等智能家居產(chǎn)品。作為新興科技企業(yè)代表的小米公司，更是提供了構(gòu)成其完整智能家居生態(tài)的多系列產(chǎn)品，覆蓋家庭生活的方方面面，將用戶家庭生活中的各類產(chǎn)品納入其中進行智能控制[2]。

在人們的家庭生活中，家庭娛樂活動始終占據(jù)著很大的比重。智能家居技術(shù)的成熟使得用戶能夠利用移動終端對接入家庭網(wǎng)絡(luò)的電視機、個人計算機、音響等娛樂設(shè)備進行管理和控制，從而獲得相比以往更加便利和舒適的家庭娛樂體驗。智能電視是家庭娛樂系統(tǒng)的重要組成部分，是計算機、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)字技術(shù)共同發(fā)展和融合的結(jié)果。通過為用戶帶來更好的交互體驗、更豐富的視聽內(nèi)容，智能電視目前已取代傳統(tǒng)電視成為市場上主流的電視娛樂產(chǎn)品。根據(jù)智研咨詢網(wǎng)發(fā)布的《2018—2024年中國智能電視行業(yè)市場運行態(tài)勢及投資戰(zhàn)略咨詢報告》，作為家庭大屏終端的智能電視的市場銷量近年來大幅增長，繼個人計算機、智能手機和平板之后，得到了消費者的廣泛關(guān)注。

基于所搭載的Android（安卓）、HarmonyOS（鴻蒙）等操作系統(tǒng)，當(dāng)前主流的智能電視具備一定的計算和通信能力，用于執(zhí)行諸如視頻內(nèi)容解碼和數(shù)據(jù)傳輸之類的任務(wù)，并且能夠通過安裝各種應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)各種各樣的娛樂功能[3]。此外，通過與手機、計算機、智能音響、游戲機等其他智能設(shè)備共同接入家庭網(wǎng)絡(luò)，智能電視甚至能夠帶來更為豐富和多樣化的娛樂體驗。例如，在由多種設(shè)備組建的分布式家庭娛樂系統(tǒng)中，諸如DLNA、Miracast、AirPlay等多屏互動等技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在家庭娛樂活動中被廣泛應(yīng)用。其中，用戶可以利用手機作為娛樂場景的控制終端，智能電視則作為中心大屏設(shè)備在其他智能設(shè)備的配合下為用戶提供最佳的視聽體驗。由此可見，憑借其傳承自傳統(tǒng)電視設(shè)備的大尺寸屏幕（并且具有日漸大型化的趨勢），即使諸如手機、平板設(shè)備之類其他終端設(shè)備往往具有更強大的計算能力和更豐富的功能選擇，也仍然無法完全取代智能電視在家庭智能娛樂系統(tǒng)中的重要地位。智能電視的大尺寸屏幕為諸如互動游戲、多人觀影等共享式娛樂場景提供了最基本的硬件保障。

2 人工智能技術(shù)在智能電視中的應(yīng)用

近年來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，作為熱門技術(shù)之一的人工智能也在智能家居場景中被廣泛應(yīng)用，使得接入多種設(shè)備的智能家居環(huán)境的功能更加強大[4]。具體到智能電視的使用，人工智能技術(shù)使得語音操作、用戶使用習(xí)慣學(xué)習(xí)、個性化內(nèi)容推薦等功能得以實現(xiàn)，為用戶帶來了“量身定制”的個性化體驗。

在家庭娛樂活動場景中，智能電視的“智能”主要體現(xiàn)在兩個方面，即與其他設(shè)備的協(xié)同控制和操作，用戶與智能電視的人機交互。根據(jù)中國專利摘要數(shù)據(jù)庫（CNABS）檢索的結(jié)果，截止2022年7月，與智能家居相關(guān)的專利申請超過3.5萬件，其中涉及設(shè)備交互和控制操作的專利申請則超過2.5萬件，占比超過70%。具體到智能電視而言，相關(guān)專利申請接近1.3萬件，其中超過60%涉及交互和控制操作。上述專利申請數(shù)據(jù)表明，無論是整體的智能家居環(huán)境還是具體的智能電視設(shè)備，相關(guān)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)力點都集中在設(shè)備控制和用戶交互上。智能家居的核心在于用戶體驗，而在用戶使用的過程當(dāng)中，智能設(shè)備的操作和控制以及人機交互過程顯然是最直接的第一手用戶感受，必然與完整的用戶體驗和后續(xù)的用戶反饋直接相關(guān)。筆者認為，這也是相關(guān)企業(yè)將大量研發(fā)成本投入到上述方面的原因所在。

中國電子商會和京東家電于2017年7月聯(lián)合發(fā)布的《2017人工智能電視白皮書》對人工智能電視進行了如下定義：“通過傳感器接收用戶指令，依靠基礎(chǔ)應(yīng)用和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺識別并理解用戶目的，做出反饋和處理。同時依托完善的技術(shù)邏輯和大數(shù)據(jù)運營，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，分析用戶使用習(xí)慣，掌握用戶偏好和行為邏輯，以實現(xiàn)更精準的交互及個性化內(nèi)容推薦”。從整體智能家居環(huán)境到具體的智能電視設(shè)備，應(yīng)用于其中的人工智能相關(guān)技術(shù)主要涉及傳感器技術(shù)、語音識別、深度學(xué)習(xí)以及圖像識別等。結(jié)合上文的專利分析結(jié)果來看，智能電視相關(guān)的多設(shè)備協(xié)同控制和人機交互操作也正是依托上述各項技術(shù)而得以實現(xiàn)的[5]。

2.1 利用傳感器技術(shù)實現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同控制

物聯(lián)網(wǎng)是將人工智能技術(shù)應(yīng)用于智能家居環(huán)境的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各種智能家居設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)接入而處于“在線”狀態(tài)，并且通過各種各樣的傳感器來實現(xiàn)智能家居環(huán)境中各種類型信息的檢測和收集，作為后續(xù)設(shè)備協(xié)同控制的判斷和觸發(fā)依據(jù)以及提供控制執(zhí)行結(jié)果的記錄和反饋。智能家居環(huán)境采用的傳感器包括具有互聯(lián)網(wǎng)接入功能的各種類型的傳感設(shè)備，用于采集所處環(huán)境的包括溫度、濕度、亮度、移動狀態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài)在內(nèi)的各種信息和參數(shù)。如同人類用于感知環(huán)境的五官，傳感器設(shè)備就是各種智能家居設(shè)備用于感知環(huán)境的“器官”。

智能電視設(shè)備與其他設(shè)備的協(xié)同控制是基于不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)信息通信和傳遞，而各種傳感器數(shù)據(jù)則是其中的重要組成部分。CNABS數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果顯示，涉及智能電視相關(guān)的傳感器技術(shù)應(yīng)用的專利申請超過4千件，其中2011年的申請數(shù)量（75件）雖然不足百件，但是仍超過2010年申請數(shù)量（7件）的10倍以上，隨后在2年時間內(nèi)快速增長至超過每年500件的數(shù)量并且直至2016年仍保持此數(shù)量水平。自2017年起，相關(guān)技術(shù)的申請數(shù)量開始呈現(xiàn)略有下降。上述申請年份的分析結(jié)果表明，智能電視相關(guān)的傳感器技術(shù)應(yīng)用在過去十年間經(jīng)歷了快速崛起、高速發(fā)展和穩(wěn)定成熟的階段。進一步分析上述專利申請的申請人數(shù)據(jù)可知，其中來自國內(nèi)申請人的申請數(shù)量占比達88%。在申請量超過50件的申請人中，除了長虹、創(chuàng)維、TCL、海信等傳統(tǒng)家電企業(yè)之外，也有以小米公司為代表的新興技術(shù)企業(yè)。值得注意的是，傳統(tǒng)上分別以計算機整機硬件和移動互聯(lián)網(wǎng)為代表性業(yè)務(wù)的聯(lián)想和騰訊也位列其中。由此可見，在智能家居和智能電視市場高速發(fā)展的十年間，國內(nèi)企業(yè)憑借著前一階段在家電、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等領(lǐng)域的技術(shù)積累以及對國內(nèi)消費市場的高度適應(yīng)，在國內(nèi)智能電視市場的競爭中搶占了先機。各家企業(yè)都根據(jù)自身的技術(shù)優(yōu)勢和特點從不同角度實現(xiàn)切入，力爭在該新興技術(shù)領(lǐng)域獲得一席之地。具體申請人分布如圖1所示。

圖1 智能電視相關(guān)傳感器技術(shù)應(yīng)用的專利申請人分布

小米公司提交的申請?zhí)枮?01510122405.7的發(fā)明專利申請，就是智能電視設(shè)備應(yīng)用傳感器技術(shù)實現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同操作和管理功能的典型范例。該專利申請涉及一種智能電視內(nèi)容推薦方法。其中，智能電視能夠經(jīng)由關(guān)聯(lián)的終端設(shè)備獲得用戶的健康狀態(tài)信息、用戶所處地理位置的環(huán)境信息、用戶的電視觀看狀態(tài)信息等，隨后從文件庫中獲取內(nèi)容關(guān)鍵字與上述信息相匹配的目標文件推薦給用戶。智能電視可以通過用戶佩戴的智能穿戴設(shè)備或者諸如空氣凈化器、體重秤之類的智能家居設(shè)備獲取用戶的健康狀態(tài)信息，而且可以記錄用戶觀看電視的時間數(shù)據(jù)，得到用戶的電視觀看狀態(tài)信息。該方法通過主動向用戶推薦與其健康信息匹配的內(nèi)容，提高了智能電視的智能化程度。

2.2 全面提升的人機交互

對于智能家居用戶而言，使用和操作智能電視設(shè)備的人機交互體驗，是其感知智能化水平最直觀的方式。憑借軟硬件功能模塊的支持以及人工智能技術(shù)提供的學(xué)習(xí)技能，智能電視為用戶提供了多模態(tài)的交互能力，如語音交互、手勢交互、體感交互等，使得視頻娛樂、遠程會議、游戲健身等多樣化的體驗?zāi)軌蛞灾悄茈娨暈檩d體呈現(xiàn)給用戶。

自然語言處理（Natural Language Processing，NLP）是人工智能領(lǐng)域的一個重要研究方向，是以語言為對象，利用計算機技術(shù)來分析、理解、處理自然語言的學(xué)科。自然語言處理在作為語言研究工具的計算機的支持下對語言信息進行定量化的研究和處理，提供可供人與計算機共同使用的語言描寫。自2008年起，作為人工智能重要分支的深度學(xué)習(xí)被引入自然語言處理的研究，并在機器翻譯、問答系統(tǒng)、閱讀理解等領(lǐng)域取得了一定成功。人工智能技術(shù)的研究與相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進催生出新的需求，進而推出新的概念和產(chǎn)品。智能家居環(huán)境以及其中具體的智能電視設(shè)備都屬于這種技術(shù)融合的產(chǎn)物。

基于人工智能技術(shù)的自然語言處理在智能家居和智能電視設(shè)備中的應(yīng)用，使得用戶的人機交互方式極大豐富，尤其在語音交互方面重點體現(xiàn)。筆者在CNABS數(shù)據(jù)庫中檢索到605件涉及智能電視語音交互的專利申請，申請時間基本處于過去十年，呈現(xiàn)整體上升的趨勢。與上文智能電視相關(guān)的傳感器技術(shù)應(yīng)用狀況相似，在上述605件專利申請中，國內(nèi)申請人占據(jù)了60%以上的明顯多數(shù)，表明國內(nèi)企業(yè)對于智能電視市場高度重視，具有各方向技術(shù)研發(fā)的全面意愿和能力；在著眼于相關(guān)硬件配備升級的同時，也重視通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)智能電視用戶的使用體驗。

與傳感器技術(shù)在智能電視的應(yīng)用相比，語音交互技術(shù)相關(guān)專利申請人的分布有所變化。作為互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)企業(yè)的代表，百度、騰訊、阿里巴巴等企業(yè)在這一領(lǐng)域的申請量均排名靠前。這一結(jié)果表明，上述企業(yè)在人工智能的研究方面具有一定技術(shù)儲備，并且以此技術(shù)優(yōu)勢作為智能電視領(lǐng)域的切入點，在產(chǎn)品應(yīng)用層面爭取市場份額。

語音交互功能實際上已經(jīng)成為智能家居環(huán)境和智能電視產(chǎn)品的標準配置。對于智能電視用戶而言，傳統(tǒng)的文字輸入方式效率極低，語音交互不僅能夠解決效率的痛點，而且還為用戶提供了極大的自由度，不必受到輸入工具和環(huán)境空間等方面的限制。例如，智能電視已經(jīng)能夠支持遠場語音交互，基于麥克風(fēng)陣列對用戶語音波形進行識別，并通過波束成形技術(shù)實現(xiàn)定向收聲，使得用戶在身處不同位置的情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)與智能電視的交互。借助于人工智能技術(shù)對用戶語音指令的學(xué)習(xí)和理解，智能電視能夠更加準確、有效地理解和預(yù)測用戶的意圖，從而實現(xiàn)與用戶的多輪對話。相比一問一答的傳統(tǒng)交互方式，智能化水平和用戶體驗明顯得到提升。

圖2 智能電視相關(guān)語音交互技術(shù)應(yīng)用的專利申請人分布

作為上述人工智能語音交互應(yīng)用場景的示例，百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（北京）有限公司提交的申請?zhí)枮?02110874445.2的發(fā)明專利申請涉及一種應(yīng)用于智能電視的人機交互方法，使得智能電視在滿足預(yù)設(shè)條件時進入連續(xù)對話模式，避免用戶在人機交互過程中的多次喚醒；并且在交互期間利用預(yù)先訓(xùn)練的意圖識別模型對用戶語音指令進行意圖識別以確定用戶意圖，對有效指令和無效指令加以區(qū)分，同時所述意圖識別模型還利用語音指令作為樣本進行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)。

人工智能技術(shù)在智能電視產(chǎn)品的應(yīng)用上并不局限于人機交互的具體方式，還擴展到交互的內(nèi)容本身。用戶對于智能電視產(chǎn)品的根本需求在于內(nèi)容的體驗，通過交互過程滿足用戶對于內(nèi)容本身的需求，提供用戶期望并使其滿意的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，更能夠體現(xiàn)基于人工智能技術(shù)的人機交互的意義。

語言是人類表達情感的重要方式，基于人工智能的自然語言處理能夠通過對用戶語音內(nèi)容的語意分析確定用戶的情感狀態(tài)，從而能夠針對性地提供個性化內(nèi)容交互體驗。例如，用戶在觀看某個視頻內(nèi)容的同時說出表達喜歡與否的語句，該語句能夠被麥克風(fēng)所捕捉并且由搭載人工智能技術(shù)的語言處理模塊進行分析處理，進而確定用戶對于此內(nèi)容的情感或情緒反饋，如喜歡或不喜歡某個內(nèi)容。經(jīng)過對用戶內(nèi)容觀看習(xí)慣的學(xué)習(xí)，智能電視能夠逐步判斷用戶喜好，在交互過程中針對具體用戶實現(xiàn)智能化、個性化的內(nèi)容推薦，從而通過貼近用戶需求來提升人機交互的整體效率和體驗。

TCL集團股份有限公司提交的申請?zhí)枮?01910704161.1的發(fā)明專利申請涉及一種基于用戶識別的智能電視開機內(nèi)容推薦方法。在響應(yīng)用戶喚醒指令開啟電視后，利用收集的用戶聲音和圖像信息進行用戶身份識別，根據(jù)身份識別結(jié)果在電視開機畫面上顯示相應(yīng)的節(jié)目列表。通過上述方法，智能電視能夠根據(jù)用戶身份或用戶群組的不同特征向其推薦不同的內(nèi)容列表作為開機內(nèi)容，使得智能電視的開機內(nèi)容更具個性化和普適性。

3 智能電視領(lǐng)域的人工智能技術(shù)應(yīng)用前景

根據(jù)CNABS數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果，2019年以來，公開/公告的涉及智能電視的人工智能技術(shù)應(yīng)用的專利申請共121件。經(jīng)過對上述結(jié)果進行關(guān)鍵詞統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，這些專利申請涉及的技術(shù)點集中在智能電視用戶相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的處理和通信等方面。上述分析結(jié)果在一定程度上反映出人工智能技術(shù)在智能電視領(lǐng)域的最新應(yīng)用仍然延續(xù)提升用戶體驗的主線。隨著技術(shù)和市場的進一步發(fā)展，智能家居用戶對于產(chǎn)品組網(wǎng)通信、個性化內(nèi)容服務(wù)、用戶隱私保護等方面的要求必然會進一步提高，相關(guān)企業(yè)需要在上述方面提升產(chǎn)品、系統(tǒng)和服務(wù)的水準，以滿足消費者的體驗需求。

隨著我國經(jīng)濟和技術(shù)水平的不斷提升，人們生活水平的提高會催生多樣化、個性化的消費需求，智能家居生態(tài)及其相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)能夠在家居舒適度、便利性及多樣化等方面滿足消費者需求，在未來仍然具有很大的市場空間。人工智能技術(shù)本身也具有不斷學(xué)習(xí)和進化的內(nèi)在屬性，在智能家居相關(guān)硬件平臺相對成熟的階段，企業(yè)的研發(fā)重點需要進一步在應(yīng)用層面不斷提升用戶體驗，以拓展智能家居產(chǎn)品的發(fā)展空間。

4 結(jié) 語

美國、日本、韓國等國的大型企業(yè)在智能家居、智能電視領(lǐng)域興起之前已經(jīng)完成了芯片、材料等上游技術(shù)領(lǐng)域的專利布局。為了應(yīng)對未來不確定的國際貿(mào)易和知識產(chǎn)權(quán)環(huán)境，國內(nèi)企業(yè)需要合理運用知識產(chǎn)權(quán)制度，從自身技術(shù)優(yōu)勢出發(fā)進行相關(guān)領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)分析，梳理相關(guān)技術(shù)的全球發(fā)展脈絡(luò)，從而把握機會，提升自身競爭力。在國家鼓勵技術(shù)創(chuàng)新、重視知識產(chǎn)權(quán)建設(shè)的政策激勵下，國內(nèi)企業(yè)更要積極參與相關(guān)技術(shù)標準的創(chuàng)立和實施，創(chuàng)建中國智能家居和智能電視的自有技術(shù)生態(tài)。