智能电视人机交互技术及其专利布局
时间：2023-06-01 18:15:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王艳坤
（国家知识产权局专利局电学部，北京 100088）
智能电视是传统电视与各种新技术结合产生的。智能电视可以定义为具有操作系统，可以为第三方应用提供功能扩展，能够实现多网络接入，具备人机交互功能的电视。当前阶段，智能电视具备电视点播、搜索、应用商店以及个性化智能推荐等人机交互体验。
智能电视人机交互是指用户在观看电视或者使用第三方应用时，通过智能遥控设备或者电视机的人机交互模块进行的信息交换与操作过程。
随着计算机技术、通信技术的快速发展，人机交互技术逐渐成为智能电视行业发展的重要分支。现阶段，智能电视人机交互包括智能遥控、语音识别、姿势和手势识别以及人脸识别等分支技术[1]。
3.1 从申请人角度来看
调查数据显示，2005年之前，我国智能电视人机交互技术专利的申请量远远落后于美国、韩国、日本等国家。但是从2008年开始，我国在该领域的专利申请量快速增加。根据中国专利全文库（CNTXT）检索的结果，截止2022年8月，在国家知识产权局提交的有关智能电视的专利申请共53 472件，其中智能电视的人机交互技术占27 137件，在智能电视技术发展中占有50.7%的比例。其中，中国占有22 464件发明专利，美国占2 908件，韩国占553件。中国、美国在该领域引领全球技术发展，韩国、开曼、日本等紧随其后。世界各国在中国智能电视人机交互领域的专利申请数量如图1所示。
图1 世界各国在中国申请智能电视人机交互领域的专利申请数量图
我国智能电视人机交互领域的专利申请量从2011年开始逐年大批量增多，尤其是2020年、2021年，申请量更是成倍增长。专利申请布局主要集中在H04N、G06F、G06K等领域，如图2所示。H04N、G06F、G06K属于国际专利分类表IPC分类号。H04N领域涉及图像通信信号的处理，G06F领域涉及电数字数据处理，包括数据的输入、输出、功能器件之间的交互，信号的识别、转换、错误检测及监控等；
G06K领域涉及图形数据读取，图像或视频识别和理解等。以腾讯、华为、海信、小米、百度、长虹、TCL等为代表的中国企业积极在这些领域研发和布局，不断发展、创新，领跑世界智能电视产业，并仍然在不断地进步与提高，拥有巨大的 潜力[2]。
图2 智能电视人机交互技术专利申请趋势图
3.2 从智能电视人机交互技术的主要技术发展方向来看
3.2.1 智能遥控
随着全球第一款智能电视的问世，传统的红外线遥控器已满足不了智能电视的功能需求，智能遥控因此产生。智能遥控器包括简化版遥控器和多功能版遥控器[3]。
（1）简化版遥控器。简化版遥控器可以使用户通过简单的按键操作便能实现智能遥控。简化版遥控器的设计更多地考虑了用户的思维习惯和操作习惯，以人机工程学设计原理为基础，对遥控器的大小、布局以及与电视进行信息通信等方面进行优化。
（2）多功能版遥控器。多功能版遥控器既能实现简化版遥控器的功能，又能实现空间操控、语音遥控及触摸操控等功能。多功能版遥控器的空间操控主要运用在智能电视娱乐健身功能中，通过控制遥控器在空间移动，实现遥控光标的自由移动。多功能版遥控器的语音遥控是指用户通过遥控器上设置的语音识别模块，将用户语音指令转换为电视能够理解的操作指令，从而实现相应的操控功能。多功能版遥控器的触摸操控是指用户通过遥控器上的触摸屏，操控电视屏幕上光标的移动并选择相关功能菜单。
国外企业在智能电视人机交互的智能遥控领域的研究和发展先于我国，且较早地进行了专利布局[4]。但是我国在该领域快速发展、成熟，专利申请趋向稳定，专利布局逐渐趋向完善，涵盖技术面广。我国的专利申请布局主要集中在国际专利分类表IPC分类的H04N、G06F、G06K等领域，多功能遥控技术在智能电视人机交互专利中占有相当大的比重。当前，为了进一步完善智能电视的使用功能，提高用户体验，专利申请布局中对遥控器的改进包括触摸屏触控操作准确度，麦克语音识别及时性及准确度，增加键盘、鼠标模块以获取空间操控功能，以及上述多种功能组件的组合模式。遥控器技术专利申请趋势如图3所示。
图3 遥控器技术专利申请趋势图
3.2.2 语音识别
智能电视的语音识别是指将用户的操控指令以语音的形式发送给智能电视，智能电视对该语音指令进行理解并执行相应操作[5]。
国外企业在智能电视语音识别领域的研究和应用先于我国，且较早地开始专利布局。美国、日本、韩国等国在该领域申请了大量的专利。
从2010年之后，我国的智能电视语音识别技术进入快速发展阶段，在该领域的专利申请一直是我国企业布局的重点，每年的专利申请量都很大，主要集中在国际专利分类表IPC分类的H04N、G06F、G06K等领域，具体如图4所示，涉及语音信号的传输和接收、识别精度等方面的改进。该领域专利申请技术的发展方向主要包括如何提高自然语言识别的精度，如何提高语音识别的完整性，音频信号的降噪处理以及语音模型的改进等多样化的需求。
图4 语音识别技术专利申请趋势图
3.2.3 姿势和手势识别
智能电视的姿势识别是指通过智能电视设置的摄像头，摄取用户肢体实时视频或图像，通过数学算法或神经网络学习模型对视频图像信息及空间数据进行学习和判断，以识别用户意图来控制智能电视的相关操作。智能电视的姿势识别包括静态识别和动态识别，不仅可以识别用户人体的整体，也可以识别人体的一部分。姿势识别易受所处环境的影响，包括空间和光线等因素。因此，姿势识别的算法、学习模型以及识别准确性是其发展和布局的主要方向[6]。
智能电视的手势识别是指智能电视对用户的手或/与胳膊相结合而产生的动作的识别进而控制智能电视的操作，包括静态手势识别和动态手势识别。其与姿势识别的不同之处仅在于识别的对象为手势，其也易受所处环境的影响[7]。
美国、日本、韩国等国企业在该领域的专利布局较早，但逐渐被我国企业赶超。从2010年开始，我国企业有关姿势和手势识别的专利申请量逐年递增。姿势和手势识别逐渐成为我国企业在智能电视行业中专利布局的重点领域，主要集中在国际专利分类表IPC分类的G06F领域，具体如图5所示。在该领域，专利申请技术方案的发展方向主要包括如何对姿势和手势跟踪定位，如何对背景信号降噪，姿势和手势与人脸识别的融合等多样化的需求。
图5 姿势和手势识别技术分类号分析图
3.2.4 人脸识别
智能电视的人脸识别是指智能电视基于数学算法或神经网络模型对人脸视觉特征信息进行分析比较，以进行相应的智能操控。智能电视的人脸识别包括人脸的检测、面部表情或特征的定位以及与人脸数据库的比对。智能电视的人脸识别的发展主要经历了人脸特征的自动识别阶段，数学算法或模型的改进阶段以及外界因素影响的鲁棒性提高阶段[8-9]。
随着我国企业专利保护意识的提高，在该领域的专利申请量已逐渐超过了国外企业。从2011年开始，有关人脸识别技术的专利申请量逐年递增，人脸识别技术也逐步成熟和完善[10-11]。我国企业在该领域的专利布局集中在国际专利分类表IPC分类的G06K、G06F、H04N等领域方向，具体如图6所示。目前，人脸识别技术改进方向主要有：
图6 人脸识别技术专利申请趋势图
（1）为提高时效性，对人脸识别所运用的神经网络模型算法的改进；
（2）如何减少人脸识别过程中外部因素诸如光照条件以及人脸上的胡须、头发等影响，以提高识别精度；
（3）人脸上的眼睛视线焦点、嘴巴开闭程度、各种表情情绪的精确识别及智能化推荐。
根据中国专利全文库（CNTXT）检索的结果可以发现，随着计算机和通信技术的进步，在用户体验需求不断提升的情况下，尤其是随着智能电视显示屏的功能更加全面，应用的场景更加多变，在不同场景中能够选择的显示屏的尺寸也更多样化的情况下，面对大尺寸显示屏如超过86寸的会议白板等，智能电视人机交互技术将呈现多功能遥控、语音、体感、人脸识别相结合的多模式交互方式，如语音、脸部表情、嘴唇开启闭合程度及相关动作、手及与胳膊结合的动作、肢体姿势等，以充分理解用户意图，执行指令操作。
在我国智能电视领域兴起之前，美国的苹果、谷歌、微软，韩国的三星、LG，日本的索尼、松下等公司已经完成了智能电视上游技术领域的专利布局。面对当前国际贸易存在的很大不确定因素以及复杂的国际知识产权环境，以腾讯、华为、海信、小米、百度、长虹、TCL等为代表的中国企业需要合理运用知识产权制度，从自身技术优势出发，进行智能电视人机交互领域的专利布局分析，梳理智能电视领域的全球发展脉络，把握机会，提升自身竞争力，在知识产权强国建设政策激励下，全面提升知识产权创造、运用和保护，创建中国智能电视的自有技术生态。
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