立體電視傳輸技術(shù)的專利分析

王 芳

（國家知識產(chǎn)權(quán)局 專利局 通信發(fā)明審查部，北京 100088）

立體電視又被稱為三維電視、3D電視，其利用人的雙眼從不同角度觀看同一場景，左右眼看到的圖像存在一些差異（即視差），從而在大腦中形成立體的視覺，使觀眾能夠在欣賞節(jié)目時產(chǎn)生身臨其境的感覺。立體電視是繼高清電視之后又一個新的發(fā)展方向，近年來獲得了高速發(fā)展。立體電視系統(tǒng)一般包括立體圖像采集、編碼、傳輸和顯示[1]，其中傳輸是連接立體視頻采集和顯示的重要環(huán)節(jié)，如何在有限的帶寬內(nèi)傳輸高質(zhì)量的立體視頻是立體電視傳輸技術(shù)的關(guān)鍵。

1 立體電視傳輸技術(shù)介紹

立體電視傳輸方式主要分為雙路信號獨立傳輸、主動式立體信號傳輸、被動式立體信號傳輸和“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸[2]。其中，雙路信號獨立傳輸方式要對左右雙路視頻分別進行獨立編碼傳輸，在接收端輸出雙路視頻信號到擁有雙解碼器的電視顯示器上，再通過佩戴專業(yè)的立體眼鏡收看。主動式立體信號傳輸方式主要針對用快門式眼鏡的立體電視收看方式，立體信號作為左右眼視圖的交替幀進行編碼和傳輸。被動式立體信號傳輸方式主要針對采用偏振光眼鏡的立體電視收看方式，在屏上奇數(shù)行顯示L信號，偶數(shù)行顯示R信號，L和R信號并行傳輸。“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”[3]傳輸方式在對傳統(tǒng)的二維視頻進行傳輸?shù)耐瑫r配以相應的深度、差異或DOT信息。

目前，在中國的專利申請中，上述4種立體電視傳輸方式都有所涉及，且專利申請量在逐年增加，專利申請的側(cè)重點也是多種多樣的。

2 立體電視傳輸技術(shù)的專利分析

2.1 樣本構(gòu)成

本文的專利數(shù)據(jù)庫采用中國專利文摘數(shù)據(jù)庫CPRS?ABS，該數(shù)據(jù)庫收錄了1985年至今中國所有的專利文摘信息，數(shù)據(jù)覆蓋全面、數(shù)據(jù)項豐富。主要采用關(guān)鍵詞對立體電視傳輸技術(shù)進行檢索，選用了3D、三維、立體、電視、TV、視頻、圖像、傳輸、傳送、發(fā)送、調(diào)制等關(guān)鍵詞。將檢索時間限定為2001年至2010年，之所以將起始時間設定為2001年是因為通過檢索發(fā)現(xiàn)2001年之前有關(guān)立體電視傳輸技術(shù)的專利申請量非常少，幾乎可以忽略不計，這也說明了立體電視傳輸技術(shù)的發(fā)展相對較晚，是從本世紀初才開始有所進展。需要說明的是，由于2010年的很多專利申請未滿18個月尚未公開，因此本文中提到的2010年的申請量應該小于實際申請量。

2.2 立體電視傳輸技術(shù)專利申請情況的總體分析

采用上述關(guān)鍵詞進行檢索，在CPRSABS中共獲得已公開的專利申請346件，其中以立體電視傳輸技術(shù)為發(fā)明主題的專利申請共90件，本文主要針對上述90件專利申請進行統(tǒng)計分析。

在這90件專利申請中，發(fā)明專利申請80件，實用新型專利申請10件。圖1示出了上述專利申請類型分布示意圖。從圖1中可以看出，在立體電視傳輸技術(shù)的專利申請中，絕大部分為技術(shù)水平以及創(chuàng)新水平更高的發(fā)明專利申請。

在上述80件發(fā)明專利申請中，中國大陸申請人41件，其他國家和地區(qū)申請人39件，而上述10件實用新型專利申請均是由中國大陸申請人提出的。圖2示出了上述80件發(fā)明專利申請的申請人分布示意圖，從圖2中可以看出，就發(fā)明專利申請方面，截至2010年中國大陸申請人和其他國家和地區(qū)申請人的申請量是旗鼓相當?shù)模蛯嵱眯滦蜕暾埛矫妫挥兄袊箨懮暾埲松暾垼@也說明其他國家和地區(qū)申請人在中國并不熱衷于該技術(shù)的實用新型專利申請。

圖3顯示了2001年以來以立體電視傳輸技術(shù)為主題的各年專利申請量的變化趨勢，以及期間中國大陸與其他國家和地區(qū)各自申請量的變化情況。從圖3中可以看出，立體電視傳輸技術(shù)的專利申請量總體呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，但是專利申請量并不大，這主要與立體電視傳輸技術(shù)還處于起步階段有關(guān)。雖然立體電視的概念在上個世紀初就提出來了，但是在前期，研究的熱點主要是立體顯示技術(shù)，而從本世紀初開始，隨著立體電視系統(tǒng)研發(fā)的進展，如何傳輸立體視頻以滿足觀眾對于高質(zhì)量的立體觀看效果的要求，逐漸成為一個新的研究課題。

從圖3中也可以看出，2004年出現(xiàn)了一個申請量的小高峰，尤其是其他國家和地區(qū)申請人的申請，而在這一年，以LCD為主的平板顯示屏電視機的銷售突破千萬臺大關(guān)，平板顯示屏電視機技術(shù)逐漸走向成熟[4]。此時，各大企業(yè)和研究機構(gòu)將目光紛紛轉(zhuǎn)向作為未來電視發(fā)展方向之一的立體電視技術(shù)，立體電視技術(shù)再次吸引了人們的眼球。為了顯示高質(zhì)量的立體視頻而不對現(xiàn)有的寬帶網(wǎng)絡進行較大的升級改造，立體電視傳輸技術(shù)開始成為新的研究熱點，而相應的專利申請也開始顯著增多。

此外，雖然總體的申請量并不大，但是從2007年開始，立體電視傳輸技術(shù)的專利申請量迅速增加，甚至是成倍的增長，這主要是由于2007年已經(jīng)有國外電視臺，例如日本的BS廣播，開始播放立體電視節(jié)目，立體電視的概念逐漸為消費者所熟悉和接受，市場的需求推動了立體電視傳輸技術(shù)的迅猛發(fā)展。

從圖3中還可以看出，在2007年之前，其他國家和地區(qū)的申請量基本上大于中國大陸的申請量，這說明了其他國家和地區(qū)先于中國大陸開展對立體電視傳輸技術(shù)的研究。從2007年開始到2009年，中國大陸的專利申請量開始超過了其他國家和地區(qū)的專利申請量，從中可以看出，中國的立體電視傳輸技術(shù)雖然起步相對較晚，但是也已步入快速成長期。2008年立體電視機開始商用，中國市場成為了重要的一份子，隨著立體電視產(chǎn)品走進中國家庭，觀眾對立體電視觀看效果的要求越來越高，從而對立體電視傳輸技術(shù)的要求也越來越高，立體電視傳輸技術(shù)不僅僅吸引了其他國家和地區(qū)研究者的興趣，也極大地激發(fā)了國內(nèi)申請人的研究熱情。

雖然2010年的數(shù)據(jù)小于實際申請量，但是從圖3中還是可以看出一個趨勢，那就是其他國家和地區(qū)的專利申請量在2010年又有可能超過中國大陸申請人。2009年年底的3D電影《阿凡達》的全球熱映和2010年南非世界杯的立體轉(zhuǎn)播，不僅使得3D電影受到熱捧，也使得立體電視受到了前所未有的關(guān)注，立體電視正在強勁崛起，國內(nèi)外各大企業(yè)和研究機構(gòu)都在爭先恐后地投入到立體電視傳輸技術(shù)的研發(fā)當中，而相應的專利申請之爭也會愈演愈烈。

圖4為了上述80件發(fā)明專利申請中各國申請人的比例。從圖4可以看出，發(fā)明專利申請的申請人分別屬于中國大陸、日本、韓國、中國臺灣、美國、荷蘭、墨西哥。目前中國大陸申請人在立體電視傳輸技術(shù)方面的專利申請量占據(jù)了領(lǐng)先地位。其次分別是日本和韓國，而其他的國家和地區(qū)的在華專利申請量相對較少。眾所周知，日本和韓國在立體電視領(lǐng)域始終走在世界前列，尤其是日本，近年來一直致力于立體電視領(lǐng)域的研發(fā)，并將2010年定為“立體電視元年”[5]，其對于立體電視技術(shù)的專利申請總是搶得頭籌。目前，立體電視傳輸技術(shù)正處于上升發(fā)展期，可以預見到不久的將來，日本、韓國等立體電視研發(fā)強國在我國乃在世界范圍內(nèi)的相關(guān)專利申請量還會大大增加。同時可以看到，其他國家和地區(qū)有關(guān)立體電視傳輸技術(shù)的在華專利申請也陸續(xù)開始。

2.3 4種立體電視傳輸方式的專利申請情況

在上述以立體電視傳輸技術(shù)為發(fā)明主題的90件專利申請中，通過大致的檢索統(tǒng)計，其中涉及雙路信號獨立傳輸?shù)臑?9件（占32%）、涉及主動式立體信號傳輸?shù)臑?9件（占21%）、涉及被動式立體信號傳輸?shù)臑?6件（占29%）、涉及“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸?shù)臑?6件（占18%）。

圖5示出了上述4種傳輸方式的申請情況示意圖，可以看出，在目前的在華專利申請中，傳統(tǒng)的雙路信號獨立傳輸方式比重相對較大，在閱讀專利文獻中發(fā)現(xiàn)，尤其是在前期該種傳輸方式的申請所占比重較大，然而由于該種傳輸方式所需的比特率是普通二維電視信號的兩倍，對傳統(tǒng)的電視設備是一個極大的挑戰(zhàn)，近年來相對其他3種傳輸方式不再成為研究的熱點。被動式立體信號傳輸方式以其實現(xiàn)方便簡單、無需對現(xiàn)有設備進行太多的升級、節(jié)省帶寬等優(yōu)點被現(xiàn)已面市的大部分立體電視系統(tǒng)所采用，也是各大企業(yè)和研究機構(gòu)的研究重點，因此其相應的專利申請數(shù)量也較多。主動式立體信號傳輸方式，其傳輸比特率相比被動式方式要高，但是其顯示效果相對要好，因此也成為研究的重點和專利申請的熱點。“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸方式不僅能使僅有二維視頻解碼器的觀眾可以正常地觀看二維視頻，實現(xiàn)了二維視頻的后向兼容，而且只需要附加不多的信息量就可以傳輸立體元數(shù)據(jù)，對傳輸比特率要求不高，因此近年來該種傳輸方式成為后起之秀，相應的專利申請也處于上升趨勢。

3 立體電視傳輸技術(shù)主要專利申請人的專利特點

上文已經(jīng)介紹了立體電視傳輸技術(shù)以及該技術(shù)在中國的專利申請情況，下面就主要申請人的專利申請情況進行簡要介紹和分析。

在上述90件發(fā)明主題為立體電視傳輸技術(shù)的專利申請中，申請量在5件以上的國內(nèi)外申請人共3家，分別是日本的索尼公司、中國的華為技術(shù)有限公司以及韓國的三星電子株式會社，如表1所示。下面將通過分析上述3家公司近年來的相關(guān)專利申請情況，探尋該3家公司的專利申請?zhí)攸c。

表1 立體電視傳輸技術(shù)申請人申請量排序

3.1 索尼公司

如前所述，日本的立體電視技術(shù)研究始終處于世界領(lǐng)先水平，作為日本立體電視技術(shù)領(lǐng)跑者的索尼公司將立體電視作為未來經(jīng)營的重點，正在打造“完善的立體電視產(chǎn)業(yè)鏈布局”。

索尼公司在中國申請的以立體電視傳輸技術(shù)為主題的專利申請共10件，其中2004年1件、2009年2件、2010年8件。從上述數(shù)據(jù)可以看出，索尼公司的在華專利申請呈現(xiàn)非常快速的上升趨勢，由此也可以看出索尼公司在立體電視傳輸技術(shù)方面的發(fā)展速度之快。

此外，索尼公司的申請內(nèi)容涉及到對上文提到的立體電視各種傳輸方式的改進，呈現(xiàn)出遍地開花的局面，既有解決如何在有限的帶寬內(nèi)傳輸高質(zhì)量的立體視頻這一技術(shù)難題的申請，又有解決如何提高觀眾的舒適度、提高真實而立體的觀看效果以及如何簡化發(fā)明等細節(jié)問題的申請。下面給出3件索尼公司專利申請的實例，以展示其要解決技術(shù)問題的多樣性。

CN101873507A涉及雙路信號獨立傳輸技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上，將關(guān)于屏幕尺寸的信息從接收裝置提供到傳輸裝置，并且適合屏幕尺寸的立體圖像數(shù)據(jù)從傳輸裝置傳輸?shù)浇邮昭b置，從而可顯示適合屏幕尺寸的立體圖像而不增加用戶的工作量。

CN101841685A涉及被動式立體信號傳輸技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上，應用去隔行的同步控制，使得針對第一輸入圖像信號的去隔行和針對第二輸入信號的去隔行具有相同類型，因此可以減少或者避免基于第一輸出圖像信號的左眼圖像和基于第二輸出圖像信號的右眼圖像之間的圖像質(zhì)量差異，從而可以降低在觀看三維圖像期間在圖像質(zhì)量方面的不舒適感受。

CN101742345A涉及“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上，提出了當三維圖像信號傳送到接收機時，采用雙鏈路信號傳輸線用于三維圖像信號的傳輸，執(zhí)行二維圖像信號的信號分離，從而保證二維圖像信號的梯度不降低。

3.2 華為技術(shù)有限公司

華為技術(shù)有限公司作為世界著名的通信公司，在立體電視傳輸領(lǐng)域也有所涉獵。

華為公司的國家申請中有關(guān)立體電視傳輸技術(shù)的專利申請量為6件，其中，2007年2件，2008年4件。從專利申請的時間分布來說，華為公司在該領(lǐng)域的專利申請起步較晚，申請量呈現(xiàn)逐步上升趨勢。

此外，從其在該領(lǐng)域?qū)＠暾埖膬?nèi)容方面來看，華為公司作為世界領(lǐng)先的信息與通信解決方案供應商，在立體電視傳輸方面也結(jié)合其企業(yè)自身的特點，申請的專利大部分都是關(guān)于立體電視視頻通信和遠程呈現(xiàn)方面，采用現(xiàn)有的通信信道，依據(jù)通信控制傳輸立體視頻，從而將立體顯示方式應用于家庭通信、商務會議等領(lǐng)域，拓展了立體電視的覆蓋范圍，因此華為公司的申請具有極富企業(yè)特色的特征。此外，華為公司的申請采用的傳輸方式主要集中在雙路信號獨立傳輸和“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸。下面給出2件華為公司專利申請的實例。

CN101453662A涉及雙路信號獨立傳輸技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上，采用分組網(wǎng)絡發(fā)送立體視頻數(shù)據(jù)，并進行實時傳輸，在接收端可以實時接收所述立體視頻流并進行渲染，使得用戶可以遠程看到實時的立體圖像，實現(xiàn)遠程的立體視頻通信，從而提升了用戶體驗。

CN101668219A涉及“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸技術(shù)，通過可直接輸出場景深度圖的圖像采集裝置采集場景的深度圖，獲得的深度圖準確可靠，且深度圖采集實時性強，根據(jù)深度圖獲得的各虛擬視點的視頻圖像效果好、準確，可反映場景的真實效果；同時根據(jù)圖像采集裝置獲得的場景的多幅彩色圖，可對只由一幅彩色圖重構(gòu)產(chǎn)生的空洞進行修補，使得重構(gòu)出的視頻圖像更加準確，提高了虛擬視點圖像的重構(gòu)效果，具有較強的實用性。

3.3 三星電子株式會社

在液晶電視產(chǎn)業(yè)上占有先機的韓國三星公司，在立體電視技術(shù)領(lǐng)域也處于領(lǐng)先地位，并且已經(jīng)成為立體電視生產(chǎn)的生力軍[4]。

三星公司在中國申請的有關(guān)立體電視傳輸技術(shù)的專利申請共5件，其中，2006年1件、2007年1件、2008年2件，2010年1件。從上述數(shù)據(jù)可以看出三星公司的在華專利申請量目前來看還處于平緩狀態(tài)。

但是三星公司與索尼公司一樣，其申請內(nèi)容也包括對立體電視各種傳輸方式的改進，解決的技術(shù)問題既有如何節(jié)省帶寬，又有提高顯示效果等各方面細節(jié)問題。

例如CN101715651A涉及被動式立體信號傳輸技術(shù)，其基于塊將基本視點圖像的信息與附加視點圖像的信息進行組合，因此基于塊的壓縮/通信標準可應用于所述信息，從而允許有效的圖像壓縮。

4 小結(jié)

通過上述分析可以看出，目前在中國申請的以立體電視傳輸技術(shù)為主題的專利申請呈現(xiàn)出以下特征：

1）處于上升趨勢。由于立體電視傳輸技術(shù)起步較晚，目前在中國的申請量并不大，但是近幾年來隨著立體電視技術(shù)的迅猛發(fā)展和立體電視產(chǎn)品的上市，該技術(shù)日漸受到關(guān)注，相應的專利申請量也增長迅速。

2）各種傳輸方式爭奇斗艷。對于主動式傳輸方式來說，若要得到較好的顯示效果則需要較高的傳輸比特率以及需要對軟硬件進行升級，否則得到的畫面質(zhì)量較差、收看效果欠佳；對于被動式傳輸方式來說由于分辨力一分為二，圖像清晰度低、顯示效果較差；對于“二維信號+立體元數(shù)據(jù)”傳輸方式，立體元數(shù)據(jù)很難獲得，并且精度不高，影響立體顯示的真實性。然而，雖然這3種傳輸技術(shù)存在上述缺點，但是依然是目前的研究重點，在專利申請量方面并沒有特別大的差距。而以最早出現(xiàn)的雙路信號獨立傳輸方式為主題的專利申請在前期申請量相對較多，近年來所占比例逐漸減小。

3）低帶寬、高質(zhì)量依然是待攻克的技術(shù)難題。雖然有關(guān)立體電視傳輸?shù)募夹g(shù)創(chuàng)新有所突破，但是從專利申請內(nèi)容來看，幾乎全部是對已經(jīng)提出的幾種傳輸方式進行的小改進，而這些專利申請所解決的技術(shù)問題大部分都不是“怎樣在有限的帶寬內(nèi)傳輸高質(zhì)量的立體視頻”這一技術(shù)難題。雖然相對于立體電視系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)如圖像顯示技術(shù)等的迅猛發(fā)展，傳輸技術(shù)還處于起步階段，也是一個技術(shù)難點，但是如果傳輸技術(shù)不能很好地解決上述技術(shù)難題，則勢必會成為阻礙立體電視技術(shù)的發(fā)展的瓶頸。

[1]王元慶.立體電視技術(shù)體系與研究現(xiàn)狀[J].信息技術(shù)與標準化，2010（9）：20-23.

[2]王豐，李小蘭.立體電視傳輸方法研究[J].廣播電視信息，2010（8）：51-54.

[3]李小蘭.立體電視編碼傳輸技術(shù)及業(yè)務實現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2010，34（11）：6-11.

[4]陶然.迎接3D電視元年[J].電子產(chǎn)品世界，2010（5）：9-11.

[5]爾東.3D電視在日本的現(xiàn)況與發(fā)展[J].衛(wèi)星電視與寬帶度媒體，2011（1）：21-22.