數字家庭領域中國發明專利分析

趙 洋，黃 菲，姜 娜，郝庭基，楊 棟

（國家知識產權局專利局 專利審查協作北京中心，北京 100190）

數字家庭融合家庭控制網絡和多媒體信息網絡于一體，實現娛樂、通信、家電、安保、水電氣熱等設備的互聯和管理，與外部網絡相通，支持用戶方便快捷、隨時隨地實現控制與信息分享[1]。數字家庭也稱為智能家居（Smart-Home），美國首先出現了真正意義上的智能型建筑，揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。在我國香港和臺灣地區，數字家庭又被稱為數碼家庭、數碼家居。數字家庭還被稱為家庭自動化（Home Automation）、電子家庭（Electronic Home、E-home）等。

數字家庭產業是工業和信息化部“十二五”期間重點發展的產業，隨著我國中央網絡安全和信息化小組的成立，建設網絡強國提升至國家戰略層面，寬帶網絡基礎設施建設已全面啟動，智能電視等適應數字家庭需求的各類數字化智能終端產品不斷出現，這些都將極大促進數字家庭技術的發展和應用。

數字家庭技術在國內的發明專利申請量呈現了較快增長，本文通過對數字家庭領域的發明專利申請進行檢索和統計分析，得出該領域發明專利申請分布情況和發展趨勢，供相關領域的企業參考。

1 研究方法和數據說明

本文以CNABS專利摘要檢索數據庫公開的文獻為基礎，采用國際專利分類IPC對數字家庭領域的中國發明專利申請結構統計分析。采用CNABS數據庫是基于其分類號和關鍵詞經過數據加工，不易遺漏文獻。由于數字家庭領域涉及技術較多，比如網關、機頂盒、協議棧等，在IPC中的分類號不唯一，故在檢索過程中以分類號與關鍵詞相結合進行，具體涉及的IPC分類號有 H04L12/28、H04L29/06、H04L12/66、H04L29/08、H04L12/24、H04N7/173和H04N7/26等；具體采用的中文關鍵詞有數字家庭、智能家居、電子家庭、網關、機頂盒、網絡、協議棧、信息管理、控制、分享、交換、備份、共享等，英文關鍵詞有digital home、digital family、smart home、electronic home、home automation、set-top box、graphical user interface、digital TV、gateway、network 和shar+等。

2 發明專利申請總體分析

在CNABS檢索得到的1 094篇文獻中（檢索統計日為2014年3月8日，不含外觀設計專利），發明專利（含申請公開）為622篇，多于實用新型專利的472篇，其中實用新型專利占全部文獻的43.14%，占已授權發明專利和實用新型專利的78.15%，已授權的發明專利為132篇，占全部文獻的12.06%，占發明專利（含申請公開）文獻的21.22%。可見在已授權專利中，絕大多數是技術含量較低、保護期限較短的實用新型專利，技術含量較高、保護期限較長的發明專利無論數量還是比例都處于較低水平。當然不排除2012—2013年的申請仍有部分處于未決法律狀態中，使得統計存在一定的誤差。另外檢索發現將關鍵詞限定在基本索引中會引入不少與數字家庭領域無關或不密切的文獻，為了盡可能減少此類噪聲影響，檢索中關鍵詞更多限定在標題索引中。

從圖1繪制的2002—2013年專利申請量變化趨勢圖可知，在中國的發明專利申請中，在2002—2009年數字家庭方面申請量較低，從2010年開始申請量有了較大的提升，數量穩定在100～120件之間，其中2013年的數據由于部分數據未公開存在遺漏。

圖1 2002—2013年專利申

從圖2可知，目前我國數字家庭發明專利申請的申請人主要集中在高校和企業中，高校主要有中山大學、華南理工大學和中山大學深圳研究院，企業主要有海爾、TCL、華為、中興等高新技術企業；在對申請人進行統計分析發現，中山大學對數字家庭研究較深，其申請量遙遙領先于其他申請人，在數字家庭領域的發明專利申請數量達到了148件。

圖2 主要申請人申請量分布

圖3是數字家庭領域中國發明專利申請量前十強的申請人，中山大學占據了58%的份額；青島海爾、TCL、華南理工大學、中山大學深圳研究院分別為15件左右的申請量，占比在5%～7%；華為、中興、廣東中大訊通、國家電網公司和中山愛科數字家庭分別為10件左右的申請量，占比在3%～4%。

中山大學之所以在數字家庭領域的發明專利申請量中占據一枝獨秀的地位，究其原因，與其長期以來對數字家庭的投入和付出密不可分，也與國家各部門的支持息息相關。早在2009年經工業和信息化部批準，由中山大學和廣州市番禺區聯合創建了國家數字家庭應用示范產業基地；2011年由TCL集團、中山大學聯合組建的國家數字家庭工程技術研究中心啟動；2012年國家知識產權局專文批復同意中山大學及廣州市番禺區建立國家專利產業化（廣州數字家庭）試點基地；此外中山大學還設有數字家庭教育部重點實驗室。到目前為止，中山大學已獲得授權的發明專利為23件，集中在網絡協議、遙控系統、機頂盒、遠程監控和安防管理等方向。

圖3 主要申請人所占比例分

3 主要技術發明專利申請分析

筆者綜合技術優勢、專利申請、市場需求等多種因素，選取家庭網關[2]、機頂盒[3]和安全防護[4]三個主要技術，對其發明專利申請狀況進行分析。

3.1 家庭網關

家庭網關（Residential Gateway，RG），即實現數字家庭網絡系統的“家庭網絡中央控制器”。家庭網關占據了數字家庭的關鍵位置，是連接公網和家庭私網的關鍵部件，不但承擔家庭內部對公網的訪問和交互，還許可用戶從公網上對家庭網絡的訪問和控制，以及家庭內部設備的互聯等操作。

國內對數字家庭網關的關注比較高，檢索截至日之前公開的數字家庭網關發明專利申請共有44件，但僅有6件獲得了發明專利權，其余案件或者被駁回或者處于未決的法律狀態。值得注意的是，除了高校和企業關注家庭網關之外，還有不少個人也非常關注，并積極申請了發明專利，這充分說明了網關在數字家庭領域的重要性。具體數據如表1所示。

表1 主要申請人的申請量分布

典型的數字家庭網關授權發明專利有：CN100561990C公開的數字家庭網關裝置及方法，采用FTTH接口模塊連接外部公共網絡，判斷外部公共網絡與家庭內部網絡之間傳輸的數據包，對家庭內部網絡和外部公共網絡之間的特殊數據包轉發，避免數據阻塞；CN100586179C公開的智能家居網關呈現視頻控制方法及其系統，通過數據采集端采集PAL/NTSC制式的視頻模擬信號并轉換為數字信號，經H.264編碼器編碼成H.264格式的視頻數據，通過網絡傳輸到視頻解碼器，提高視頻數據壓縮率和傳輸速度。

3.2 機頂盒

機頂盒（Set-Top Box，STB），又稱數字視頻變換盒，是連接電視機與外部信號源的設備，用于轉換壓縮的數字信號；除了轉換為電視內容外，還可以連接網絡，使用戶通過電視機欣賞網絡節目。

在公開的20件發明專利申請中，截至檢索統計日，僅有4件獲得了發明專利權，其余案件或者被駁回或者處于未決的法律狀態。在4件發明專利中，有3件為中山大學取得，另外1件發明專利為個人申請獲得。主要申請人分布如圖4所示。

典型的數字家庭機頂盒授權發明專利有：CN101282309B公開的基于雙向機頂盒的數字家庭短信發送系統，使用其包括的短信發送頻道客戶端的雙向機頂盒解析場景描述文件（SDF），在數字電視上提供客戶端界面；頻道后臺服務器通過分布式計算技術遠程調用短信發送服務器的短信發送方法；短信發送服務器的短信發送模塊將用戶輸入的手機號碼和短信內容轉換成PDU格式，通過JAVA串口向短信發送機發送短信發送指令，將數字家庭產業和短信業務結合；CN101847331B公開的基于雙向機頂盒的數字家庭教育系統，使用其包括的頻道后臺服務器解析雙向機頂盒送來的用戶請求數據，調用相應模塊處理互動教育請求、教育頻道請求，由教育提供服務端的相應服務器提供互動教育服務及頻道查詢、點播、定制服務，使用戶通過數字電視獲取教育相關業務。

圖4 主要申請人申請量分布

3.3 安全防護

由于數字家庭將計算機、家電設備、通信和多媒體等多領域內容相融合，雖然在通信交互和數據共享上方便了用戶，但也有利于木馬病毒的傳播，以及信息的盜取，不利于版權的保護。因此數字家庭的安全防護十分重要，首先要確保只有合法用戶才可以訪問家庭網絡，其次確保訪問對象所在的平臺可信任。

檢索統計日之前公開的數字家庭安全防護方向的發明專利申請有20件，僅有2件獲得發明專利權，其余案件或者被駁回或者處于未決的法律狀態；2件發明專利中，1件為華為技術有限公司申請，另1件為中山大學申請。主要申請人分布如圖5所示。

圖5 主要申請人申請量分布

典型的數字家庭安全防護的授權發明專利有：CN100442738C公開的數字家庭網絡中的權限管理方法及家庭網絡系統，通過設置內容權限控制表、家庭網絡內容訪問控制列表、設備內容訪問控制列表，控制內容在家庭域內的權限、域外輸出權限以及用戶訪問權限，滿足家庭網絡不同權限的需求；CN100469030C公開的用于數字家庭網絡的信息資源權限管理方法中，家庭網絡端具有家庭外部用戶的信息驗證模塊、具有用戶使用權限數據的家庭網絡數據庫、加密模塊、發送模塊、權限聲明核對模塊，加密模塊與權限管理方法綜合非對稱式加密算法和對稱式加密算法設計，防范非家庭用戶非法獲取數字家庭網絡內信息、對各種信息的非法篡改，以及其他非法操作。

4 技術發展趨勢及給國內企業的建議

4.1 技術發展趨勢

根據數字家庭領域新近的研究熱點，在專利庫中進行了相應的檢索，以期獲知新技術的專利申請狀況。

1）基于圖像或動作捕獲控制的數字家庭技術

除了常用的語音輸入、鍵盤輸入、觸摸輸入等手段實現控制功能外，基于圖像或動作的輸入也逐漸成為實現控制的新的輸入手段；筆者使用關鍵詞圖像（image）、動作（action）、眼神（eyesight/express+in eyes）、手勢（gesture）、表情（expression/facial）、捕獲（capture）結合數字家庭的表達在CNABS庫中檢索，結果為0篇；可見在基于圖像或動作捕獲控制的數字家庭技術是近年來一個新的研究方向，因而還沒有相關的專利申請。

2）移動互聯網、云計算與數字家庭的具體結合

雖然已經有了移動互聯網、云計算與數字家庭結合的文獻，但解決具體結合的技術問題的文獻，尤其是專利文獻比較稀少。

筆者使用關鍵詞手機APP（mobile app）、移動互聯網（mobile internet）、智能手機（smart phone）等關鍵詞結合數字家庭的表達在CNABS中檢索，得到4篇發明文獻和1篇實用新型文獻；使用云計算（cloud computing）、網格計算（grid computing）、云服務（cloud service）、云技術（cloud technology）、移動辦公（mobile office）等關鍵詞結合數字家庭的表達在CNABS中檢索，得到9篇發明文獻和5篇實用新型文獻；查閱上述文獻，僅僅提及移動互聯網、云計算可應用于數字家庭上，并未深入研究具體結合的技術問題及解決方法。

4.2 針對國內高校及企業的建議

1）搶占專利高地

數字家庭技術仍處于發展階段，及時追蹤技術發展、掌握國內外專利狀況、開拓創新思路，對于有價值的研究方向，采取合理的專利策略布局，及時搶占專利高地，在相關領域的專利池中占據自己的一席之地，在日后可能出現的專利戰中處于有利地位。由于專利保護受地域限制，對于有價值的基礎性專利，不僅要搶占國內專利的高地，同時還要搶占歐美等國家或地區的專利高地，在國際舞臺上形成核心競爭力，贏得話語權。

2）加強產學研的合作

通過上述分析，以中山大學為代表的高校在該領域開展了很多研究，而企業與高校聯合研究、企業單獨研究申請的專利數目較少。高校關注新興技術，企業注重市場應用，若企業與高校聯合，開發出受市場歡迎的核心技術，可以彌補自身不足，實現優勢互補。

5 結語

近幾年來，數字家庭發展迅速，眾多互聯網企業也逐步進入該領域，市場競爭將會越來越激烈。國內企業要從長遠利益出發，重視基礎研究，開展與高校的聯合開發，注重知識產權保護，合理運用專利工具，占據有利地位。

[1] 賴敏，高薇，儲妮晟.數字家庭發展現狀分析[J].通信技術，2013，46（2）：58-61.

[2] 孫卓，高毅，李新國，等.基于智能電視機頂盒的下一代數字家庭網關設計[J].有線電視技術，2013（6）：102-104.

[3] 格蘭研究.智能機頂盒助力數字家庭[J].電視技術，2013，37（12）：6-7.

[4] 張淑娟.基于數字家庭網關的身份認證平臺的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2012.