超高清視頻產業專利態勢分析

蔡 佳，韋勝鈺，黃林軼，徐華偉*

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

0 引言

隨著超高清視頻產業需求持續升級擴大，顯示高清化、超清化已成為未來發展的必然方向。人工智能（Artificial Intelligence，AI）和5G 等新興技術的發展，也為超高清視頻產業創造了更多的應用空間和可能性。新技術、新業態、新應用不斷涌現，相關技術專利布局也逐漸完善。

專利布局能同時體現產業發展趨勢和國內外關鍵技術現狀。然而，由于超高清視頻產業鏈覆蓋視頻攝錄采集、內容制作、節目傳輸以及終端呈現等多個環節，涉及多個領域的技術攻關，產業具有技術環節多、專利量大的特點，亟需一個系統的、科學的專利態勢分析研究，對專利現狀和發展趨勢進行分類整理與深度解讀。

超高清視頻產業專利態勢分析對于了解國內外專利技術發展的具體方向、主要國家/地區、企業和研發重點技術分布有重要意義，能夠為我國超高清視頻產業的發展、行業專利布局提供指導，提高技術創新等知識產權運用能力。通過專利態勢分析，可以反映產業發展現狀，為政策出臺提供數據支撐。基于專利布局的整理和分析，能夠為政府、行業相關企業研究機構提供超高清視頻產業專利布局、競爭情況以及發展趨勢全景，提供政府統籌協調、政策支持方向指引，加強全產業鏈協同合作，創造協作共贏、可持續發展的機制。

本文檢索了全球/全國超高清視頻產業相關專利申請與布局情況，就關鍵技術專利申請趨勢、全球/全國專利分布以及申請人排名進行深入研究，開展專利態勢分析，并總結了我國專利發展優劣勢，提出未來超高清視頻產業專利發展和專利布局建議。

1 產業技術圖譜

超高清視頻產業可以根據前端、傳輸、終端及應用分為幾個細分技術領域：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（指VR/AR/MR 等相關技術）、視頻增強、視頻質量評價等視頻處理與評價技術和“超高清+5G+AI”等新興技術應用得到廣泛關注和發展，相關技術創新逐漸加速發展[1]。本文將超高清視頻產業按照視頻采集、制作、傳輸與存儲、編解碼、終端顯示及新興技術應用進行分類，并對各分支技術開展專利申請情況研究和分析，產業關鍵技術分類圖譜如圖1 所示。

圖1 超高清視頻產業技術分類圖譜

2 專利概況

超高清視頻相關專利發展可分為起步期（2000—2003 年）、緩慢探索期（2004—2009 年）、快速發展期（2010—2014 年）以及飛躍增長期（2015—2019年）。當前，在超高清視頻產業強勁發展趨勢下，專利申請量呈現出持續增長和迅猛發展之勢，但由于專利數據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，因此近兩年的數據不作為趨勢分析依據[2]。超高清視頻產業各分支專利申請趨勢與申請情況如圖2 所示，數據采集起始時間為2001 年1 月。

據統計，截至2021 年12 月，全球超高清視頻技術相關專利申請超過834 萬項，全國超高清視頻技術相關專利申請達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，終端顯示技術積累較早，具有較大的專利申請量，且保持穩定增加趨勢。由于其技術分類較多，包含各類顯示芯片、顯示屏和LCD（液晶顯示器）、LED（發光二極管）、OLED（有機發光二極管）以及電子紙等新一代顯示產品和技術，因此也是專利申請總量最多、占比最多的分支。但顯示技術更新迭代快，失效專利比例也較高，目前有效專利約占39%。

圖2 超高清視頻產業專利申請整體趨勢

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”等技術的發展，視頻制作和XR 技術加速增長[3]。2014年起，“超高清+5G”“超高清 +AI”等相關技術，在2018 年后得到爆發式增長。寬帶網絡提速、5G商用的發展及AR/VR 技術等新型視聽媒體終端的興起，加大了對超高清視頻技術和內容的需求。隨著AI、5G 等新技術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業的新興應用。

各分支全球與全國專利申請數量如圖4 所示。由于各類別數據差異大，圖4 坐標軸采用對數刻度。

圖4 超高清視頻產業各分支全球與全國專利申請數量

從我國超高清視頻產業在各分支專利技術申請情況來看，中國牢抓AI、5G 網絡傳輸時代機遇，“超高清+AI”、傳輸與存儲專利申請量占據過半，處于先鋒位置。中國顯示產品的生產量和消費量穩居第一；終端顯示領域的專利申請量占據近四成，在全球扮演著越來越重要的角色。但當前我國超高清視頻產業還處于初期發展階段，產業鏈前端、傳輸端及終端技術發展相對獨立，沒有形成各環節協同發展的完整產業鏈，且新技術產品仍不成熟[4]，國內超高清前端攝錄等關鍵技術與設備主要依賴進口[5]，受國外專利壟斷，國內專利申請占比僅為25%。國內4K/8K 內容制作匱乏，國內視頻內容制作與虛實制作技術占不到10%，與全球發展存在較大差距[6]。

3 地域分布

從申請總量上看，專利技術主要分布在美、中、日、韓、歐等國家與地區，體現了各國研發實力與市場規模。全球專利申請排行如圖5 所示。其中，中國各分支專利申請量與全球排名如圖6 所示。由于各類別數據差異大，圖6 坐標軸采用對數刻度。

圖5 全球專利申請排行（前7）

圖6 各分支專利申請與排名（中國）

根據數據統計分析，美國在各分支技術專利申請上均走在前列，在視頻采集、內容制作、虛實制作等核心技術方面遙遙領先[7]。日本具備視頻核心元器件及前端采集、制作相關硬件設備專利中的前沿技術，在攝錄采集設備、光學鏡頭等技術專利中占據優勢。近年來，中國依托電子信息整機制造、應用創新以及5G 通信技術發展優勢，在視頻傳輸與存儲、終端顯示、“超高清+AI”技術領域占據一席之位，終端顯示綜合實力與專利申請國際領先[8]。但內容生產技術尚不完善，視頻制作、虛實制作技術領域差距較大，播出設備、編輯工作站以及關鍵芯片等專利技術主要掌握在國外申請人手中。視頻編解碼技術標準自2002 年來長期受國外壟斷，隨著我國AVS（Audio Video coding Standard）系列標準的組織制定和高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）、三維聲專題組等的成立，國內編解碼能力優勢漸顯，專利申請量從2015 年左右開始加速增長，并逐步超越日韓[9]。

就國內而言，全國各省市專利申請排行結果如圖7 所示。從數據可見，專利技術主要集中在廣東省、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先地位，各省市終端顯示技術專利布局較為健全，視頻制作和“超高清+5G”技術有待加強。

圖7 全國專利申請排行（前7）

廣東省由于行業發達且發展全面，在專利布局中也較領先，具有華為、創維、TCL、康佳、中興等龍頭企業與華南理工大學等一流高校，貫穿超高清視頻產業上、中、下游，為全產業鏈專利發展做出重要的貢獻。北京作為商業/貿易發達地區，愛奇藝、樂視等優秀技術申請人和清華、北大、中科院等實力高校在技術創新和專利發展上起著重要作用。江浙和上海地區集聚了百視通、咪咕視訊等國內超高清視頻內容生產、傳輸與存儲的頭部企業，提供了內容制作相關專利；上海海思、晶晨等在4K 超高清機頂盒和SoC 芯片相關專利技術方面全國領先。山東省逐漸布局了海信、海爾、華為、夏研科技等視頻傳輸、內容生產、應用服務相關企業。四川省新型顯示產業也先后匯聚了京東方、惠科、長虹等企業，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品與技術，對終端顯示專利布局有重要貢獻。

4 申請人分析

全球申請量排行可體現各公司重點技術優勢。專利申請前十二強企業分別是三星、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、4K 攝像、VR/AR、視頻增強等關鍵技術領域積累了較大的專利技術優勢，且不同公司的技術焦點各有區別。專利申請人排行如圖8 所示。由于各類別數據差異大，圖8 坐標軸采用對數刻度。

圖8 專利申請人排行（前12）

數據統計結果顯示，申請人排名前十名中，日韓申請人總體實力較強，三星、索尼等在各分支申請數均躋身前十。顯示材料、中高端顯示面板關鍵技術相關專利技術主要集中在韓國。數據傳輸與存儲領域，韓國LG、三星在專利數量上遙遙領先；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、攝錄設備、光學鏡頭等領域有優勢。國內申請數量多，但申請人均未上榜前十，龍頭企業發展實力不突出。近年來，華為奮力追趕，在傳輸與存儲和“XR”技術等相關專利中進行重點布局。京東方則在終端顯示技術專利中有突出表現[10]。

5 結語

近年來，我國超高清視頻產業關鍵技術不斷突破、產業規模不斷提升。隨著新興技術在超高清視頻產業中的應用，中國在技術應用領域實現國際領先，同時專利規模不斷擴大，自主知識產權實力逐漸提升，但仍存在明顯劣勢，一是視頻前端采集、視頻內容制作、視頻增強與質量評價等的關鍵器件、核心技術的研究發展有待進一步突破，目前專利申請熱點集中在顯示終端和技術融合應用領域，基礎創新發明專利匱乏；二是專利創新和實用性較弱，國內專利申請數量領先，但專利分散、缺乏帶動產業核心技術發展的龍頭企業，知識產權布局有待加強。

因此，基于專利態勢數據分析結果，本文提出加大創新能力建設、重視知識產權布局以及積極推動合作發展三點建議。

（1）鼓勵加強技術創新能力建設，重點針對超高清視頻產業鏈的關鍵技術和重點薄弱環節，加大企業關鍵技術攻關與創新力度。把握傳輸與存儲、終端顯示、融合應用技術等方面的優勢，彌補4K/8K視頻采集、視頻制作等方面的劣勢，鼓勵核心關鍵環節專利布局。

（2）重視知識產權布局。積極跟蹤國內外產業發展動態，加強我國超高清視頻產業自主知識產權技術布局，鼓勵前瞻性規劃布局，打破國外專利壁壘。

（3）積極推動合作發展。聯合各高校、研究機構、企業、社團聯盟等，加強“超高清視頻+5G+AI”等產業技術交流合作，同時深化國內外交流學習，學習國際先進技術與知識產權。