基于專利布局對智能家居中電視相關技術的分析

劉 淵

（國家知識產權局專利局電學部，北京 100088）

1 智能家居和智能電視的發展現狀

隨著經濟和技術水平的發展，依托互聯網、物聯網技術的飛速發展以及相關智能產品設計和制造水平的提升，智能家居（smart home）的概念已經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備控制總線的思路。1984年，美國的聯合科技公司（UTBS）在康乃狄克州的一棟舊式大樓中應用計算機、無線通信、嵌入式及互聯網等技術實現了對郵件、光照、人員出入及廣播系統等的統一控制。這是世界上首座智能化建筑，為后來的許多智能家居系統提供了啟示[1]。智能家居在20世紀90年代快速發展，1995年出現了后來成為ISO國際標準的BACnet協議，受其啟發的思科網絡社區工程、MIT的Smart Kitchen以及Arizona大學的I2SEE等多種智能家居項目隨之先后涌現。

智能家居在我國起步較晚，但是隨著近年來經濟發展和科學技術水平的提升，國內企業逐步將智能家居概念轉換為實際服務并推向市場。國內傳統家電龍頭企業海爾和TCL分別提出了“U Home”和“智能管家”等智能家居產品。作為新興科技企業代表的小米公司，更是提供了構成其完整智能家居生態的多系列產品，覆蓋家庭生活的方方面面，將用戶家庭生活中的各類產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著很大的比重。智能家居技術的成熟使得用戶能夠利用移動終端對接入家庭網絡的電視機、個人計算機、音響等娛樂設備進行管理和控制，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的重要組成部分，是計算機、網絡以及數字技術共同發展和融合的結果。通過為用戶帶來更好的交互體驗、更豐富的視聽內容，智能電視目前已取代傳統電視成為市場上主流的電視娛樂產品。根據智研咨詢網發布的《2018—2024年中國智能電視行業市場運行態勢及投資戰略咨詢報告》，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注。

基于所搭載的Android（安卓）、HarmonyOS（鴻蒙）等操作系統，當前主流的智能電視具備一定的計算和通信能力，用于執行諸如視頻內容解碼和數據傳輸之類的任務，并且能夠通過安裝各種應用程序實現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備共同接入家庭網絡，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，在由多種設備組建的分布式家庭娛樂系統中，諸如DLNA、Miracast、AirPlay等多屏互動等技術已經比較成熟，在家庭娛樂活動中被廣泛應用。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備在其他智能設備的配合下為用戶提供最佳的視聽體驗。由此可見，憑借其傳承自傳統電視設備的大尺寸屏幕（并且具有日漸大型化的趨勢），即使諸如手機、平板設備之類其他終端設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 人工智能技術在智能電視中的應用

近年來，伴隨著互聯網和相關軟硬件技術的迅速發展，作為熱門技術之一的人工智能也在智能家居場景中被廣泛應用，使得接入多種設備的智能家居環境的功能更加強大[4]。具體到智能電視的使用，人工智能技術使得語音操作、用戶使用習慣學習、個性化內容推薦等功能得以實現，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”主要體現在兩個方面，即與其他設備的協同控制和操作，用戶與智能電視的人機交互。根據中國專利摘要數據庫（CNABS）檢索的結果，截止2022年7月，與智能家居相關的專利申請超過3.5萬件，其中涉及設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。上述專利申請數據表明，無論是整體的智能家居環境還是具體的智能電視設備，相關企業技術創新的發力點都集中在設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中，智能設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的用戶反饋直接相關。筆者認為，這也是相關企業將大量研發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月聯合發布的《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，依靠基礎應用和基礎數據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邏輯和大數據運營，結合深度學習算法，分析用戶使用習慣，掌握用戶偏好和行為邏輯，以實現更精準的交互及個性化內容推薦”。從整體智能家居環境到具體的智能電視設備，應用于其中的人工智能相關技術主要涉及傳感器技術、語音識別、深度學習以及圖像識別等。結合上文的專利分析結果來看，智能電視相關的多設備協同控制和人機交互操作也正是依托上述各項技術而得以實現的[5]。

2.1 利用傳感器技術實現多設備協同控制

物聯網是將人工智能技術應用于智能家居環境的關鍵環節。各種智能家居設備通過物聯網接入而處于“在線”狀態，并且通過各種各樣的傳感器來實現智能家居環境中各種類型信息的檢測和收集，作為后續設備協同控制的判斷和觸發依據以及提供控制執行結果的記錄和反饋。智能家居環境采用的傳感器包括具有互聯網接入功能的各種類型的傳感設備，用于采集所處環境的包括溫度、濕度、亮度、移動狀態、設備工作狀態在內的各種信息和參數。如同人類用于感知環境的五官，傳感器設備就是各種智能家居設備用于感知環境的“器官”。

智能電視設備與其他設備的協同控制是基于不同設備間的數據信息通信和傳遞，而各種傳感器數據則是其中的重要組成部分。CNABS數據庫中的檢索結果顯示，涉及智能電視相關的傳感器技術應用的專利申請超過4千件，其中2011年的申請數量（75件）雖然不足百件，但是仍超過2010年申請數量（7件）的10倍以上，隨后在2年時間內快速增長至超過每年500件的數量并且直至2016年仍保持此數量水平。自2017年起，相關技術的申請數量開始呈現略有下降。上述申請年份的分析結果表明，智能電視相關的傳感器技術應用在過去十年間經歷了快速崛起、高速發展和穩定成熟的階段。進一步分析上述專利申請的申請人數據可知，其中來自國內申請人的申請數量占比達88%。在申請量超過50件的申請人中，除了長虹、創維、TCL、海信等傳統家電企業之外，也有以小米公司為代表的新興技術企業。值得注意的是，傳統上分別以計算機整機硬件和移動互聯網為代表性業務的聯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展的十年間，國內企業憑借著前一階段在家電、互聯網、移動通信等領域的技術積累以及對國內消費市場的高度適應，在國內智能電視市場的競爭中搶占了先機。各家企業都根據自身的技術優勢和特點從不同角度實現切入，力爭在該新興技術領域獲得一席之地。具體申請人分布如圖1所示。

圖1 智能電視相關傳感器技術應用的專利申請人分布

小米公司提交的申請號為201510122405.7的發明專利申請，就是智能電視設備應用傳感器技術實現多設備協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容推薦方法。其中，智能電視能夠經由關聯的終端設備獲得用戶的健康狀態信息、用戶所處地理位置的環境信息、用戶的電視觀看狀態信息等，隨后從文件庫中獲取內容關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備或者諸如空氣凈化器、體重秤之類的智能家居設備獲取用戶的健康狀態信息，而且可以記錄用戶觀看電視的時間數據，得到用戶的電視觀看狀態信息。該方法通過主動向用戶推薦與其健康信息匹配的內容，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提供的學習技能，智能電視為用戶提供了多模態的交互能力，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能夠以智能電視為載體呈現給用戶。

自然語言處理（Natural Language Processing，NLP）是人工智能領域的一個重要研究方向，是以語言為對象，利用計算機技術來分析、理解、處理自然語言的學科。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習被引入自然語言處理的研究，并在機器翻譯、問答系統、閱讀理解等領域取得了一定成功。人工智能技術的研究與相關傳統產業融合，伴隨著互聯網技術演進催生出新的需求，進而推出新的概念和產品。智能家居環境以及其中具體的智能電視設備都屬于這種技術融合的產物。

基于人工智能技術的自然語言處理在智能家居和智能電視設備中的應用，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。筆者在CNABS數據庫中檢索到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，呈現整體上升的趨勢。與上文智能電視相關的傳感器技術應用狀況相似，在上述605件專利申請中，國內申請人占據了60%以上的明顯多數，表明國內企業對于智能電視市場高度重視，具有各方向技術研發的全面意愿和能力；在著眼于相關硬件配備升級的同時，也重視通過技術創新實現智能電視用戶的使用體驗。

與傳感器技術在智能電視的應用相比，語音交互技術相關專利申請人的分布有所變化。作為互聯網新技術企業的代表，百度、騰訊、阿里巴巴等企業在這一領域的申請量均排名靠前。這一結果表明，上述企業在人工智能的研究方面具有一定技術儲備，并且以此技術優勢作為智能電視領域的切入點，在產品應用層面爭取市場份額。

語音交互功能實際上已經成為智能家居環境和智能電視產品的標準配置。對于智能電視用戶而言，傳統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境空間等方面的限制。例如，智能電視已經能夠支持遠場語音交互，基于麥克風陣列對用戶語音波形進行識別，并通過波束成形技術實現定向收聲，使得用戶在身處不同位置的情況下都能夠實現與智能電視的交互。借助于人工智能技術對用戶語音指令的學習和理解，智能電視能夠更加準確、有效地理解和預測用戶的意圖，從而實現與用戶的多輪對話。相比一問一答的傳統交互方式，智能化水平和用戶體驗明顯得到提升。

圖2 智能電視相關語音交互技術應用的專利申請人分布

作為上述人工智能語音交互應用場景的示例，百度在線網絡技術（北京）有限公司提交的申請號為202110874445.2的發明專利申請涉及一種應用于智能電視的人機交互方法，使得智能電視在滿足預設條件時進入連續對話模式，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先訓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練和學習。

人工智能技術在智能電視產品的應用上并不局限于人機交互的具體方式，還擴展到交互的內容本身。用戶對于智能電視產品的根本需求在于內容的體驗，通過交互過程滿足用戶對于內容本身的需求，提供用戶期望并使其滿意的優質內容，更能夠體現基于人工智能技術的人機交互的意義。

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容的語意分析確定用戶的情感狀態，從而能夠針對性地提供個性化內容交互體驗。例如，用戶在觀看某個視頻內容的同時說出表達喜歡與否的語句，該語句能夠被麥克風所捕捉并且由搭載人工智能技術的語言處理模塊進行分析處理，進而確定用戶對于此內容的情感或情緒反饋，如喜歡或不喜歡某個內容。經過對用戶內容觀看習慣的學習，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智能化、個性化的內容推薦，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號為201910704161.1的發明專利申請涉及一種基于用戶識別的智能電視開機內容推薦方法。在響應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，根據身份識別結果在電視開機畫面上顯示相應的節目列表。通過上述方法，智能電視能夠根據用戶身份或用戶群組的不同特征向其推薦不同的內容列表作為開機內容，使得智能電視的開機內容更具個性化和普適性。

3 智能電視領域的人工智能技術應用前景

根據CNABS數據庫中的檢索結果，2019年以來，公開/公告的涉及智能電視的人工智能技術應用的專利申請共121件。經過對上述結果進行關鍵詞統計分析后發現，這些專利申請涉及的技術點集中在智能電視用戶相關信息和數據的處理和通信等方面。上述分析結果在一定程度上反映出人工智能技術在智能電視領域的最新應用仍然延續提升用戶體驗的主線。隨著技術和市場的進一步發展，智能家居用戶對于產品組網通信、個性化內容服務、用戶隱私保護等方面的要求必然會進一步提高，相關企業需要在上述方面提升產品、系統和服務的水準，以滿足消費者的體驗需求。

隨著我國經濟和技術水平的不斷提升，人們生活水平的提高會催生多樣化、個性化的消費需求，智能家居生態及其相關產品和服務能夠在家居舒適度、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。人工智能技術本身也具有不斷學習和進化的內在屬性，在智能家居相關硬件平臺相對成熟的階段，企業的研發重點需要進一步在應用層面不斷提升用戶體驗，以拓展智能家居產品的發展空間。

4 結 語

美國、日本、韓國等國的大型企業在智能家居、智能電視領域興起之前已經完成了芯片、材料等上游技術領域的專利布局。為了應對未來不確定的國際貿易和知識產權環境，國內企業需要合理運用知識產權制度，從自身技術優勢出發進行相關領域的知識產權分析，梳理相關技術的全球發展脈絡，從而把握機會，提升自身競爭力。在國家鼓勵技術創新、重視知識產權建設的政策激勵下，國內企業更要積極參與相關技術標準的創立和實施，創建中國智能家居和智能電視的自有技術生態。