立体电视传输技术的专利分析

王 芳

（国家知识产权局 专利局 通信发明审查部，北京 100088）

立体电视又被称为三维电视、3D电视，其利用人的双眼从不同角度观看同一场景，左右眼看到的图像存在一些差异（即视差），从而在大脑中形成立体的视觉，使观众能够在欣赏节目时产生身临其境的感觉。立体电视是继高清电视之后又一个新的发展方向，近年来获得了高速发展。立体电视系统一般包括立体图像采集、编码、传输和显示[1]，其中传输是连接立体视频采集和显示的重要环节，如何在有限的带宽内传输高质量的立体视频是立体电视传输技术的关键。

1 立体电视传输技术介绍

立体电视传输方式主要分为双路信号独立传输、主动式立体信号传输、被动式立体信号传输和“二维信号+立体元数据”传输[2]。其中，双路信号独立传输方式要对左右双路视频分别进行独立编码传输，在接收端输出双路视频信号到拥有双解码器的电视显示器上，再通过佩戴专业的立体眼镜收看。主动式立体信号传输方式主要针对用快门式眼镜的立体电视收看方式，立体信号作为左右眼视图的交替帧进行编码和传输。被动式立体信号传输方式主要针对采用偏振光眼镜的立体电视收看方式，在屏上奇数行显示L信号，偶数行显示R信号，L和R信号并行传输。“二维信号+立体元数据”[3]传输方式在对传统的二维视频进行传输的同时配以相应的深度、差异或DOT信息。

目前，在中国的专利申请中，上述4种立体电视传输方式都有所涉及，且专利申请量在逐年增加，专利申请的侧重点也是多种多样的。

2 立体电视传输技术的专利分析

2.1 样本构成

本文的专利数据库采用中国专利文摘数据库CPRS⁃ABS，该数据库收录了1985年至今中国所有的专利文摘信息，数据覆盖全面、数据项丰富。主要采用关键词对立体电视传输技术进行检索，选用了3D、三维、立体、电视、TV、视频、图像、传输、传送、发送、调制等关键词。将检索时间限定为2001年至2010年，之所以将起始时间设定为2001年是因为通过检索发现2001年之前有关立体电视传输技术的专利申请量非常少，几乎可以忽略不计，这也说明了立体电视传输技术的发展相对较晚，是从本世纪初才开始有所进展。需要说明的是，由于2010年的很多专利申请未满18个月尚未公开，因此本文中提到的2010年的申请量应该小于实际申请量。

2.2 立体电视传输技术专利申请情况的总体分析

采用上述关键词进行检索，在CPRSABS中共获得已公开的专利申请346件，其中以立体电视传输技术为发明主题的专利申请共90件，本文主要针对上述90件专利申请进行统计分析。

在这90件专利申请中，发明专利申请80件，实用新型专利申请10件。图1示出了上述专利申请类型分布示意图。从图1中可以看出，在立体电视传输技术的专利申请中，绝大部分为技术水平以及创新水平更高的发明专利申请。

在上述80件发明专利申请中，中国大陆申请人41件，其他国家和地区申请人39件，而上述10件实用新型专利申请均是由中国大陆申请人提出的。图2示出了上述80件发明专利申请的申请人分布示意图，从图2中可以看出，就发明专利申请方面，截至2010年中国大陆申请人和其他国家和地区申请人的申请量是旗鼓相当的，而就实用新型申请方面，只有中国大陆申请人申请，这也说明其他国家和地区申请人在中国并不热衷于该技术的实用新型专利申请。

图3显示了2001年以来以立体电视传输技术为主题的各年专利申请量的变化趋势，以及期间中国大陆与其他国家和地区各自申请量的变化情况。从图3中可以看出，立体电视传输技术的专利申请量总体呈现逐年上升的趋势，但是专利申请量并不大，这主要与立体电视传输技术还处于起步阶段有关。虽然立体电视的概念在上个世纪初就提出来了，但是在前期，研究的热点主要是立体显示技术，而从本世纪初开始，随着立体电视系统研发的进展，如何传输立体视频以满足观众对于高质量的立体观看效果的要求，逐渐成为一个新的研究课题。

从图3中也可以看出，2004年出现了一个申请量的小高峰，尤其是其他国家和地区申请人的申请，而在这一年，以LCD为主的平板显示屏电视机的销售突破千万台大关，平板显示屏电视机技术逐渐走向成熟[4]。此时，各大企业和研究机构将目光纷纷转向作为未来电视发展方向之一的立体电视技术，立体电视技术再次吸引了人们的眼球。为了显示高质量的立体视频而不对现有的宽带网络进行较大的升级改造，立体电视传输技术开始成为新的研究热点，而相应的专利申请也开始显著增多。

此外，虽然总体的申请量并不大，但是从2007年开始，立体电视传输技术的专利申请量迅速增加，甚至是成倍的增长，这主要是由于2007年已经有国外电视台，例如日本的BS广播，开始播放立体电视节目，立体电视的概念逐渐为消费者所熟悉和接受，市场的需求推动了立体电视传输技术的迅猛发展。

从图3中还可以看出，在2007年之前，其他国家和地区的申请量基本上大于中国大陆的申请量，这说明了其他国家和地区先于中国大陆开展对立体电视传输技术的研究。从2007年开始到2009年，中国大陆的专利申请量开始超过了其他国家和地区的专利申请量，从中可以看出，中国的立体电视传输技术虽然起步相对较晚，但是也已步入快速成长期。2008年立体电视机开始商用，中国市场成为了重要的一份子，随着立体电视产品走进中国家庭，观众对立体电视观看效果的要求越来越高，从而对立体电视传输技术的要求也越来越高，立体电视传输技术不仅仅吸引了其他国家和地区研究者的兴趣，也极大地激发了国内申请人的研究热情。

虽然2010年的数据小于实际申请量，但是从图3中还是可以看出一个趋势，那就是其他国家和地区的专利申请量在2010年又有可能超过中国大陆申请人。2009年年底的3D电影《阿凡达》的全球热映和2010年南非世界杯的立体转播，不仅使得3D电影受到热捧，也使得立体电视受到了前所未有的关注，立体电视正在强劲崛起，国内外各大企业和研究机构都在争先恐后地投入到立体电视传输技术的研发当中，而相应的专利申请之争也会愈演愈烈。

图4为了上述80件发明专利申请中各国申请人的比例。从图4可以看出，发明专利申请的申请人分别属于中国大陆、日本、韩国、中国台湾、美国、荷兰、墨西哥。目前中国大陆申请人在立体电视传输技术方面的专利申请量占据了领先地位。其次分别是日本和韩国，而其他的国家和地区的在华专利申请量相对较少。众所周知，日本和韩国在立体电视领域始终走在世界前列，尤其是日本，近年来一直致力于立体电视领域的研发，并将2010年定为“立体电视元年”[5]，其对于立体电视技术的专利申请总是抢得头筹。目前，立体电视传输技术正处于上升发展期，可以预见到不久的将来，日本、韩国等立体电视研发强国在我国乃在世界范围内的相关专利申请量还会大大增加。同时可以看到，其他国家和地区有关立体电视传输技术的在华专利申请也陆续开始。

2.3 4种立体电视传输方式的专利申请情况

在上述以立体电视传输技术为发明主题的90件专利申请中，通过大致的检索统计，其中涉及双路信号独立传输的为29件（占32%）、涉及主动式立体信号传输的为19件（占21%）、涉及被动式立体信号传输的为26件（占29%）、涉及“二维信号+立体元数据”传输的为16件（占18%）。

图5示出了上述4种传输方式的申请情况示意图，可以看出，在目前的在华专利申请中，传统的双路信号独立传输方式比重相对较大，在阅读专利文献中发现，尤其是在前期该种传输方式的申请所占比重较大，然而由于该种传输方式所需的比特率是普通二维电视信号的两倍，对传统的电视设备是一个极大的挑战，近年来相对其他3种传输方式不再成为研究的热点。被动式立体信号传输方式以其实现方便简单、无需对现有设备进行太多的升级、节省带宽等优点被现已面市的大部分立体电视系统所采用，也是各大企业和研究机构的研究重点，因此其相应的专利申请数量也较多。主动式立体信号传输方式，其传输比特率相比被动式方式要高，但是其显示效果相对要好，因此也成为研究的重点和专利申请的热点。“二维信号+立体元数据”传输方式不仅能使仅有二维视频解码器的观众可以正常地观看二维视频，实现了二维视频的后向兼容，而且只需要附加不多的信息量就可以传输立体元数据，对传输比特率要求不高，因此近年来该种传输方式成为后起之秀，相应的专利申请也处于上升趋势。

3 立体电视传输技术主要专利申请人的专利特点

上文已经介绍了立体电视传输技术以及该技术在中国的专利申请情况，下面就主要申请人的专利申请情况进行简要介绍和分析。

在上述90件发明主题为立体电视传输技术的专利申请中，申请量在5件以上的国内外申请人共3家，分别是日本的索尼公司、中国的华为技术有限公司以及韩国的三星电子株式会社，如表1所示。下面将通过分析上述3家公司近年来的相关专利申请情况，探寻该3家公司的专利申请特点。

表1 立体电视传输技术申请人申请量排序

3.1 索尼公司

如前所述，日本的立体电视技术研究始终处于世界领先水平，作为日本立体电视技术领跑者的索尼公司将立体电视作为未来经营的重点，正在打造“完善的立体电视产业链布局”。

索尼公司在中国申请的以立体电视传输技术为主题的专利申请共10件，其中2004年1件、2009年2件、2010年8件。从上述数据可以看出，索尼公司的在华专利申请呈现非常快速的上升趋势，由此也可以看出索尼公司在立体电视传输技术方面的发展速度之快。

此外，索尼公司的申请内容涉及到对上文提到的立体电视各种传输方式的改进，呈现出遍地开花的局面，既有解决如何在有限的带宽内传输高质量的立体视频这一技术难题的申请，又有解决如何提高观众的舒适度、提高真实而立体的观看效果以及如何简化发明等细节问题的申请。下面给出3件索尼公司专利申请的实例，以展示其要解决技术问题的多样性。

CN101873507A涉及双路信号独立传输技术，在现有技术的基础上，将关于屏幕尺寸的信息从接收装置提供到传输装置，并且适合屏幕尺寸的立体图像数据从传输装置传输到接收装置，从而可显示适合屏幕尺寸的立体图像而不增加用户的工作量。

CN101841685A涉及被动式立体信号传输技术，在现有技术的基础上，应用去隔行的同步控制，使得针对第一输入图像信号的去隔行和针对第二输入信号的去隔行具有相同类型，因此可以减少或者避免基于第一输出图像信号的左眼图像和基于第二输出图像信号的右眼图像之间的图像质量差异，从而可以降低在观看三维图像期间在图像质量方面的不舒适感受。

CN101742345A涉及“二维信号+立体元数据”传输技术，在现有技术的基础上，提出了当三维图像信号传送到接收机时，采用双链路信号传输线用于三维图像信号的传输，执行二维图像信号的信号分离，从而保证二维图像信号的梯度不降低。

3.2 华为技术有限公司

华为技术有限公司作为世界著名的通信公司，在立体电视传输领域也有所涉猎。

华为公司的国家申请中有关立体电视传输技术的专利申请量为6件，其中，2007年2件，2008年4件。从专利申请的时间分布来说，华为公司在该领域的专利申请起步较晚，申请量呈现逐步上升趋势。

此外，从其在该领域专利申请的内容方面来看，华为公司作为世界领先的信息与通信解决方案供应商，在立体电视传输方面也结合其企业自身的特点，申请的专利大部分都是关于立体电视视频通信和远程呈现方面，采用现有的通信信道，依据通信控制传输立体视频，从而将立体显示方式应用于家庭通信、商务会议等领域，拓展了立体电视的覆盖范围，因此华为公司的申请具有极富企业特色的特征。此外，华为公司的申请采用的传输方式主要集中在双路信号独立传输和“二维信号+立体元数据”传输。下面给出2件华为公司专利申请的实例。

CN101453662A涉及双路信号独立传输技术，在现有技术的基础上，采用分组网络发送立体视频数据，并进行实时传输，在接收端可以实时接收所述立体视频流并进行渲染，使得用户可以远程看到实时的立体图像，实现远程的立体视频通信，从而提升了用户体验。

CN101668219A涉及“二维信号+立体元数据”传输技术，通过可直接输出场景深度图的图像采集装置采集场景的深度图，获得的深度图准确可靠，且深度图采集实时性强，根据深度图获得的各虚拟视点的视频图像效果好、准确，可反映场景的真实效果；同时根据图像采集装置获得的场景的多幅彩色图，可对只由一幅彩色图重构产生的空洞进行修补，使得重构出的视频图像更加准确，提高了虚拟视点图像的重构效果，具有较强的实用性。

3.3 三星电子株式会社

在液晶电视产业上占有先机的韩国三星公司，在立体电视技术领域也处于领先地位，并且已经成为立体电视生产的生力军[4]。

三星公司在中国申请的有关立体电视传输技术的专利申请共5件，其中，2006年1件、2007年1件、2008年2件，2010年1件。从上述数据可以看出三星公司的在华专利申请量目前来看还处于平缓状态。

但是三星公司与索尼公司一样，其申请内容也包括对立体电视各种传输方式的改进，解决的技术问题既有如何节省带宽，又有提高显示效果等各方面细节问题。

例如CN101715651A涉及被动式立体信号传输技术，其基于块将基本视点图像的信息与附加视点图像的信息进行组合，因此基于块的压缩/通信标准可应用于所述信息，从而允许有效的图像压缩。

4 小结

通过上述分析可以看出，目前在中国申请的以立体电视传输技术为主题的专利申请呈现出以下特征：

1）处于上升趋势。由于立体电视传输技术起步较晚，目前在中国的申请量并不大，但是近几年来随着立体电视技术的迅猛发展和立体电视产品的上市，该技术日渐受到关注，相应的专利申请量也增长迅速。

2）各种传输方式争奇斗艳。对于主动式传输方式来说，若要得到较好的显示效果则需要较高的传输比特率以及需要对软硬件进行升级，否则得到的画面质量较差、收看效果欠佳；对于被动式传输方式来说由于分辨力一分为二，图像清晰度低、显示效果较差；对于“二维信号+立体元数据”传输方式，立体元数据很难获得，并且精度不高，影响立体显示的真实性。然而，虽然这3种传输技术存在上述缺点，但是依然是目前的研究重点，在专利申请量方面并没有特别大的差距。而以最早出现的双路信号独立传输方式为主题的专利申请在前期申请量相对较多，近年来所占比例逐渐减小。

3）低带宽、高质量依然是待攻克的技术难题。虽然有关立体电视传输的技术创新有所突破，但是从专利申请内容来看，几乎全部是对已经提出的几种传输方式进行的小改进，而这些专利申请所解决的技术问题大部分都不是“怎样在有限的带宽内传输高质量的立体视频”这一技术难题。虽然相对于立体电视系统其他环节如图像显示技术等的迅猛发展，传输技术还处于起步阶段，也是一个技术难点，但是如果传输技术不能很好地解决上述技术难题，则势必会成为阻碍立体电视技术的发展的瓶颈。

[1]王元庆.立体电视技术体系与研究现状[J].信息技术与标准化，2010（9）：20-23.

[2]王丰，李小兰.立体电视传输方法研究[J].广播电视信息，2010（8）：51-54.

[3]李小兰.立体电视编码传输技术及业务实现[J].电视技术，2010，34（11）：6-11.

[4]陶然.迎接3D电视元年[J].电子产品世界，2010（5）：9-11.

[5]尔东.3D电视在日本的现况与发展[J].卫星电视与宽带度媒体，2011（1）：21-22.