从国内外专利申请看IPTV中编码标准的发展

胡雅琴，赵梅芳，岳永娟

（国家知识产权局专利局 专利审查协作北京中心，北京 100190）

1 IPTV及其采用的编解码标准

IPTV（Internet Protocol Televison）是基于互联网提供的网络电视服务，简称网络电视。根据国际电信联盟标准化部门ITU-T焦点组（FGIPTV）定义，IPTV是在IP网络上传送包含电视、视频、文本、图形和数据等，并提供服务质量/体验质量（QoS/QoE）保证、安全、交互性和可靠性的可管理的多媒体业务[1-3]。在高速互联网急速发展已经覆盖家用机顶盒、手机终端、计算机、平板电脑的今天，通过IP网络来传输视频已经成为提供多媒体视频服务的主要形式之一。由于网络中各种终端用户大量的视频服务需求，视频和网络运营商都从中看到了新增的盈利点。世界各个国家的IPTV业务都在蓬勃发展中，美国的AT＆T、法国电信等拥有的IPTV用户在以逐年加快的速度进行增长。在中国，内容播控权由广电掌握，电信运营商与有IPTV牌照的机构进行合作，已经在多个城市提供服务。

全球IPTV市场发展的热点集中在欧洲、北美和亚洲地区。欧洲的IPTV市场起步较早，目前总用户数占全球一半以上，2009年以来，英、法等西欧国家市场平稳增长，波兰、捷克、斯洛文尼亚等东欧国家的IPTV市场增长迅速。在亚洲，从2009年1月起，韩国正式开通IPTV服务，到9月份，韩国IPTV用户数量就已经突破超过100万。日本和我国香港地区的IPTV用户普及度非常高。我国IPTV业务也已经拥有1400万用户。

由于IPTV主要通过网络向终端用户提供视频，视频在网络上传输首先需要编码压缩，以满足当前的网络带宽，因此，音视频编解码是IPTV的核心技术。选择何种音视频编解码标准对IPTV应用有着重大影响。选择适合IPTV的视频编码标准不仅要考虑到各项技术需求是否能够得到满足，更要综合考虑设备成本和产业化程度、专利授权费等因素。IPTV所采用的音视频编解码标准主要有：MPEG-4、H.264、AVS和微软的VC-1或WM9。

1.1 MPEG-4

MPEG-4在1998年10月定案，于1999年2月正式命名为国际标准ISO／IEC 14496。MPEG-4中提出了基于对象编码的思想，以其高质量、低传输速率等优点被广泛应用到网络多媒体、视频会议和多媒体监控等图像传输系统中。MPEG-4算法复杂度低，相应的编码效率也相对较低。

1.2 H.264

在H.264中，运动估计采用了多参考帧技术。ITU-T与ISO/IEC共同成立联合视频工作小组JVT展开H.264的制订。最终标准在ITU-T称为H.264，在ISO/IEC就称为MPEG-4 Part 10（也叫ISO/IEC 14496-10），或MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding）。H.264标准2003年11月形成标准文件，与MPEG-2相比，压缩性能提高1倍以上，但计算复杂度也增加了2倍以上。

1.3 AVS

AVS（Audio Video Coding Standard）是我国自主制定的第二代数字音视频信源标准，是基于空间和时间的预测和补偿、空域的变换及基于统计的熵编码的混合编码。AVS于2008年3月作为国标正式实施。AVS技术水平与H.264相当，突出优点是专利使用费极低（此为AVS首要核心竞争力）。为了避开H.264/AVC的专利问题，AVS选择了以往标准广泛采用的8×8整数正交变换——二维整数余弦变换（ICT），设计了自己的变换和量化过程，克服了在H.264之前所有视频压缩国际标准都存在的采用8×8DCT变换而失配的固有问题，它比H.264/AVC的4×4整数变换的去相关性能更强、更有效，可节省30%～40%的运算量，提高了实际编码效率。

1.4 微软的VC-1或WM9

VC-1视频编码器是微软开发的音视频编辑系统。2006年4月活动图像和电视工程师协会（SMPTE）正式通过将其颁布为视频编码标准。WindowsMedia-Video9作为VC-1的软件实现，已经在市场上存在很长时间，但基于VC-1的终端和系统设备仍然少见。VC-1被颁布为标准后，SMPTE会收取授权费，微软则从中收取专利费用。

2 IPTV的专利申请状况分析

由于IPTV在各个地区用户的增长量和运营收入在全球呈爆发性增长。各国的不少企业也纷纷申请了和IPTV应用相关的专利，涉及IPTV的终端设备、系统构架、通信标准、编码标准等各个领域。IPTV标准化不仅可以确保产品的互联互通，降低产业整体发展成本，往往还涉及众多知识产权，因此对产业发展至关重要，是竞争的制高点。

2.1 国际申请状况分析

很多国际企业也很重视运用知识产权对自己的IPTV技术进行保护。德温特世界专利索引库（DWPI）是由英国德温特出版有限公司提供的综合检索世界各国专利文献的数据库，主要收录欧美各个发达国家和中、日、韩等国家近期的专利文献。截至2012年6月25日，在德温特世界专利索引库（DWPI）中收录的全球直接和IPTV相关专利有4205项，其中，在中国有申请的有1103项，可见在中国的相关申请占全球的比例为1/4。图1表示了DWPI中IPTV相关专利的申请量走势图，并列出了其中在中国有申请的数量。由图可见：2007年到2009年为申请量爆发性增长的年份，在中国的申请占全部专利申请数量一个非常可观的比例。通过对这些专利的全部申请人进行分析统计，得到了世界IPTV专利申请数量的趋势图，可以发现：申请人出现次数排名第一的是美国的AT＆T公司及其相关的子公司，在前20名的申请人名单中总共有515次提到；而排名第二的是中国中兴通讯股份有限公司和中兴公司，共有308次提到；接下来依次为韩国电子和电信研究院，205次；韩国LG电子有限公司，198次；韩国电信（KT）公司，186次；韩国三星电子有限公司，176次；华为技术有限公司141次；接下来还有爱立信、美国SBC知识风险投资公司、阿尔卡特朗讯、索尼等公司。从中可以看出，主要的相关专利申请国是美国、中国、韩国、日本；中国的公司在IPTV的专利申请在数量上已经走在了世界的前列。

对这些世界IPTV的专利申请中所提到的编码标准进行分析，可以发现最多被提及的编码标准为H.264，其次是MPEG-4，而中国提出的AVS编码标准被提及的次数最少，且申请人都为中国国内的企业和研究机构，同时也极少在上述排名前列的大公司的IPTV专利申请中看到AVS标准的应用。

2.2 年份中国申请状况分析

在中国专利库中，截至2012年6月25日，关于IPTV和网络电视的申请共有2268项。在图2中可以看到中国专利库中IPTV相关专利的申请量的变化情况，IPTV的申请在中国基本是从2005年开始启动的，其中2007和2008年是申请量增长最快的年份，之后其申请数量进入了稳定的增长期。其中，申请人数量排名第一、第二的为中兴公司和华为公司，专利申请数量分别为469项和313项，这两个公司在IPTV相关专利申请中所占的比例约为34%。其他排名靠前的申请人的还有康佳集团股份有限公司、三星电子株式会社、阿尔卡特朗讯、LG电子株式会社、中国电信股份有限公司等。但是中兴公司和华为公司在申请人名单中出现的次数均远远的超过了其他公司二个数量级，其他公司出现在专利申请人名单中的次数最多也只有100多次，而中兴公司和华为公司在相关专利的申请人中出现的次数都远远超过了一千次。由此可见，中国在IPTV领域，中兴公司和华为公司这两大通信设备提供商比较重视在专利的知识产权领域的争夺。但是，同时中国的IPTV的设备提供商还有西门子、UT斯达康、上海贝尔阿尔卡特三家主流IPTV厂商，这些厂商在专利方面的申请量都是2位数的级别。

对这些中国的IPTV的专利申请中所提到的编码标准作出分析，编码标准主要被提及的由多到少仍然为MPEG-4，H.264和AVS，这和世界专利申请的趋势是一致的。但是，中国的编解码标准AVS的被提及的次数相对于WPI专利库中有所增加。由此可见，中国的企业对中国自有知识产权的AVS编解码标准还是有一定支持的。

3 IPTV标准化的发展及其编解码专利收费状况

全球各主要国家和各大企业都高度关注IPTV标准化工作，欧洲（ETSI）、美国（ATIS）、日本（TTC）、韩国（TTA）和中国（CCSA）等地区和国家的标准化组织纷纷将IPTV作为工作重点。ITU-T在2006年成立了IPTV焦点组，旨在协调全球范围的标准化活动，促进国际IPTV的互联互通。中、美、日、韩、英和法等IPTV市场发展较好的国家都是ITU-T的IPTV标准制定的积极参与者，其中以中日韩最为活跃。各个国家、地区和企业组织出于利益考虑，在标准化领域的竞争也越来越激烈。

中国通信标准化协会（CCSA）IP与多媒体工作委员会IPTV特别工作组于2005年8月成立，进行对IPTV标准研究和制定工作。参加IPTV特别工作组的单位几乎包含了目前从事IPTV业务运营、开发和研究的国内外所有企业。目前已经完成34项标准，其中9项已经正式发布，形成了较为完善的标准体系。中国作为ITU-T IPTV标准化工作的发起成员之一，全面参与了IPTV国际标准的制定，是ITU-T在IPTV标准制定方面的主导力量。正是中国通信标准化协会的推动，使得中国的AVS标准在2009年正式被采纳为IPTV标准正式采用的编解码标准之一。

在IPTV所有技术标准中，难度最高是编解码标准，该项国际标准的专利几乎全部掌握在国外厂商手中。运营商需要考虑标准的使用成本，特别是视频编码标准中的专利许可费。根据MPEG系列标准的专利池管理公司MPEGLA的规定，MPEG-4 Part2和H.264/AVC与传统的MPEG在专利授权政策明显的区别就是对终端和芯片的许可费大幅度降低，而新增加了针对运营的收费项目。运营商如果使用这两种标准开展IPTV业务需要交纳专利许可费。新的收费项目不仅仅按照运营商的用户数量级别进行年费的收取，同时还对每次播放长于12 min的节目也要收取专利费，除此之外还有各种收费项目，专利收费方式非常繁琐。而VC-1的专利授权费用分为个人电脑和内容发送2种方式，和H.264收费类似，但在亚洲的所有电视广播节目中还没有使用过。AVS仅对每个解码设备收取1元人民币的许可费，与MPEG标准和VC-1相比有明显的优势。IPTV标准之争引起巨大关注，DVD专利费事件等前车之鉴已给业界以深刻教训。由于其它的核心的知识产权包括音视频、承载网、数字版权等也都掌握在国外的厂商手中，且专利收费越来越高，专门有国际性标准组织的负责为其收取IPR（知识产权）费用。所以，考虑上述各方面的因素，我国有必要开展适合国情的IPTV标准化研究。

4 IPTV标准在中国的发展前景

市场调研公司Informa Telecoms＆Media的《全球lPTV市场分析》（第四版）中预测全球IPTV家庭到2013年将达到5700万户，而实际用户比该预测增加的还多。其中，中国具有庞大的IPTV用户群和将来巨大的潜在用户市场，如果中国采用国外的编解码标准作为IPTV的编解码标准，每年将会面临巨额的专利授权费用。中国对IPTV中编解码标准的选择，对IPTV从终端到设备的一系列IPTV产业链有着重要的影响。

2009年7月，ITU-T确定AVS与H.264、微软VC-1共同成为IPTV国际标准中的三大视频编码格式标准。AVS编解码标准是面向我国的信息产业需求，组织制订行业和国家信源编码技术标准，同H.264相比主要具有以下优势：1）效率与H.264相当，实现复杂度低于H.264。2）专利收费更低，对编解码设备收取每台1元钱的专利费，不对节目内容收费。3）知识产权归属清晰，AVS融合了新技术和公开知识，必要专利数量不到相应国际标准的一半，并且绝大多数专利由中国会员贡献。目前我国的AVS产业链已经成熟，中国电信和中国网通都在IPTV业务中进行了AVS-IPTV系统的试点，主要IPTV系统设备商率先过关。AVS产业联盟的会员单位已经达到26家，已经有国外厂商生产基于AVS的产品。基于AVS标准的IPTV将在不远的时间内实现大规模商用。相对于国际标准MPEG-4和H.264，AVS标准必然将在我国的IPTV编解码标准竞争中占据主导地位。

在中国开办以电视机、手持设备为接收终端的视听节目传播业务需获国家广电总局批准的IPTV牌照[4]。而AVS正是在广电的推动下组织制订的标准，因此，其完全可以控制我国的IPTV企业和运营商在IPTV系统中所采用的编码解码标准。AVS作为IPTV三大标准中唯一的“国产”标准，成为了中国数字电视机必须支持的唯一视频编解码标准。到2012年11月1日，中国所销售的数字电视机都将内置AVS功能，这意味着视听运营商也将采用AVS编解码的节目在中国所有电视机上播放。这将带动一系列的AVS相关的产业。因此，在广电总局的有力推动下，AVS编码必定会成为中国的IPTV系统中主要采用的编解码标准。随着技术的不断发展和创新，新的效率更高更好的编码标准也会不断地浮现，AVS工作组也启动了AVS2标准的制定，旨在进行更高效率的高清、超清、三维视频三方面的标准制定工作。AVS的低专利收费，无疑对IPTV设备生产商和运营商的盈利有着巨大的吸引力。但是，中国的IPTV标准如何得到世界的认可，最终能够不依靠极低专利的收费来推广其应用，而是依靠其出色的性能，使其像其他国外专利一样即使正常的收取专利费用仍然能够被众多厂商选择和使用还有很长的路要走。

从专利角度看，中国的IPTV已经进入一个平稳的发展期，其虽然在目前的申请中提到AVS标准的不在多数，但是，编码标准AVS应用在中国IPTV体系中已经是主导趋势。今后，希望申请人在IPTV的专利申请中更多地针对AVS的应用及其改进申请保护，使得目前在中国使用的IPTV系统能够获得更多的知识产权，从而在国际的竞争中更有竞争的资本和话语权。使得中国的专利持有人也能够从自己的专利中获得应得的利益，让中国的专利申请和研发相互促进，从而进入一个良性的循环。

[1]武威，韩慧莲.IPTV应用中视频编码标准的分析与比较[J].电脑开发与应用，2009，22（12）：20-22.

[2]SIMPSON W.IPTV与网络视频拓展广播电视的应用范围[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]张亮.IPTV中视频编码标准的比较[J].电信快报，2008（9）：31-33.

[4]孙薇.中国网络电视规制问题研究[D].沈阳：辽宁大学，2010.