从专利视角看我国语音技术的发展

李秀娟　孙剑锋　韩虎　/　工业和信息化部电子知识产权中心

从专利视角看我国语音技术的发展

李秀娟孙剑锋韩虎/工业和信息化部电子知识产权中心

摘要：移动互联网和云计算的发展，语音技术得以发展和广泛应用。中国作为全球语音技术的主要市场，受到各大公司的关注。通过专利数据分析，发现我国是全球领军企业专利布局的重点地区，日本和美国企业布局了大量专利。国外领军企业在全球主要地区都布局了大量专利，而我国领军企业的专利布局主要集中在国内，全球竞争力较弱，如果产品出口可能面临较大的知识产权风险。

引言

语音技术的研究工作可以追溯到20 世纪50 年代AT&T 贝尔实验室的Audry，它是第一个可以识别十个英文数字的语音系统。但真正取得实质性进展，则是在60年代末70年代初。计算机技术的发展提供了硬件和软件的保障，线性预测编码（LPC）技术和动态时间规整（DTW）技术的提出，有效的解决了语音信号的特征提取和不等长匹配问题。20 世纪90 年代前期，许多著名的大公司如IBM、苹果、AT&T和NTT都对语音识别系统的实用化研究投以巨资。国外以Nuance公司为代表，Nuance占据了全球语音识别产品市场的70%左右。

中国的语音技术发展相对滞后。2008年之前，语音控制还停留在学术研究领域，主要研究单位包括清华大学、中科院声学所和自动化所、中国科学技术大学等高校科研院所。从 2008年开始，伴随移动互联网的快速发展，语音识别才真正形成产业。同时，借助云计算的大力发展，语音技术迎来了前所未有的发展机遇和规模应用。

专利发展态势

语音交互方式的专利申请起步较早，在2000年左右达到高峰，之后有所下降，最近几年下降趋势明显。目前，语音交互技术比较成熟，识别率和准确率能日常应用的基本需求，近几年和未来的研究重点集中在自然语言理解，技术创新点较少，相应地专利申请数量下降。（见图1）

图1　语音技术全球专利年度申请趋势及中国专利年度申请趋势

2011年，苹果发布iPhone 4S，内置Siri语音系统，带来了语音应用的热潮。谷歌也在开发类似于Siri的语音系统，通过向安卓手机发出语音命令来控制机顶盒、智能手机和数字摄录机等设备。三星在手机Galaxy III系列上应用的S Voice语音服务，能对8种语言进行识别。2013年微软发布Xbox One，内置Kinect传感器和麦克风，可实现语音功能，随后索尼发布的PlayStation 4，也支持语音功能。这表明，经过长期的研究和积累，语音技术已走向市场，充分参与市场竞争。

相比全球申请，中国语音技术专利申请起步较晚，增长速度缓慢，1999年至2004年，是专利直线增长的时期。2005年到2011年，专利申请平稳发展。国内的语音控制产品从2011年开始出现。继苹果发布iPhone 4S之后，国内手机厂商也不甘人后。如，华为在高端机上采用“语音智能助手”功能，中兴和Nuance通讯公司合作名为“驾驶助手”的车载应用。语音技术提供商科大讯飞自主研发语音云技术，并将其应用到智能电视中。

我国的语音技术研究和专利申请较早，但与国外相比仍然有若干年的滞后。从2005年开始到2011年相关产品才出现，技术的积攒与产品的出现时间相隔较长。2007年以后云计算技术的发展解决了语音控制技术的诸多技术瓶颈，从而使得基于大数据库和深度神经网络的语音识别迅速达到实用化水平。同时，在我国，由于中文语言与英文等西方语言的巨大差异，语音技术也有很大区别，因此一定程度的滞后是正常的。

领军企业排名

全球申请量排名前20的申请人中，日本和美国申请人的专利实力较强，在申请人数量和专利申请数量方面都占据较大优势。日本申请人有12位，美国申请人5位，申请人专利申请量都在100件以上，其中，索尼、松下和IBM的申请量都在700件以上，排名前三。如图2所示，不同颜色图柱对应不同国家的申请人。

图 2全球语音控制领域专利申请人排名

以上排名反映了全球语音市场各申请人对语音技术的重视程度和专利实力。上述申请人在语音市场的竞争实力也不容小觑，在语音技术的研究过程中，不断推出新产品。从市场反应来看，这些产品的占有率和口碑都得到了消费者的认可。2013年，索尼发布了可接受语音控制的自有品牌电视棒Bravia Smart Stick及具备语音功能的PlayStation 4游戏机，具备语音输入和语音控制功能。松下的Viera 2012系列平板电视，IBM的ViaVoice，微软的Speech SDK，摩托罗拉头戴式显示器，高通的PureVoice等产品都支持语音功能。值得注意的是，以上排名靠前的专利申请人中没有中国申请人。

在中国语音控制专利中，美国和日本处于领先地位。日本有七位申请人入围，，美国申请人有四位。在前二十名申请人中，中国申请人有五位，中科院排名第五，其余申请人排名较为靠后。从专利申请数量上看，中国申请人与国外申请人差距较大。（见图3）

图3　中国语音控制领域专利主要申请人排名

从上述两幅图可看出，全球领军企业注重中国市场，在中国布局了大量专利。飞利浦和索尼处于领先地位，申请数量达到140件左右。两家公司都在中国设立研究院，分别为飞利浦亚洲研究院和索尼中国研究院，为在中国申请专利创造了有利条件。飞利浦的语音技术主要应用在智能电视上，2013年，飞利浦推出支持普通话的语音控制智能电视，同年推出一款名为Surf(冲浪)的通用遥控器。索尼的语音技术主要应用于游戏机PS系列，由于2000年文化部联合其它七部委下发通知，全面禁止中国内地的游戏机生产和销售，因此索尼在中国的专利申请量与其全球申请量相比并不多。

进一步分析产业链特点，不难发现，美国领军企业既有技术提供商、网络运营商，也有产品制造商，产业链完整而强壮，日本的企业以下游厂商电视制造商为主，产业链以下游为重；我国的产业链部分环节缺失，参与企业的类型、数量都较少，企业的规模和产品竞争实力与国外相比也有较大差距。

具体而言，美国不仅拥有许多实力强劲的大公司，而且其更大的优势在于这些公司较为合理地组成了完整而强壮的产业链。技术提供商以Nuance、微软（研究院）、IBM、高通为代表，网络运营商以AT&T为代表，产品制造商以微软（产品）、苹果为代表。这些企业不仅在专利申请中名列前茅，同时其技术输出和产品在全球的影响力也是首屈一指。日本的应用厂商数量庞大，除以上提到的厂商外，NEC，东芝、佳能、富士通、三菱、雅马哈等都参与其中，实现了通过下游影响整个产业的目的。

我国的领军企业，中科院、华为和科大讯飞在专利申请数量方面与国外企业相比，差距较大。中科院作为科研机构，在语音技术方面研究较为深入，主要集中在算法等理论研究，目前为止还没有相关产品问世，参与市场竞争较少。华为作为通信技术企业，在智能手机业务方面与国外企业抗衡的实力正在逐步形成，其语音技术领域的应用也主要集中在手机终端，业务领域待继续扩展，专利实力也有待加强。科大讯飞是全球最大的中文智能语音技术和解决方案提供商，主要为智能电视、智能手机、家用电子设备等提供语音技术支持，其在中国市场的份额在50%以上，但专利申请严重不足，与庞大市场份额反差明显。

图4　各国领军企业全球主要地区专利布局

专利实力对比

从以上领军企业中选择各选择一家企业作为中国、美国、日本、欧洲、韩国地区的代表企业，分析上述企业在以上五个地区的专利布局情况。图中对角线的气泡大小表示上述企业在本国的专利申请力度，除对角线之外的气泡大小表示上述企业向国外申请力度的大小。可看出，欧洲企业飞利浦、日本企业索尼具有较强的全球布局意识，尤其注重中国和美国市场；美国企业IBM在美国国内申请专利较多，在全球专利布局较为均衡。韩国三星也较为注重中国和美国市场。中国企业科大讯飞，专利申请集中在国内，这与科大讯飞专注中文语音技术研究有关。（见图4）

通过观察对角线气泡大小可看出，各国的领军企业在其国内都有一定的专利实力。观察对角线以外对应的气泡，可看出，领军企业注重中国、美国、欧洲这些主要国家和地区的专利布局。此外，除科大讯飞外的公司都注重企业的海外布局、企业合作和全球产品销售。如上述公司都在中国成立的研究院；都与语音技术提供商nuance合作，将其成果应用到产品中；三星、索尼、飞利浦和IBM的产品及服务遍及全球，并享有良好声誉。中国企业代表科大讯飞目前主要专注中文语音，业务范围也局限与国内，在海外没有专利申请，也没有相应的分支机构或技术输出。如果未来中国的语音产品出口海外，科大讯飞作为技术提供商将面临较大风险。

小结

语音技术经过较长时间的发展，在全球大部分市场已经较为成熟，技术性能达到实用化的要求，专利申请在2000年左右已达到高峰，未来研究的重点和热点将集中于自然语言的理解。我国的语音技术相关研究和专利申请起步较国外有近10年的滞后。2007年以后，云计算技术的发展解决了语音技术的诸多技术瓶颈，基于大数据库和深度神经网络的语音技术迅速达到实用化水平，预计未来的专利申请还将持续快速增长。

在语音技术领域，美国拥有许多实力强劲的大公司，其产业链完整而强壮；日本产业链以下游为重。我国语音技术领域的产业链发展与国外相比有明显差距，部分环节仍空缺或薄弱，例如网络运营商没有介入其中，使得产业链的知识产权保护存在明显的短板和缺失。而科大讯飞作为最大的中文语音技术提供商，其专利申请仍严重不足，与其占有的庞大市场份额反差明显。我国在企业参与数量和专利申请数量方面与国外企业相比还有一定差距。

国外领军企业注重技术、市场和专利的全球化布局，部分企业如飞利浦，在中国的专利申请数量甚至超过了其在欧洲的数量，说明国外领军企业的向外申请意愿和全球市场意识强烈。虽然国外企业进军中文市场较为困难，但如果该领域的核心基础技术在中国申请了专利，将对我国企业的发展构成一定威胁。我国以科大讯飞为代表的领军企业专利申请集中在国内，在国外申请几乎为零，未来产品出口将会面临较大风险。鉴于我国的企业在国内的专利申请数量也不多，整合产业链上下游的专利资源，可增强抗击风险的能力。