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行业动态

揭秘华为五大创新发明
出处未知 | 发布日期2023-10-13 14:58 | 【字体：大中小】点击次
10年投入研发费用近万亿元，揭秘华为五大创新发明
由华为主办的“跨越创新边界——2023创新和知识产权论坛”7月13日在深圳举行。论坛上发布的数据显示，截至2022年底，华为在全球共持有有效授权专利超过12万件。华为历史上累计支付的专利许可费约是许可收入的3倍，2022年专利许可收入为5.6亿美元。10年投入研发费用超9773亿元。

华为首席法务官宋柳平说，华为持续加大研发投入，2022年研发投入达到1615亿元人民币，占全年收入的25.1%，处于历史高位，10年累计投入的研发费用超过9773亿元人民币。数据显示，在高额的研发投入之下，截至2022年底，华为在全球共持有有效授权专利超过12万件，主要分布在中国以及欧洲、美洲、亚太、中东和非洲。其中在中国和欧洲各持有4万多项专利，在美国持有22000多项专利。

在这次论坛上，华为介绍了适用于涵盖家庭、交通和工作等领域的多项创新技术，其中包括5.5G、音视频技术、用于手机的十档可变光圈、可以协助车辆识别非“白名单”异常物体的通用障碍物检测网络以及实现智能生产调度和优化的算法等方面的领先研究。

华为这五大创新发明究竟包含哪些关键技术？有什么技术特点？又如何应用呢？

今天做一深度解读！

01

5.5G

1、关键概念

5.5G，或5G-Advanced，是5G的增强和演进。5.5G在5G基础上扩展了三大新场景，包括上行超宽带UCBC（Uplink Centric Broadband Communication）、实时宽带交互RTBC（Real-Time Broadband Communication）和通信感知融合HCS（Harmonized Communication and Sensing），把5G场景定义的三角形扩展为六边形，从支撑万物互联到使能万物智联。

5.5G的关键特征，为万兆体验+千亿联接+内生智能。

2、5.5G标准

5.5G时代包含无线5.5G、F5.5G等多个领域，标准首版本将在24年H1冻结。以无线和光产业为例，3GPP正在定义5.5G的第一个版本R18，并将在24年H1冻结，迎接5.5G的首商用；光产业的F5.5G标准由ETSI定义中，第一个版本R3也将在24年H1冻结。

华为于去年发布了Net5.5G的产业愿景，得到WBBA等产业组织和合作伙伴的积极响应，产业正在进一步明确Net5.5G的标准和内涵。

3、5G关键里程碑

当前5.5G已进入到产业实际构建阶段，产业链在全要素加速发展：部分课题已进入标准制定阶段，十项关键技术完成了验证。今年2月，高通发布了首款3GPP R18 5G-A硬件Ready的终端芯片，支持RedCap的模组达到20多款，年底将达到50多款。今年上半年，中东部分国家发布了5.5G开放实验室，中国IMT-2020积极开展围绕5G-A的多场景验证，GSMA在今年巴展期间宣布成立了5G Futures Community，数十家运营商和行业组织加入，加速推进5.5G的商业化进程。

作为端到端5.5G解决方案的行业倡导者，华为联合全行业积极探索5.5G各项关键技术能力的研发和验证。包括实现万兆下行的超大规模天线阵列技术、兑现千兆上行能力的灵活频谱接入技术，以及开启千亿物联的无源物联技术Passive IoT等无线5.5G的关键技术均取得了重大验证进展。作为F5.5G超宽带网络时代、使能万兆体验的关键技术代表50G PON，未来将被广泛应用于家庭、园区和生产领域，华为已与全球30多家运营商完成了技术验证和应用试点。除了5.5G在无线和光接入等领域的关键技术发展，5.5G核心网通过智能原生技术，将AI能力通过网络送达联接末端，从而使网络能够更好地服务于千行百业。Net5.5G提供万兆接入、超宽承载、AI网络微秒级时延的关键能力，打造新一代行业数字化网络底座，满足各行各业对高品质的网络接入，助力数字化转型。

4、技术创新点

人联：上行超宽带，XR强交互：5.5G提供下行泛在10Gbps、上行泛在1Gbps毫秒级时延的传输能力，使能MR、XR大规模应用。5.5G将全面支持XR需要的大带宽、低时延和高可靠性，使能XR全面发展，满足行业多业务需求，释放存量频谱价值，海量数据全面上云端、直播全民化，智能网联汽车自动驾驶，智能机器人等业务发展，以及全息交互的对称体验。

物联：一张网蜂窝物联网实现全场景连接，支撑千亿物联：5.5G将首次支持无源物联技术，把蜂窝物联的联接数量从百亿级提升到千亿级。无源物联适用于标识类连接，支持高精度定位，在物流、汽车制造、电力行业、畜牧行业等有广泛应用前景。

车联：通感一体：5.5G基站在通信的基础能力上还提供感知能力，实现一网多用，在智慧交通车路协同、高铁周界感知等多个应用场景协助高效运营。

智造产业：5GtoB增强，进入智能制造行业主业务流，实现降本增效，加速行业数字化转型：5.5G时代的URLLC（低时延高可靠）能力进一步降低时延、增加稳定性，将支持毫秒级时延（对比5G初期的toB场景20毫秒典型时延），以及厘米级的定位精度（对比5G初期的米级定位精度），助力5G走向工业控制等核心生产流程。

5、5.5G的产业运用：

5.5G支持新通话：与传统通话相比，新通话具有高清、智能、交互的特点，将在ToC和ToB领域为运营商带来新空间。当前新通话在中国运营商已进行广泛试点，友好用户数已达到3万。

5.5G进一步深入行业数字化：把基于5G/5.5G技术的行业数字化工厂数量从当前的1万多个提升到100万个，包括通信网络的工业级应用等。

5.5G进一步升级沉浸式体验：把在线用户数从1000万提升到10亿。用户体验进一步升级，从沉浸式升级到交互式和协作式，从2D高清视频进一步升级到全息、裸眼3D、XR Pro等新视频。

02

HDR Vivid（菁彩HDR）和Audio Vivid（三维菁彩声）

世界超高清视频产业联盟UWA：UWA是由世界各国从事超高清音视频产品制造、传输、内容生产、应用和服务的领军企业自愿发起，以创新技术的普及和应用为使命，专注于推动超高清音视频产业发展的非政府、非营利性国际产业组织。截至2023年5月，联盟会员已有279家，包括华为、TCL、阿里巴巴、OPPO等科技公司。

1、HDR Vivid

HDR Vivid是什么？

HDR (High-Dynamic Range)指高动态范围图像，是超高清视频的重要特征之一，相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节。HDR Vivid是UWA发布的高动态范围的视频技术标准。

HDR Vivid有什么样的特性？

它基于智能算法为每一帧画面精准匹配处理方案，借助动态元数据、智能影调映射(Tone Mapping)，根据每个场景的亮度、色彩信息动态调整显示效果，实现端到端的一致性，从而全面提升视频画面质感。经过HDR Vivid优化的画面，具有更真实的色彩、更丰富的层次、更精准的对比、更饱满的明暗，为观众提供卓越的沉浸式视觉体验。

技术创新点：

HDR Vivid亮度是4000nits，与传统技术相比，影像画面亮度提升40倍；

HDR Vivid支持BT.2020，相当于1.37倍的DCI P3色域空间，相比传统SDR影像色彩提升72%；

独特的智能影调映射（Tone Mapping）映射处理算法可实现“场景化”亮度及色彩映射，即无论暗部还是亮部，都能媲美真实世界的丰富色彩及细节，呈现极致的影像体验。

为了保障不同的显示设备都能呈现最优画面观看效果，无论是电视、电脑，还是手机、移动平板等显示设备，HDR Vivid准确把握每一个环节，精心构筑了内容制作、服务传输、终端播放的端到端解决方案。消费者在不同显示设备中都可以看到统一的前所未有的真实色彩与细节。

2、Audio Vivid

Audio Vivid是什么？

它是全球首个基于AI技术的音频编解码标准，提供NGA（Next Generation Audio）技术特性，支持三维声的个性化，由UWA发布。

Audio Vivid有什么样的特性？

它为声音艺术家提供更强大更高效的创作工具。声音艺术家可以在三维空间创作，声音对象可以精确放置和自由移动。同时，它具有卓越的适配能力，在不同环境均可回放。

三维声音频技术标准的突破看似简单，实则强大。Audio Vivid打破了声道限制，增加了空间感和方位感，让声音萦绕于听众四周乃至上方，使听众能再现在现实世界中所听到的声音，从而满足人们对声音高度还原，高度沉浸的体验需求。同时，Audio Vivid可提供个性化选择和交互体验，适用于电视、耳机、影院\XR、家庭影院等各种场景。

技术创新点：

Audio Vivid采用混合AI编解码架构，兼顾传统心理声学理论和深度学习的优势，又在算法性能和开销之间达成了合理的平衡。采用HOA（Higher Order Ambisonic，高阶立体环绕声）空间编码技术，大幅提高对HOA信号的编码效率，性能达领先水平。引入兼容与扩展并蓄的先进元数据系统，既能前向兼容ADM国际标准,又能后向扩展,满足元数据互联互通的同时,又提供了足够的灵活性和可扩展性。

Audio Vivid的应用

应用到服务平台：华为音乐的空间音频专区，是首个支持Audio Vivid的音乐平台，现已同国家大剧院音乐厂牌、索尼精选、环球音乐中国、2L、太合、摩登天空、街声、青风等知名唱片公司及厂牌达成内容合作，提供流行、古典、国风、环境声及影视剧原声(Original Sound Track) 等多元风格的音乐，呈现极致丰富的沉浸式聆听体验。

应用到终端产品：

华为智慧屏V Pro，是首款通过HDR Vivid和Audio Vivid双标准认证测试的华为智慧屏，为用户提供端到端高清、还原音乐现场的空间音频体验效果。

HUAWEI FreeBuds Pro 2无线降噪耳机，是业界首款支持Audio Vivid音频标准的TWS（True Wireless Stereo 真无线立体声）耳机产品。通过Audio Vivid与HarmonyOS 3的适配，营造出震撼、真实的三维空间沉浸式声音体验。

03

十档可变光圈

可变光圈是什么？

光圈是照相机上用来控制镜头孔径大小的部件，光圈的大小决定了单位时间内镜头的光线通过量，进而影响照相机的成像效果。在传统摄影领域，单反相机的镜头支持光圈大小调节，用户在拍摄不同场景时，可以选用不同大小的光圈来进行拍摄，获得更好的拍摄效果，例如：在拍摄人像时，采用大光圈，让背景虚化，突出人物；拍摄风景时，采用较小光圈，获得较宽的景深，带来边缘细节丰富的画质。在移动摄影领域，业界曾有手机厂商推出过“可变光圈”的设计，然而在硬件结构设计上，只是通过简单的机械结构来控制光圈叶片的开合，并且仅提供2档的固定光圈选择，在软硬件协同上并不能发挥出相机镜头光圈可调节的优势，对于用户拍照体验的提升非常有限。

华为“十档可变光圈”是什么？

华为的相机工程师们，从单反相机光圈可调节的设计中获取了灵感，经过三年的研究，把更专业、更高规格的光学设计带到了手机里，在HUAWEI MATE 50系列上首创“超光变主摄”，带来F1.4～F4.0十档可变光圈，实现移动影像光学系统的体验升级。十档可变光圈，通过调节6个叶片的开合，实现对进光量的精确控制，在手机上真正意义上实现了“可变光圈”技术，让手机兼顾外观的紧凑便携，和尽可能全面的影像能力的均衡，在软硬件的技术规格上实现了巨大的飞跃。

技术创新点：

结构设计：如何将苹果般大小的单反相机镜头做成蓝莓般大小，放在手机里，是华为工程师们需要解决的难题，光圈的结构设计，便是其中最重要的一点。华为的工程师们重新设计了光圈的结构，简单来说，十档可变光圈由固定结构、转动结构以及叶片三个部分构成，转动结构设置在固定结构内部且两个部分能够像轴承一样发生相对转动。转动结构的两端都设置有磁铁，固定结构的两端设置有线圈，当线圈通电时，转动结构两端的磁铁可以互相配合形成磁场，从而推动转动结构相对固定结构转动，作为叶片开合的动力来源。同时，固定结构和转动结构上分别为每个叶片设置有固定柱和导向柱，相对应的，每个叶片上设置有定位孔和导向孔，叶片的两个孔分别固定在固定柱和导向柱上，在转动结构和固定结构相对转动时，通过结构之间的相互配合，带动叶片的开合。华为还为可变光圈设置了用于检测磁场强度的霍尔传感器，能够根据不同的磁场强度获取光圈所处的位置，从而能够更精确地闭环控制光圈档位，实现可变光圈十档可调。

叶片设计：十档可变光圈的叶片，也蕴含着华为工程师独特的设计理念。单反相机镜头的叶片往往采用堆叠模式，即叶片之间上下错开摆放，每个叶片运动在不同的平面，显而易见的是，当叶片数量较多的时候，势必会造成光圈的整体高度变高，从而导致镜头变厚，由于单反相机的镜头体积较大，这个问题没有凸显；但是这对于追求轻薄化的手机来说是不可接受的。十档可变光圈，通过复杂的工艺流程得到6片发丝级厚度的叶片，通过每组三片、两层分布的排布（堆叠厚度仅为1mm），使得两组叶片在不同的平面运动，彼此之间互不干涉。叶片的设计，不仅要保证相互重叠时，重叠的部分不透光，还要在叶片相对运动持续产生摩擦的情况下，确保各个叶片之间能够克服摩擦，快速且精确地到位。华为的工程师，经过数十版的叶片设计，反复打样、调试和改进，最终在Mate50可变光圈调节的过程中，伴随着十档光圈的调节，叶片如花般绽放，呈现出一种精致感与科技感。

软件设计：除了在硬件结构上的创新，华为还为十档可变光圈设计了丰富的软件功能。Mate50在自动模式下拥有四档智慧光圈，通过AI识别拍摄的内容和亮度，智能地改变光圈，带来均衡的画质体验。在夜晚、光线不足的条件下，智能使用大光圈，提升镜头的进光量，从而带来明亮的拍摄效果。在白天多人合影拍摄时，智能切换小光圈，确保画面景深，让前后排人物都清晰，画面边缘细节丰富；在高倍变焦场景下，使用大光圈，可进一步提升画质，捕捉清晰锐利的影像。对于有专业诉求的用户，华为将选择权交还给用户，让用户可以在十档光圈选择中，随心调节景深范围和虚化程度，自己决定作品的背景和主角。

04

通用障碍物检测（GOD）网络

华为智能驾驶系统业界首创GOD（General Obstacle Detection通用障碍物检测）网络，接收相机、毫米波雷达、激光雷达信号进行融合感知，让车辆真正看得懂“物”，不仅能识别人、车这类常见物体，也能识别没有见过的异形障碍物，如侧翻车辆、纸箱、落石、倒地护栏等。从架构上构筑安全防线，让人员驾驶更安全，让智能驾驶更轻松。

技术创新点：

突破传统方法只能识别 “白名单（系统见过的类别）”的限制，对于系统之前没有见过的物体也能识别，让车辆真正看得懂“物”。现实世界的场景复杂多变，对智能驾驶感知提出了极高的挑战，业界基于“白名单”标注框的AI感知系统只能识别纳入白名单的目标，存在泛化能力和表达能力的瓶颈。例如只能识别车辆，行人和两轮车，这些俗称感知的白名单，超出白名单的物体系统就不认识，存在系统性的安全风险。GOD网络利用海量的原始传感器数据进行自监督学习，随着驾驶里程不断进化，越开越聪明。

GOD网络让车辆能像人类司机一样感知环境中的障碍物，即便是在复杂的交通场景也能安全畅行，安全性能在中国新车评价规程(C-NCAP) 的评测中获四项满分，排名第一；得益于GOD强大的感知能力和自驾系统能力的提升，ADS2.0实现了高速MPI（miles per intervention 平均人工接管里程）从100km提升到200km，上下匝道、通道避障等都能轻松应对。智驾领航可覆盖城区90% 场景，有图无图都能开。

05

运筹优化

运筹学可以将生产和管理等经济领域中的资源规划问题，通过数学建模、设计精巧高效算法，给出在资源约束下产生最大效益的最优解决方案。因此，运筹优化包括从实际业务问题抽象出数学问题，进而进行数学模型设计构建、优化求解和结果方案输出的整个过程。

基于运筹学规划模型和求解算法，研究各种系统的优化方案，可以将不同行业存在的业务问题转化为数学问题建模和求解，适用在复杂约束限制（如人力、时效、容量等）和超大决策规模背景下，全局统筹优化，获取最优方案（如成本最低、时间最短）的业务场景，助力业务实现从数据到决策的闭环。

技术创新点：

在华为复杂场景体系里孵化能力：运筹优化技术基于华为在ToB和ToC业务的丰富场景经验，孵化建模方法和求解技术，实现在有限资源约束下提升系统运转效率，降低系统运转成本。对普通产量要求类的问题，我们可以用线性规划求解；对有0-1或别的整数决策的问题，需要耗时更长的整数规划求解器，会涉及分支定界、加有效割平面等各种针对应用场景的方法。由于业务复杂度和规模超大,并非所有的运筹学问题都可以直接快速求出最优解，需要通过算法设计从所有可行解中寻找得到最优或者接近业务目标的解。例如，我们做的加工计划模型会有数千万决策变量，数千万约束。再者，很多经济决策问题会涉及多目标规划，而逐级求解会把密集的高优先级目标作为约束带进模型，使次优先问题的求解放慢几十倍。我们需要精细构建权重来一次性解决多目标问题。

目前华为技术也广泛赋能应用在机场、港口、钢铁厂、物流仓储运输系统等多个项目中。这些调度类问题有的可以通过线性规划或整数规划建模快速求解，有的则需要巧妙建模来实现高速求解。例如给港口军团做的泊位岸桥联合分配问题，剔除了传统模型中的多数决策变量的时间维度，从而大幅减少整数变量数目；再通过初始解来有效把非线性约束线性化，并把一些线性约束转换为逻辑约束，最后用约束规划在几分钟内就可以得到超高质量的解，而不是传统模型的几十个小时。很多含时空维度的调度优化问题也可能更适合用对口的启发式算法求解，包括变邻域搜索，IWO（Invasive Weed Optimization），遗传算法，淬火算法等来求解。
(责任编辑：ysbadmin)
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