从MP3案例看德国弗劳恩霍夫协会技术创新机制

黄宁燕，孙玉明

(1.中国科学技术信息研究所，北京 100038;2.科学技术部,北京 100862)

0 引言

成立于1949年的弗劳恩霍夫应用研究促进协会(以下简称弗劳恩霍夫协会)是德国也是欧洲最大的应用科学研究机构，以德国科学家、发明家和企业家弗劳恩霍夫的名字命名。约瑟夫·弗劳恩霍夫是近代德国产学研的代表，以他的名字命名的弗劳恩霍夫光谱奠定了现代望远镜的基础。他将研究成果转化成产品开办了光学仪器工厂，将实验得来的知识马上用于生产，生产发展又对继续研究提出新的要求，科学研究和实际应用紧密结合从而取得了巨大成功，成为现代应用研究的缔造者。

弗劳恩霍夫协会目前下设69个应用型研究所及独立研究机构，分布于德国的40个地区，拥有24500多名优秀的科研人员和工程师，2015年度业务收入达21亿欧元，其中19亿欧元来自科研合同。在科研合同收入中超过70%来自企业合同和由政府资助的研究项目。不到30%是由德国联邦教育与科研部和各州政府以9:1比例赞助的机构资金，主要用于前瞻性研发工作，确保其科研水平处于领先地位。弗劳恩霍夫协会在全世界闻名遐迩，因为其在应用开发领域表现不俗、广受赞誉,为德国国家创新体系提供了强大的创新驱动力。

MP3是弗劳恩霍夫协会最著名和最成功的技术创新成果之一，其对于弗劳恩霍夫协会的影响是非常巨大的，迄今MP3专利仍是给弗劳恩霍夫协会带来收益最多的专利。2011年弗劳恩霍夫协会的许可证收入达到创纪录的1.25亿欧元，2012年开始下降，原因主要是因为MP3技术将于2016年起变成公共技术。弗劳恩霍夫协会于2007年创建了“弗劳恩霍夫基金”，主体是利用MP3许可证收入中的“非常收益”建设弗劳恩霍夫协会新的“专利集群”。

MP3音频压缩的创新发明不但是弗劳恩霍夫协会前瞻性研发工作的典型成果范例，更是弗劳恩霍夫协会研究机制有效推动基础研究理论创新变为现实技术以及广泛商业应用的代表，非常值得深入研究和探析。目前国内对弗朗恩霍夫协会的运行机制、模式等的论述不少，但是具体案例剖析还不多，这不得不说是一个研究缺憾。本文基础案例材料来源于MP3技术发明者——卡尔海因茨·勃兰登堡亲身感受角度的阐述[1],系统梳理了MP3从基础理论研究到技术发明再到商业化的全过程，重点呈现了德国弗劳恩霍夫协会如何作为一个公共研究机构推动技术创新的完整过程，从弗劳恩霍夫协会的组织管理机制以及协同创新角度深入剖析了MP3创新过程。我们希望通过本案例的分析与讨论，能引发对弗劳恩霍夫以及德国技术创新和技术转移模式更多和更深入的研究。

1 MP3创新案例研究

卡尔海因茨·勃兰登堡(Karlheinz Brandenburg)被誉为MP3之父，是MP3从基础研究到市场推广的全程参与者与关键专利技术贡献人。

作为世界上最早开展音频压缩研究的研究者之一，勃兰登堡开始该领域研究的起因来源于其博士论文研究的挑战。1977年，德国埃尔朗根大学教授Dieter Seitzer(后来成为1985年成立的埃尔朗根弗劳恩霍夫集成电路研究所所长，1998年被授予Karl-Beckurts奖——德国应用研究最高成就奖)提出通过一根标准电话线传输音乐的大胆想法，但却得不到研究的启动资金，于是想方设法召集了一批对此感兴趣的技术人员，勃兰登堡就是他当年所招的学生之一。1982年，Dieter教授提交了一项关于使用ISDN数字电话线来传输音乐的专利申请，但被专利审查官认为是“无法实现的方案”而拒绝，因此，他安排勃兰登堡来研究解决这个问题。基于自身努力以及弗劳恩霍夫研究所良好的创新机制，勃兰登堡在1989年毕业博士论文中所设计的数字音频编码、压缩以及感知测试技术框架成为后来MPEG-1 Layer 3 (MP3)格式、AAC和其他音频压缩模式的理论基础。在勃兰登堡从事论文研究期间，1987年弗劳恩霍夫集成电路研究所承担了尤里卡项目EU147数字音频传播(DAB)。1988年，国际标准组织(ISO)成立了专门研发音频编码标准的国际团队——动态图像专家组(MPEG)，在动态图像组下面设有音频组。1989年，弗劳恩霍夫获得了一项音频编码的德国专利授权。

勃兰登堡博士毕业后赴美国贝尔实验室进行了一年博士后研究工作，于1990年返回德国埃尔朗根大学任教，并加入弗劳恩霍夫集成电路研究所，组建了数字音频传输研发小组，继续研究音频编码。他的研究小组成为国际MPEG研究团队音频组的主要参与方之一，当时研发小组设计了不同模式的音频压缩方案(称为第一层、第二层、第三层，等等)。其中第三层是最复杂并能够以低比特率提供高清音质的模式，因此音频研发在第三层遇到了最难克服的阻碍：一是运算速度上的障碍，虽然做实验时已经使用了当时世界上运算速度最快的计算机，但对约1分钟的音乐进行数字解码还要花上10小时；二是压缩技术上的挑战，既要大幅削减音频文件的长度，还要找到保证声音不会因压缩而变形的最佳压缩方式。不同种类的音乐被压缩后，会显示出不同的音乐品质损失。此时，弗劳恩霍夫协会促进合同研究的机制发挥了很大作用。勃兰登堡的数字音频传输研发小组与AT&T贝尔实验室、汤姆逊等企业组成合作研发团队，研究不同的心理声学模型和数据编码方式，修复编码系统，完善声音，经过不懈努力，最终在1992年开发出用于压缩音频编码的频域最优编码算法。从算法到标准的转化还需要进一步的开发过程。1992年，音频编码算法被集成到MPEG-1，并于1993年发布MPEG-1标准；1994年开发出MPEG-2，并于1995年发布MPEG-2标准。弗劳恩霍夫开发组在1995年7月14日选定扩展名.mp3(以前扩展名是.bit)，并正式公布MP3标准。同年，ISO将MP3列为一系列音频编码方式的一种。至此，MP3最终实现了从理论到实际技术标准的转化。

尽管从技术上已成为现实，MP3距离市场还有产品开发和商业模式建立等很长的路要走。MP3音频编码技术能够大幅削减音频文件的长度，并能保证声音不会因压缩而变形，受到业界认可。由于当时的硬盘都相对较小，MP3技术应用对于在计算机上存储音乐来说确实是非常实用。然而，MP3技术寻找用户的市场推广过程并不太顺利。俄亥俄州克利夫兰市的Telos Systems公司第一个使用MP3编码方式将声音通过ISDN从线下录制现场传输到录音棚，成为首批使用该技术的客户。可是，MP3在市场上并没有因此流行起来，主要原因是MP3编码系统过于复杂，成本太高，难以投入大规模实际应用。

MP3标准公布后很多公司到弗劳恩霍夫研究所希望购买该技术专利，但弗劳恩霍夫协会和勃兰登堡本人都不打算出售此项技术，而是更希望按照自己预想的模式进行商业化。这一商业模式的原理是：编码工具(由大公司使用)——非常昂贵，而解码工具(将使用MPEG音频第三层编码过程制作的编码数字文件还原成人们可以听到的音频)——非常便宜。1994年7月弗劳恩霍夫协会发布了第一个MP3编码器产品，称为l3enc，如果同时使用第一款实时软件MP3播放器Winplay3，人们就可以在自己的个人电脑上编码和回放MP3文件了。从1995年上半年开始，MP3在互联网上开始逐步发展起来。1996年底Fraunhofer IIS在美国获得MP3的专利，并在1998年对外收取MP3的专利使用费。Nullsoft公司于1997年发布了一款更好用的播放器Winamp,MP3因播放器产品的迅速发展而越来越流行。

然而，人们还是觉得MP3编码器太贵了。1997年，一名澳大利亚学生破解了MP3编码软件，这样就破坏了既定的商业模式，这令相关技术持有者异常恼火。因为从知识产权保护角度而言，专利技术被劫持、改造对于持有人是不能容忍的，虽然使用者确实因此获得了益处。然而不管怎样，昂贵编码器搭配廉价解码器的商业模式走到了尽头。于是，各商业研发团队都开始转向研发尽可能削减编码器成本的技术。

1998年，弗劳恩霍夫集成电路研究所在编码技术开发上取得突破。1999—2000年，互联网历史上最火的客户端软件Napster出现了。人们不再需要为一张唱片而花上20美元，而只需鼠标轻轻一点就大功告成了。因此从1999年初开始，MP3格式在互联网上更为广泛地流行起来，出现了很多免费提供MP3的音乐网站。同时，MP3随身听也像洪水般涌进市场。然而，MP3技术带来的便利却在传统唱片界引发轩然大波，引起激烈论辩甚至许多知识产权官司，并引发全世界范围内对知识产权、著作权、技术、理念以及产品的盗用、管控和免费传播等一些概念的争鸣与论战，这场战役花了好几年时间才了结。然而，MP3的出现是革命性的，后来几乎所有的唱片商都开始适应发展推出了付费MP3下载。不可否认，便利性成为市场的选择。

尽管自MP3音频压缩技术问世后又出现了VQF、WMA等挑战者，但由于MP3产品在市场上牢固的根基，使MP3格式成为事实上的国际音频标准。促成MP3最终成为全世界最主流音频格式的因素很多，但其中最重要的一个因素则是MP3与Winamp、Napster等软件包产品的开发获得了相互促进发展，这些程序使得普通用户很容易播放、制作、共享和收集MP3文件。持续的研究、开发、技术和产品创新共同导致了MP3技术商业化的新模式，并开创了一个新行业，即造就了无数生产MP3播放器或软件的公司，以及每天销售无数MP3格式音乐的亚马逊、iTunes或eMusic等商业平台[2]。

2 从MP3技术创新过程看弗劳恩霍夫协会创新运行机制

弗劳恩霍夫协会的应用研究分为两大类：一类是面向产业界现实需求，围绕企业发展中所遇到的技术难题，提供技术和产品研发服务；另一类则是依托协会自身强大的研发实力，面向未来产业所开展的导向性研究。MP3技术发明即是第二类创新研究的典型案例。MP3从基础研究到技术发明，再到产品开发以及商业化过程，每一步都是机制与努力和机遇相结合的产物。当时参与国际音频编码MPEG研究开发的机构很多，而弗劳恩霍夫协会却最终成为MP3专利技术最大的贡献者和受益者，这与其独特的创新运行机制不无相关。正如勃兰登堡所言：MP3的“开发过程并不轻松，成果也并非理所当然。”

表1详细梳理和分析了MP3从理论发现、技术发明到产品商业化的创新过程，从中可以看到大学、研究机构以及企业是如何自然地进行协同创新合作的。我们似乎从中并没有看到从基础科研到产品转化的“死亡之谷”等创新阻碍，通过“弗劳恩霍夫模式”的机制安排，大学—研究机构—企业顺理成章地进入了一个资源得到有效配置的协同创新链条，在整个创新过程中每一方都各有贡献，并各居所得。

表1 MP3创新过程对应弗劳恩霍夫创新机制分析

3 从弗劳恩霍夫协会的组织管理看MP3的创新过程

(1)拥有明确的使命。作为应用型科学研究机构，弗劳恩霍夫协会从成立伊始就拥有明确的使命,即与产业部门和公共部门的客户密切合作开展具有实用性的研究[3]，这使弗劳恩霍夫协会的研究与产业部门的需求密切相关。因此，像音频编码这样的研究项目很容易得到产业部门的参与和支持。

在管理方面，弗劳恩霍夫协会享有高度的自主管理权。政府对于选择怎样的研究项目不做任何干涉。在选举弗劳恩霍夫协会主席方面政府拥有一定权限，但低于其他由国家资助的研究所。不论是协会的董事会、管理委员会还是其下属研究所的顾问委员会，都拥有来自产业部门和学术界的成员。

在预算方面，政府只提供弗劳恩霍夫协会研发项目预算总额的三分之一作为基础资金，其余三分之二的资金必须来自产业部门、政府竞争性补助金或者欧盟等其他来源，这是对研究所进行绩效评估遵循的一条非常严格的标准。协会将各研究所承担工业部门的合同经费比例作为匹配事业费的依据，吸引更多外部资金的研究所会获得更多基础资金。

(2)有效承担连接大学与企业的中间主体的角色。企业、大学和非营利科研机构是德国科技创新的三大支柱。与德国其他三大骨干科研机构(亥姆霍兹联合会、马普学会、莱布尼茨科学联合会)不同的是，弗劳恩霍夫协会在德国实际上扮演着连接大学与企业的中间主体的角色[4]。弗劳恩霍夫研究所的一个突出特点是，大部分研究所都设立于全国各地的大学之中。弗劳恩霍夫大部分研究所都是在大学已有研究团队基础上成立的，与大学有着天然的渊源。如弗劳恩霍夫集成电路研究所是1985年在埃尔朗根大学原有的两个微电子研究团队的基础上建立的，现在已经成为弗劳恩霍夫最大的研究所，拥有900多名员工，分布在德国10座城市，有13个办公地点。此外，担任弗劳恩霍夫研究所所长以及主要负责人的人通常都是合作大学中的全职教席教授(Lehrstuhl)。如勃兰登堡目前既担任弗劳恩霍夫数字媒体技术研究所所长，同时也是德国伊尔梅瑙工业大学教授；其导师Dieter Seitzer最初是埃尔朗根大学教授，后来同时担任弗劳恩霍夫集成电路研究所所长。也有一些负责人来自产业部门，但一般在担任弗劳恩霍夫研发机构负责人后就可能会被任命为大学教授。这样的设置对研究机构有两个优点：一是便于科技人员直接参与大学的教学活动，尤其是硕士、博士等高层次人才的培养(在德国只有大学具有学位培养和授予权)，从而有利于科研人员的知识更新和后备力量选拔；二是通过研究所与大学的直接合作可充分利用其科研资源，降低研发项目的成本。

开展合同研究是弗劳恩霍夫研究所与产业部门之间最重要最“正规”的互动模式。合同研究确保了弗劳恩霍夫的研究与产业部门的需求密切相关，而大学则通过弗劳恩霍夫研究所与企业很容易地建立起有效的互动：其学生无论是在本科还是硕士或者博士阶段都有机会作为研究助理参与到弗劳恩霍夫研究所的研发活动中，个人兴趣加上团队与环境的支持将有效激发其在科研领域的研究创新。如学生期间的勃兰登堡喜欢数学、声学、电子学，1980年他在埃尔朗根大学获得工程师学位，1982年获得数学硕士学位，1982—1989年期间攻读博士，设在埃尔朗根大学的弗劳恩霍夫集成电路研究所给予他充分的机会参与到各种各样的研发活动中，包括该所1987年开始承担的欧盟尤里卡研究项目EU-147以及与企业的研发合作等，与各类专家丰富的研究合作经历激发他在博士论文研究期间创立了MP3研究框架，并且奠定了他之后领导数字音频传输研发小组与企业合作开展MP3技术研发的基础。

弗劳恩霍夫还有一种相对“不正规”的互动模式则是其研究人员向产业部门的流动，而这种流动是刻意促成的。因为60%的弗劳恩霍夫协会研究人员都只签订3～5年固定期限的工作合同，随后他们当中的绝大部分必须到产业部门中求职。据统计，弗劳恩霍夫协会的人员流动率每年达到20%左右，为德国企业输送了大量专业人才。到产业部门工作后的研究人员(被称为alumni)往往都会与弗劳恩霍夫保持联系，并将他们当前任职企业的合作项目带回到弗劳恩霍夫各研究所。

(3)团队合作成为创新的土壤。MP3的突破性研发工作完成于1990—1992年，即勃兰登堡正式加入弗劳恩霍夫研究所并创建数字音频传输研发小组后的两年间。勃兰登堡的基础性和关键性贡献是获得公认的，但研发小组每个人在MP3开发过程中都功不可没，各有所长，包括Ernst Eberlein、Heinz Gerhäuser (集成电路研究所前所长)、Bernhard Grill、Jürgen Herre 和 Harald Popp等，MP3的成功更多来自弗劳恩霍夫研究团队的精诚合作[2]。弗劳恩霍夫集成电路研究所网站关于MP3发展史的一句话高度概括了其团队创新经验——MP3是团队多年合作和努力的成果，数不清的人和研究组织支持了弗劳恩霍夫集成电路研究所的MP3研究开发团队。

(4) 鼓励创新政策。从研究到技术发明再到商业化其实还有很长的路程要走，不论是弗劳恩霍夫协会的管理委员会还是其下属研究所的顾问委员会都拥有来自产业部门的代表。弗劳恩霍夫协会与企业密切的联系和鼓励创新的政策，是研发技术走向商业应用的关键步骤。正是因为弗劳恩霍夫研究所与产业界“与生俱来”建立的密切联系以及弗劳恩霍夫协会的创新鼓励政策，才使得集成电路研究所很容易与AT&T贝尔实验室以及汤姆逊等企业密切合作，组成国际合作开发团队，使得MP3很快从基础研究理论变为技术发明(从1988年到1992年产学研组成的研发团队在一起走过了四年的时间)，进而很快进入到从技术到产品的商业化通道，这个过程是一个技术转移加技术开发的双重过程。

(5)有效的专利保护体系。在技术开发过程中，专利保护对于创新活动的持续进行非常重要。专利技术保护持续支持了弗劳恩霍夫的技术创新活动，每年协会都会产生大量具有应用前景的专利。2014年协会获得专利563项，2015年获得专利506项[3]，平均每年每个工作日产生专利都在 2～3件。强大的技术储备、在提供解决方案上的强大实力以及与企业密切的联系是弗劳恩霍夫专利产生的温暖土壤。

弗劳恩霍夫研究所面向产业界之所以主要采取“合同科研”的合作方式，源于该方式非常利于界定研发机构与企业间的权利与义务。弗劳恩霍夫协会通常选择以下一些方式来进行知识产权的商业化操作：①合同制研究；②对外发放许可证；③利用IP获得新项目；④衍生公司。但在进行合同谈判时，弗劳恩霍夫协会一般会保留对其IP资产的控制权，为此常常不惜冒着降低单个合同营利能力的风险。对于执行合同科研期间产生的科研成果，弗劳恩霍夫会进行专利申报保护，同时对客户授予独家或者排他性许可权，或者规定具体应用范围的使用期限许可等。如MP3涉及的诸多专利既给技术的主要研发者弗劳恩霍夫持续带来经济收益，同时也使许多参与研发的机构和企业获得了相应利益。由于有效的专利策略，弗劳恩霍夫协会通常都是合作中知识产权收益的大赢家。弗劳恩霍夫协会的每一项新研究都增加了协会的无形资产，而这些“背景IP”又使弗劳恩霍夫协会进一步成为企业界更有吸引力的合作伙伴[5]。

(6)支持研发直至商业化阶段。弗劳恩霍夫协会与一般研究机构不同，其对面向产业界的研发力求从技术到产品最后直至商业化阶段。如在MP3从技术到产品研发过程顺利完成后，接下来商业模式变成了影响创新成功的关键步骤。商业模式的选择和建立与用户及市场的需求密切相关。弗劳恩霍夫协会与其合作企业开始设计的商业模式维护了知识产权利益，然而却并不被用户市场所接受，最终导致MP3技术在商业化路程上一波三折。商业模式的建立必定是一个需要跟产品创新一起不断调整的过程，最后形成的技术产品及商业模式则是商家与市场博弈、利益与便利性折中的结果。如果没有协会一以贯之的政策支持，MP3在通往商业化的道路上可能早就夭折了。

4 弗劳恩霍夫机制的协同创新模式思考

我们从MP3案例中并没有看到从科学研究到技术产品开发和商业化的过程中印有明显技术转移的标记，然而大学和科研机构的公共研究成果却在公私伙伴关系的合作研发过程中自然而顺理成章地被转移到企业。科学研究从一开始就是面向应用进行的，而通过弗劳恩霍夫的运作机制研究成果非常自然顺畅地从公共研究机构走到了企业共同参与的技术和产品开发阶段，“死亡之谷”对于弗劳恩霍夫的运作机制而言似乎并不存在。

从弗劳恩霍夫的运行机制，我们看到了一种制度安排下的协同创新典范。协同创新的关键是形成以大学、企业、研究机构为核心要素，以政府、金融机构、中介组织、创新平台、非营利性组织等为辅助要素的多元主体协同互动的网络创新模式[6]。从MP3案例中我们发现，弗劳恩霍夫的运行机制似乎正是搭建了一个有效实施协同创新的平台：由于弗劳恩霍夫研究所承担着连接大学与企业中间主体的角色，通过与大学紧密合作以及与产业部门的“合同科研”，技术创新各参与主体协同互动，资源获得有效配置与整合。

我们看到，相对于传统的线性和链式创新模式，弗劳恩霍夫的创新呈现出非线性、多角色和开放性的协同创新特征。在弗劳恩霍夫模式中，大学—研究机构—企业的差异化与异质性产生了利益需求互补，推动成为稳定的资源共享者与创新合作者。一方面，企业享有弗劳恩霍夫研究所雄厚的研发成果积累，而且获取到研究所和大学高水平科研队伍的服务，使其节省了大量自身开发新产品的成本，并可快速进入到新的技术领域。另一方面，弗劳恩霍夫的运行机制创造了一个人才流动的通道。由于大部分研究所设在大学中，保障了弗劳恩霍夫协会自身源源不断的人才供给；大学从与弗劳恩霍夫的紧密合作中获得了面向客户的教育培训场所和实践平台，推进了学生培养和大学研究的实用性，推动其不断探索新的研究领域，产生更多学术成果，同时还可获得企业对大学研究和教育的经济支持。由于弗劳恩霍夫研究所经常要求人员常驻企业内部开发项目，因此与其合作大学的研究生在毕业时往往已经拥有了熟练的技术专长，并具备了开拓市场的全方位技能以及广泛的商业关系网。以上促成了一个同时面向知识创新和技术创新的无缝连接的人才流动和共享机制，非常自然地保障了创新人才的培养和转移。在这种机制下，弗劳恩霍夫与企业、大学在技术和资源整合上达成了信息互惠共享、目标共同设定、绩效系统匹配以及行动最优同步等协同性，从而产生了系统叠加的非线性成效，实际上这正是协同创新对资源要素进行配置的特征。弗劳恩霍夫机制突破了创新主体间的壁垒，实际上早就达到了协同创新1+1+1>3的非线性效果。

5 启示与建议

弗劳恩霍夫协会代表了德国产学研一体化的创新思路,从科学研究到技术产品开发和商业化，弗朗恩霍夫协会拥有一套可以达成有效资源配置和整合的协同创新机制，这是MP3案例给我们的启示。在德国创新生态链中弗劳恩霍夫协会一直是重要一环，使德国工业在国际市场上长期得以保持较强的创新能力。2006年，德国发布《德国高科技战略》报告，从国家层面提出从科研到创新直至最终占领市场的一体化战略，以有效实现科研成果与市场需求的结合，这其实可以看作德国在弗朗恩霍夫模式多年成功运作基础上提出来的国家战略。

影响技术创新过程的因素有很多，如技术选择路径、风险投资、市场机遇等。技术创新的复杂性并非一个模式就能够解决所有相关问题，但是毫无疑问，符合协同创新特征的弗劳恩霍夫模式非常值得我国在推进国家创新系统建设和协同创新过程中深入借鉴。弗劳恩霍夫协会从创立之始经过了好多年探索和各方磨合才逐步形成了其独特运行模式，该模式有其形成的历史渊源、体制保障机制以及运行积淀等。因此弗劳恩霍夫模式绝对不可照搬照抄，任何国家在学习过程中必须根据本国体制特征进行适应性改造。对于如何借鉴弗劳恩霍夫模式我们提出以下初步性建议：第一，将我国大学和科研机构两大体系的协同提升到国家层面；第二，面向企业需求，建立协同创新有效合作平台，推动大学、科研机构和企业三方务实合作；第三，推动研究生培养模式转变，探索协同创新培养人才机制。