智能科技助力东京奥运会

2021-08-12陈新民

百科知识 2021年15期

关键词：转播运动员机器人

陈新民

因为夏季奥运会的举办，2020年本该是日本广受瞩目的一年；没想到，突如其来的新冠疫情打乱了全世界的脚步，让东京奥运会不得不顺延至今年夏季举行。为降低疫情传播风险，日本政府决定，禁止海外观众入境观看东京奥运会，且大多数场馆不允许观众入内。

1964年，东京首次举办夏季奥运会。新干线那子弹头形状的列车甫一亮相，即成为日本的标志之一。它也推动了世界交通史上的一次技术进步，为磁悬浮列车的出现打下了良好的技术基础。

时隔近60年的2021年，当日本再次成为夏季奥运会东道主，在经济和技术飞速发展的今天，东京奥运会又将为世界带来哪些亮眼的科技？这届奥运会能否成为一届最具未来感的奥运会呢？

投入巨大

奧运会向来是各国展现自身科技力量的平台。如1936年柏林奥运会首次通过电视广播的方式对赛事进行报道；1952年赫尔辛基奥运会首次采用了终点高速摄像机，通过特殊的方式捕捉运动员冲刺瞬间；1976年蒙特利尔奥运会首次利用人造卫星实现奥运圣火传递；等等。

围绕这些科技项目的投入非常惊人。2008年，北京奥运会的科技专项课题达1180个，投资近32亿元人民币；2012年，伦敦奥运会的总成本高达130亿美元，引入了包括数码管家系统、新兴医疗科技、3D数码分析等新技术为运动员服务；2016年的里约奥运会总投入达144亿美元，VR技术正是在里约首次被应用于奥运直播。东京奥运会在技术方面的投入更是下了血本，日本政府将这届奥运会定位为“日本复兴的起点”，期望展现本国在新能源、新材料、环保产业、生物科技等方面的巨大成功。日本政府有关人士也一直强调，东京奥运会“将成为超越体育框架的一大盛事，也将是把日本优秀的科学技术告诉世界的最好机会”。

自申奥至今，日本政府酝酿了10年之久。据《时代周刊》估算，日本已经为奥运会耗资250亿美元，是成本预算的4倍之多。有专家认为，这是史上第二贵的奥运会。

2014年，日本政府发布《科技创新综合战略》，明确了东京奥运会要把科技创新和社会重大需求紧密结合起来的目标，并正式发布了9个具体的科技项目，希望借奥运会之机促进包括AI、5G、网络安全等在内的一系列新技术的发展和应用，以目标带动发展，从而反哺社会。2016年发布的《日本再兴战略2016》明确了日本在人工智能领域的发展方向，要保持在汽车、机器人领域技术优势的同时，解决人口老化、劳动力短缺等问题，推进超智能社会5.0建设。

奥运会像是一个大型实验室，为各项技术的发展提供了实践项目。

全新的转播方式

尽管延期一年的东京奥运会举办在即，但全球的新冠疫情依旧没有好转迹象。日本政府只得无奈宣布，将会采用云直播的方式直播本次奥运会比赛。由于所有海外体育爱好者只能通过电视来观看这场体育盛事，在这样的特殊背景下，愈发考验本届赛事的转播能力。

其中，日本公共放送协会（NHK）将会以8K（7680×4320）超高清视频分辨率信号转播赛事，并利用5G技术传输信号。届时，体育赛事呈现从“台前观看”到“身临其境”，不再是天方夜谭。

其实，早在2013年获得本届夏季奥运会举办权的时候，日本就宣布将会采用8K视频转播赛事，其中包括首次运用直升机以8K摄影机拍摄开幕式与闭幕式，同时，在田径、羽毛球、足球、柔道、游泳、桌球、排球等多类比赛及部分精选赛事中使用8K转播技术。这在4K（1080P）电视节目还没有完全普及的2013年可以说得上是惊人之举。虽然科技日新月异，但对大多数人来说，8K视频转播的科技含量很高。

8K是什么概念呢？8K技术可以让屏幕上的每一条水平线充满了约8000个水平像素点，其总像素数量相当于目前高清电视分辨率1920×1080的16倍，显示效果将会有质的飞跃。在超高清分辨率和多声道的加持下，8K电视画面的每一个细节都将鲜活地展现在人们面前，即便走近屏幕，依然看不到任何像素点。那些曾经模糊不清的细节，如泳池的水花、裁判手中的黄牌或红牌、运动员晋级后激动的泪水抑或是失败后的落寞表情，哪怕是跳远赛场上飞扬的沙土，在新技术的加持下，电视机前的观众都能一览无余。另外，这种对细节的呈现效果也为教练修正运动员的技术动作提供了强有力的支持。

此外，日本将5G商用之路的起点也设在东京奥运会上，东京奥运会将成为日本5G商用的首个大型应用场景。

5G指的是第5代信息传输技术，是从信息传输的速度而言的。5G传输信息的速度是4G的10～20倍。

那么，为何选择8K+5G这样一个组合呢？

相较于4K，8K对视频技术参数和网络传输提出了更高的要求，如7680×4320的分辨率、BT.2020标准的色域范围、12bit的色彩深度、120fps的帧率，130Mbps的码率则要求端到端带宽达到300Mbps、时延小于20米每秒。这对于服务器存储和数据传输都是非常大的挑战，只有通过5G网络才能实现。

二者的结合可以使屏幕前的观众体验到5G技术的高速率、低时延，体验到8K视频的高分辨率、逼真的成像还原、全沉浸式的临场感觉和近距离观看的舒适感。

此外，5G在奥运会上还有其他更大的作用。在竞速比赛时，5G技术结合面部识别技术和3D运动员追踪技术，通过人工智能和摄像头的合作，能够在电视上叠加真实影像和游戏元素的信息，把每个赛道数字绘制成不同颜色，并且能够显示运动员的实时速度。

就在今年3月18日，日本的三菱综合研究所、富士通等五家机构通力合作，将8K高清内窥摄像头捕捉到的病灶信息，通过5G网络传输给手术操作者，然后再借由5G技术将操作者的远程判断传回现场。该试验的完成标志着日本在“高效传输和利用4K、8K高清影像技术”方面取得阶段性成果。今后，“高效传输和利用4K、8K高清影像技术”不仅可以服务像东京奥运会这样的比赛现场，还能用于教学活动、远程医疗等方面。

当前，越来越多的观众渴望拥有更有趣、更优质的沉浸式体验，5G技术与体育产业的融合发展也成了大势所趋。赛事转播企业不断将4K/8K、AR/VR等超高清技术引入转播，不仅开创了体育领域5G+4K/8K直播的新局面，还在受疫情影响的空场比赛时期创新性地推出了5G云观众、云包厢、云呐喊等观赛“黑科技”，在比赛中打造“5G云赛场”的观赛新体验。除了个性化观赛需求得到满足以外，用户的选择困难也被贴心“治愈”——通过视频多屏同看（至多能够选择4路信号同屏显示），观众能够畅享全场景追比赛的快感。

与此同时，东京奥运会将首次采用“奥林匹克转播云（OBS Cloud）系统”，可将转播中心占地面积缩小25%、现场转播工作人数减少27%，却有能力输出更丰富、更精彩的赛事内容。数据显示，在为期17天的东京奥运会上，将产生超过9000小时的体育报道内容，这将是科技参与程度最高的一届奥运会转播。

AI积分支持系统和智能裁判

对于观众而言，全息投影、VR、AR等技术的投入运用，意味着不能到现场也没关系，在家同样可以体验现场的竞赛氛围。因为借助科技的支持，观众能“在世界上任何地方体验最好的前排座位”。

全球观众不仅能使用高清电视和移动终端等设备来观看比赛，甚至还能实时了解参赛选手的心跳等信息。在有关试验中，当射箭运动员手握弓箭准备射击时，设置在弓箭中的信息采集器就将采集运动员的各项身体数值并传输到后台，观众可以在屏幕上边观看选手比赛，边了解诸如选手面部温度、心跳和脉搏等信息。

另外，AI裁判和“计分支持系统”也会在东京奥运会持证上岗。据日本《每日新闻》报道，由日本富士通开发的“计分支持系统”，早在2019年7月就已成功通過试验，目前已在体育比赛中逐步得到应用——国际体操联合会已引进、运用这套打分辅助系统，以减少人为误判、错判或情感分的存在。

该系统利用了3D激光传感器和AI技术。首先，两个3D激光传感器会以每秒200万的频次发射激光到运动员身上，以便全方位捕捉、追踪选手的动作，光束会随着运动员的移动而变换角度，以保证记录的完整性。接着，系统会将运动员的动作实时转换成三维立体图像，AI再对图像中运动员的动作进行全方位分析，通过捕捉分布在运动员手、肘、脚等部位的18处感应点所反射的信息，来确认肢体或关节的动作、位置、幅度等，然后将记录与数据库资料进行比较，从而判断出运动员的技术完成度及其动作是否合规。在动作技术难度连年升高的背景下，对于体操裁判和运动员双方而言，这样的打分方式无疑会使比赛更公平。

该系统已经在2020年10月举办的体操世界锦标赛中投入使用。由于业界对这项应用还存在不少反对的声音，认为引进人工智能对体操等追求美感和韵律的运动的评分存在很大局限性，有可能会使运动员为迎合机器的评分标准而丢失动作的美感，从而降低运动的趣味性和观赏性。因此，在实际比赛中，人工智能裁判只“担任辅助作用”，最终将结合AI和裁判员双方的判断，并经过裁判综合判断后，打出最终分数。

人脸识别

对于2021年举办的这届奥运会来说，日本铁了心想要把它办成一届科技含量十足的盛会，除了增加8K信号转播外，还启用人工智能面部识别系统。这也是人脸识别系统首次在奥运会上得到大规模应用。

这套人工智能面部识别系统是英特尔与日本电器股份有限公司（NEC）合作的成果，计划通过一套名为NeoFace的面部识别系统来识别、管理比赛期间超过30万的人员，包括运动员、志愿者、媒体记者和其他工作人员等。日本电器股份有限公司表示，含有IC芯片的身份验证机将会自动验证那些进入场馆的人员身份，且全部40余个场馆都将配备这种检测装置。该系统主要提供门禁服务，启用该功能后，既能提高工作效率，减少身份检查的漫长等待时间，又能减轻对工作人员的依赖程度，并减少人员交叉感染的风险。测试结果显示，即使有多人快速通过，该识别系统也能非常顺利地完成认证：屏幕几乎会立即显示IC卡持有人的照片。

东京的夏季非常炎热，本届奥运会有可能成为一个多世纪以来比赛期间气温最高的一届奥运会。因此，引入人脸识别加快身份验证进程显得尤为重要。