陳新民

因?yàn)橄募緤W運(yùn)會(huì)的舉辦，2020年本該是日本廣受矚目的一年；沒(méi)想到，突如其來(lái)的新冠疫情打亂了全世界的腳步，讓東京奧運(yùn)會(huì)不得不順延至今年夏季舉行。為降低疫情傳播風(fēng)險(xiǎn)，日本政府決定，禁止海外觀眾入境觀看東京奧運(yùn)會(huì)，且大多數(shù)場(chǎng)館不允許觀眾入內(nèi)。

1964年，東京首次舉辦夏季奧運(yùn)會(huì)。新干線那子彈頭形狀的列車甫一亮相，即成為日本的標(biāo)志之一。它也推動(dòng)了世界交通史上的一次技術(shù)進(jìn)步，為磁懸浮列車的出現(xiàn)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

時(shí)隔近60年的2021年，當(dāng)日本再次成為夏季奧運(yùn)會(huì)東道主，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，東京奧運(yùn)會(huì)又將為世界帶來(lái)哪些亮眼的科技？這屆奧運(yùn)會(huì)能否成為一屆最具未來(lái)感的奧運(yùn)會(huì)呢？

投入巨大

奧運(yùn)會(huì)向來(lái)是各國(guó)展現(xiàn)自身科技力量的平臺(tái)。如1936年柏林奧運(yùn)會(huì)首次通過(guò)電視廣播的方式對(duì)賽事進(jìn)行報(bào)道；1952年赫爾辛基奧運(yùn)會(huì)首次采用了終點(diǎn)高速攝像機(jī)，通過(guò)特殊的方式捕捉運(yùn)動(dòng)員沖刺瞬間；1976年蒙特利爾奧運(yùn)會(huì)首次利用人造衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)圣火傳遞；等等。

圍繞這些科技項(xiàng)目的投入非常驚人。2008年，北京奧運(yùn)會(huì)的科技專項(xiàng)課題達(dá)1180個(gè)，投資近32億元人民幣；2012年，倫敦奧運(yùn)會(huì)的總成本高達(dá)130億美元，引入了包括數(shù)碼管家系統(tǒng)、新興醫(yī)療科技、3D數(shù)碼分析等新技術(shù)為運(yùn)動(dòng)員服務(wù)；2016年的里約奧運(yùn)會(huì)總投入達(dá)144億美元，VR技術(shù)正是在里約首次被應(yīng)用于奧運(yùn)直播。東京奧運(yùn)會(huì)在技術(shù)方面的投入更是下了血本，日本政府將這屆奧運(yùn)會(huì)定位為“日本復(fù)興的起點(diǎn)”，期望展現(xiàn)本國(guó)在新能源、新材料、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、生物科技等方面的巨大成功。日本政府有關(guān)人士也一直強(qiáng)調(diào)，東京奧運(yùn)會(huì)“將成為超越體育框架的一大盛事，也將是把日本優(yōu)秀的科學(xué)技術(shù)告訴世界的最好機(jī)會(huì)”。

自申奧至今，日本政府醞釀了10年之久。據(jù)《時(shí)代周刊》估算，日本已經(jīng)為奧運(yùn)會(huì)耗資250億美元，是成本預(yù)算的4倍之多。有專家認(rèn)為，這是史上第二貴的奧運(yùn)會(huì)。

2014年，日本政府發(fā)布《科技創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略》，明確了東京奧運(yùn)會(huì)要把科技創(chuàng)新和社會(huì)重大需求緊密結(jié)合起來(lái)的目標(biāo)，并正式發(fā)布了9個(gè)具體的科技項(xiàng)目，希望借奧運(yùn)會(huì)之機(jī)促進(jìn)包括AI、5G、網(wǎng)絡(luò)安全等在內(nèi)的一系列新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以目標(biāo)帶動(dòng)發(fā)展，從而反哺社會(huì)。2016年發(fā)布的《日本再興戰(zhàn)略2016》明確了日本在人工智能領(lǐng)域的發(fā)展方向，要保持在汽車、機(jī)器人領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，解決人口老化、勞動(dòng)力短缺等問(wèn)題，推進(jìn)超智能社會(huì)5.0建設(shè)。

奧運(yùn)會(huì)像是一個(gè)大型實(shí)驗(yàn)室，為各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展提供了實(shí)踐項(xiàng)目。

全新的轉(zhuǎn)播方式

盡管延期一年的東京奧運(yùn)會(huì)舉辦在即，但全球的新冠疫情依舊沒(méi)有好轉(zhuǎn)跡象。日本政府只得無(wú)奈宣布，將會(huì)采用云直播的方式直播本次奧運(yùn)會(huì)比賽。由于所有海外體育愛(ài)好者只能通過(guò)電視來(lái)觀看這場(chǎng)體育盛事，在這樣的特殊背景下，愈發(fā)考驗(yàn)本屆賽事的轉(zhuǎn)播能力。

其中，日本公共放送協(xié)會(huì)（NHK）將會(huì)以8K（7680×4320）超高清視頻分辨率信號(hào)轉(zhuǎn)播賽事，并利用5G技術(shù)傳輸信號(hào)。屆時(shí)，體育賽事呈現(xiàn)從“臺(tái)前觀看”到“身臨其境”，不再是天方夜譚。

其實(shí)，早在2013年獲得本屆夏季奧運(yùn)會(huì)舉辦權(quán)的時(shí)候，日本就宣布將會(huì)采用8K視頻轉(zhuǎn)播賽事，其中包括首次運(yùn)用直升機(jī)以8K攝影機(jī)拍攝開(kāi)幕式與閉幕式，同時(shí)，在田徑、羽毛球、足球、柔道、游泳、桌球、排球等多類比賽及部分精選賽事中使用8K轉(zhuǎn)播技術(shù)。這在4K（1080P）電視節(jié)目還沒(méi)有完全普及的2013年可以說(shuō)得上是驚人之舉。雖然科技日新月異，但對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，8K視頻轉(zhuǎn)播的科技含量很高。

8K是什么概念呢？8K技術(shù)可以讓屏幕上的每一條水平線充滿了約8000個(gè)水平像素點(diǎn)，其總像素?cái)?shù)量相當(dāng)于目前高清電視分辨率1920×1080的16倍，顯示效果將會(huì)有質(zhì)的飛躍。在超高清分辨率和多聲道的加持下，8K電視畫面的每一個(gè)細(xì)節(jié)都將鮮活地展現(xiàn)在人們面前，即便走近屏幕，依然看不到任何像素點(diǎn)。那些曾經(jīng)模糊不清的細(xì)節(jié)，如泳池的水花、裁判手中的黃牌或紅牌、運(yùn)動(dòng)員晉級(jí)后激動(dòng)的淚水抑或是失敗后的落寞表情，哪怕是跳遠(yuǎn)賽場(chǎng)上飛揚(yáng)的沙土，在新技術(shù)的加持下，電視機(jī)前的觀眾都能一覽無(wú)余。另外，這種對(duì)細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)效果也為教練修正運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作提供了強(qiáng)有力的支持。

此外，日本將5G商用之路的起點(diǎn)也設(shè)在東京奧運(yùn)會(huì)上，東京奧運(yùn)會(huì)將成為日本5G商用的首個(gè)大型應(yīng)用場(chǎng)景。

5G指的是第5代信息傳輸技術(shù)，是從信息傳輸?shù)乃俣榷缘摹?G傳輸信息的速度是4G的10～20倍。

那么，為何選擇8K+5G這樣一個(gè)組合呢？

相較于4K，8K對(duì)視頻技術(shù)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸提出了更高的要求，如7680×4320的分辨率、BT.2020標(biāo)準(zhǔn)的色域范圍、12bit的色彩深度、120fps的幀率，130Mbps的碼率則要求端到端帶寬達(dá)到300Mbps、時(shí)延小于20米每秒。這對(duì)于服務(wù)器存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸都是非常大的挑戰(zhàn)，只有通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。

二者的結(jié)合可以使屏幕前的觀眾體驗(yàn)到5G技術(shù)的高速率、低時(shí)延，體驗(yàn)到8K視頻的高分辨率、逼真的成像還原、全沉浸式的臨場(chǎng)感覺(jué)和近距離觀看的舒適感。

此外，5G在奧運(yùn)會(huì)上還有其他更大的作用。在競(jìng)速比賽時(shí)，5G技術(shù)結(jié)合面部識(shí)別技術(shù)和3D運(yùn)動(dòng)員追蹤技術(shù)，通過(guò)人工智能和攝像頭的合作，能夠在電視上疊加真實(shí)影像和游戲元素的信息，把每個(gè)賽道數(shù)字繪制成不同顏色，并且能夠顯示運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)速度。

就在今年3月18日，日本的三菱綜合研究所、富士通等五家機(jī)構(gòu)通力合作，將8K高清內(nèi)窺攝像頭捕捉到的病灶信息，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸給手術(shù)操作者，然后再借由5G技術(shù)將操作者的遠(yuǎn)程判斷傳回現(xiàn)場(chǎng)。該試驗(yàn)的完成標(biāo)志著日本在“高效傳輸和利用4K、8K高清影像技術(shù)”方面取得階段性成果。今后，“高效傳輸和利用4K、8K高清影像技術(shù)”不僅可以服務(wù)像東京奧運(yùn)會(huì)這樣的比賽現(xiàn)場(chǎng)，還能用于教學(xué)活動(dòng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面。

當(dāng)前，越來(lái)越多的觀眾渴望擁有更有趣、更優(yōu)質(zhì)的沉浸式體驗(yàn)，5G技術(shù)與體育產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展也成了大勢(shì)所趨。賽事轉(zhuǎn)播企業(yè)不斷將4K/8K、AR/VR等超高清技術(shù)引入轉(zhuǎn)播，不僅開(kāi)創(chuàng)了體育領(lǐng)域5G+4K/8K直播的新局面，還在受疫情影響的空?qǐng)霰荣悤r(shí)期創(chuàng)新性地推出了5G云觀眾、云包廂、云吶喊等觀賽“黑科技”，在比賽中打造“5G云賽場(chǎng)”的觀賽新體驗(yàn)。除了個(gè)性化觀賽需求得到滿足以外，用戶的選擇困難也被貼心“治愈”——通過(guò)視頻多屏同看（至多能夠選擇4路信號(hào)同屏顯示），觀眾能夠暢享全場(chǎng)景追比賽的快感。

與此同時(shí)，東京奧運(yùn)會(huì)將首次采用“奧林匹克轉(zhuǎn)播云（OBS Cloud）系統(tǒng)”，可將轉(zhuǎn)播中心占地面積縮小25%、現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播工作人數(shù)減少27%，卻有能力輸出更豐富、更精彩的賽事內(nèi)容。數(shù)據(jù)顯示，在為期17天的東京奧運(yùn)會(huì)上，將產(chǎn)生超過(guò)9000小時(shí)的體育報(bào)道內(nèi)容，這將是科技參與程度最高的一屆奧運(yùn)會(huì)轉(zhuǎn)播。

AI積分支持系統(tǒng)和智能裁判

對(duì)于觀眾而言，全息投影、VR、AR等技術(shù)的投入運(yùn)用，意味著不能到現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)關(guān)系，在家同樣可以體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的競(jìng)賽氛圍。因?yàn)榻柚萍嫉闹С?，觀眾能“在世界上任何地方體驗(yàn)最好的前排座位”。

全球觀眾不僅能使用高清電視和移動(dòng)終端等設(shè)備來(lái)觀看比賽，甚至還能實(shí)時(shí)了解參賽選手的心跳等信息。在有關(guān)試驗(yàn)中，當(dāng)射箭運(yùn)動(dòng)員手握弓箭準(zhǔn)備射擊時(shí)，設(shè)置在弓箭中的信息采集器就將采集運(yùn)動(dòng)員的各項(xiàng)身體數(shù)值并傳輸?shù)胶笈_(tái)，觀眾可以在屏幕上邊觀看選手比賽，邊了解諸如選手面部溫度、心跳和脈搏等信息。

另外，AI裁判和“計(jì)分支持系統(tǒng)”也會(huì)在東京奧運(yùn)會(huì)持證上崗。據(jù)日本《每日新聞》報(bào)道，由日本富士通開(kāi)發(fā)的“計(jì)分支持系統(tǒng)”，早在2019年7月就已成功通過(guò)試驗(yàn)，目前已在體育比賽中逐步得到應(yīng)用——國(guó)際體操聯(lián)合會(huì)已引進(jìn)、運(yùn)用這套打分輔助系統(tǒng)，以減少人為誤判、錯(cuò)判或情感分的存在。

該系統(tǒng)利用了3D激光傳感器和AI技術(shù)。首先，兩個(gè)3D激光傳感器會(huì)以每秒200萬(wàn)的頻次發(fā)射激光到運(yùn)動(dòng)員身上，以便全方位捕捉、追蹤選手的動(dòng)作，光束會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)員的移動(dòng)而變換角度，以保證記錄的完整性。接著，系統(tǒng)會(huì)將運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成三維立體圖像，AI再對(duì)圖像中運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行全方位分析，通過(guò)捕捉分布在運(yùn)動(dòng)員手、肘、腳等部位的18處感應(yīng)點(diǎn)所反射的信息，來(lái)確認(rèn)肢體或關(guān)節(jié)的動(dòng)作、位置、幅度等，然后將記錄與數(shù)據(jù)庫(kù)資料進(jìn)行比較，從而判斷出運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)完成度及其動(dòng)作是否合規(guī)。在動(dòng)作技術(shù)難度連年升高的背景下，對(duì)于體操裁判和運(yùn)動(dòng)員雙方而言，這樣的打分方式無(wú)疑會(huì)使比賽更公平。

該系統(tǒng)已經(jīng)在2020年10月舉辦的體操世界錦標(biāo)賽中投入使用。由于業(yè)界對(duì)這項(xiàng)應(yīng)用還存在不少反對(duì)的聲音，認(rèn)為引進(jìn)人工智能對(duì)體操等追求美感和韻律的運(yùn)動(dòng)的評(píng)分存在很大局限性，有可能會(huì)使運(yùn)動(dòng)員為迎合機(jī)器的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)而丟失動(dòng)作的美感，從而降低運(yùn)動(dòng)的趣味性和觀賞性。因此，在實(shí)際比賽中，人工智能裁判只“擔(dān)任輔助作用”，最終將結(jié)合AI和裁判員雙方的判斷，并經(jīng)過(guò)裁判綜合判斷后，打出最終分?jǐn)?shù)。

人臉識(shí)別

對(duì)于2021年舉辦的這屆奧運(yùn)會(huì)來(lái)說(shuō)，日本鐵了心想要把它辦成一屆科技含量十足的盛會(huì)，除了增加8K信號(hào)轉(zhuǎn)播外，還啟用人工智能面部識(shí)別系統(tǒng)。這也是人臉識(shí)別系統(tǒng)首次在奧運(yùn)會(huì)上得到大規(guī)模應(yīng)用。

這套人工智能面部識(shí)別系統(tǒng)是英特爾與日本電器股份有限公司（NEC）合作的成果，計(jì)劃通過(guò)一套名為NeoFace的面部識(shí)別系統(tǒng)來(lái)識(shí)別、管理比賽期間超過(guò)30萬(wàn)的人員，包括運(yùn)動(dòng)員、志愿者、媒體記者和其他工作人員等。日本電器股份有限公司表示，含有IC芯片的身份驗(yàn)證機(jī)將會(huì)自動(dòng)驗(yàn)證那些進(jìn)入場(chǎng)館的人員身份，且全部40余個(gè)場(chǎng)館都將配備這種檢測(cè)裝置。該系統(tǒng)主要提供門禁服務(wù)，啟用該功能后，既能提高工作效率，減少身份檢查的漫長(zhǎng)等待時(shí)間，又能減輕對(duì)工作人員的依賴程度，并減少人員交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。測(cè)試結(jié)果顯示，即使有多人快速通過(guò)，該識(shí)別系統(tǒng)也能非常順利地完成認(rèn)證：屏幕幾乎會(huì)立即顯示IC卡持有人的照片。

東京的夏季非常炎熱，本屆奧運(yùn)會(huì)有可能成為一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)比賽期間氣溫最高的一屆奧運(yùn)會(huì)。因此，引入人臉識(shí)別加快身份驗(yàn)證進(jìn)程顯得尤為重要。

無(wú)處不在的機(jī)器人

眾所周知，日本是科技大國(guó)，其機(jī)器人自動(dòng)化程度也在世界上享有盛名。在日本，機(jī)器人不僅是一個(gè)產(chǎn)業(yè)，而且是民族文化的組成部分。

這次的東京奧運(yùn)會(huì)自然也少不了機(jī)器人的身影。

東京都政府計(jì)劃以?shī)W運(yùn)會(huì)為契機(jī)，啟動(dòng)“為全市安裝機(jī)器人”的大型項(xiàng)目，并在奧運(yùn)村建立“機(jī)器人村”。東京奧運(yùn)會(huì)將使用機(jī)器人來(lái)維持秩序，進(jìn)行安保服務(wù)等，機(jī)器人可以從事語(yǔ)言翻譯、導(dǎo)航等工作，然后再配合自動(dòng)駕駛汽車，整個(gè)過(guò)程看上去都不太需要人力，讓人覺(jué)得新奇而有趣。