智能科技助力東京奧運會

陳新民

因為夏季奧運會的舉辦，2020年本該是日本廣受矚目的一年；沒想到，突如其來的新冠疫情打亂了全世界的腳步，讓東京奧運會不得不順延至今年夏季舉行。為降低疫情傳播風(fēng)險，日本政府決定，禁止海外觀眾入境觀看東京奧運會，且大多數(shù)場館不允許觀眾入內(nèi)。

1964年，東京首次舉辦夏季奧運會。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)。

時隔近60年的2021年，當(dāng)日本再次成為夏季奧運會東道主，在經(jīng)濟和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，東京奧運會又將為世界帶來哪些亮眼的科技？這屆奧運會能否成為一屆最具未來感的奧運會呢？

投入巨大

奧運會向來是各國展現(xiàn)自身科技力量的平臺。如1936年柏林奧運會首次通過電視廣播的方式對賽事進(jìn)行報道；1952年赫爾辛基奧運會首次采用了終點高速攝像機，通過特殊的方式捕捉運動員沖刺瞬間；1976年蒙特利爾奧運會首次利用人造衛(wèi)星實現(xiàn)奧運圣火傳遞；等等。

圍繞這些科技項目的投入非常驚人。2008年，北京奧運會的科技專項課題達(dá)1180個，投資近32億元人民幣；2012年，倫敦奧運會的總成本高達(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)為運動員服務(wù)；2016年的里約奧運會總投入達(dá)144億美元，VR技術(shù)正是在里約首次被應(yīng)用于奧運直播。東京奧運會在技術(shù)方面的投入更是下了血本，日本政府將這屆奧運會定位為“日本復(fù)興的起點”，期望展現(xiàn)本國在新能源、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)人士也一直強調(diào)，東京奧運會“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)告訴世界的最好機會”。

自申奧至今，日本政府醞釀了10年之久。據(jù)《時代周刊》估算，日本已經(jīng)為奧運會耗資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會。

2014年，日本政府發(fā)布《科技創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略》，明確了東京奧運會要把科技創(chuàng)新和社會重大需求緊密結(jié)合起來的目標(biāo)，并正式發(fā)布了9個具體的科技項目，希望借奧運會之機促進(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)帶動發(fā)展，從而反哺社會。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、機器人領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢的同時，解決人口老化、勞動力短缺等問題，推進(jìn)超智能社會5.0建設(shè)。

奧運會像是一個大型實驗室，為各項技術(shù)的發(fā)展提供了實踐項目。

全新的轉(zhuǎn)播方式

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

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

其實，早在2013年獲得本屆夏季奧運會舉辦權(quán)的時候，日本就宣布將會采用8K視頻轉(zhuǎn)播賽事，其中包括首次運用直升機以8K攝影機拍攝開幕式與閉幕式，同時，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)目還沒有完全普及的2013年可以說得上是驚人之舉。雖然科技日新月異，但對大多數(shù)人來說，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個水平像素點，其總像素數(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。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、運動員晉級后激動的淚水抑或是失敗后的落寞表情，哪怕是跳遠(yuǎn)賽場上飛揚的沙土，在新技術(shù)的加持下，電視機前的觀眾都能一覽無余。另外，這種對細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)效果也為教練修正運動員的技術(shù)動作提供了強有力的支持。

此外，日本將5G商用之路的起點也設(shè)在東京奧運會上，東京奧運會將成為日本5G商用的首個大型應(yīng)用場景。

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這樣一個組合呢？

相較于4K，8K對視頻技術(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、時延小于20米每秒。這對于服務(wù)器存儲和數(shù)據(jù)傳輸都是非常大的挑戰(zhàn)，只有通過5G網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)。

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

此外，5G在奧運會上還有其他更大的作用。在競速比賽時，5G技術(shù)結(jié)合面部識別技術(shù)和3D運動員追蹤技術(shù)，通過人工智能和攝像頭的合作，能夠在電視上疊加真實影像和游戲元素的信息，把每個賽道數(shù)字繪制成不同顏色，并且能夠顯示運動員的實時速度。

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。該試驗的完成標(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)像東京奧運會這樣的比賽現(xiàn)場，還能用于教學(xué)活動、遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面。

當(dāng)前，越來越多的觀眾渴望擁有更有趣、更優(yōu)質(zhì)的沉浸式體驗，5G技術(shù)與體育產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展也成了大勢所趨。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場比賽時期創(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”的觀賽新體驗。除了個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”——通過視頻多屏同看（至多能夠選擇4路信號同屏顯示），觀眾能夠暢享全場景追比賽的快感。

與此同時，東京奧運會將首次采用“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天的東京奧運會上，將產(chǎn)生超過9000小時的體育報道內(nèi)容，這將是科技參與程度最高的一屆奧運會轉(zhuǎn)播。

AI積分支持系統(tǒng)和智能裁判

對于觀眾而言，全息投影、VR、AR等技術(shù)的投入運用，意味著不能到現(xiàn)場也沒關(guān)系，在家同樣可以體驗現(xiàn)場的競賽氛圍。因為借助科技的支持，觀眾能“在世界上任何地方體驗最好的前排座位”。

全球觀眾不僅能使用高清電視和移動終端等設(shè)備來觀看比賽，甚至還能實時了解參賽選手的心跳等信息。在有關(guān)試驗中，當(dāng)射箭運動員手握弓箭準(zhǔn)備射擊時，設(shè)置在弓箭中的信息采集器就將采集運動員的各項身體數(shù)值并傳輸?shù)胶笈_，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“計分支持系統(tǒng)”也會在東京奧運會持證上崗。據(jù)日本《每日新聞》報道，由日本富士通開發(fā)的“計分支持系統(tǒng)”，早在2019年7月就已成功通過試驗，目前已在體育比賽中逐步得到應(yīng)用——國際體操聯(lián)合會已引進(jìn)、運用這套打分輔助系統(tǒng)，以減少人為誤判、錯判或情感分的存在。

該系統(tǒng)利用了3D激光傳感器和AI技術(shù)。首先，兩個3D激光傳感器會以每秒200萬的頻次發(fā)射激光到運動員身上，以便全方位捕捉、追蹤選手的動作，光束會隨著運動員的移動而變換角度，以保證記錄的完整性。接著，系統(tǒng)會將運動員的動作實時轉(zhuǎn)換成三維立體圖像，AI再對圖像中運動員的動作進(jìn)行全方位分析，通過捕捉分布在運動員手、肘、腳等部位的18處感應(yīng)點所反射的信息，來確認(rèn)肢體或關(guān)節(jié)的動作、位置、幅度等，然后將記錄與數(shù)據(jù)庫資料進(jìn)行比較，從而判斷出運動員的技術(shù)完成度及其動作是否合規(guī)。在動作技術(shù)難度連年升高的背景下，對于體操裁判和運動員雙方而言，這樣的打分方式無疑會使比賽更公平。

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)界對這項應(yīng)用還存在不少反對的聲音，認(rèn)為引進(jìn)人工智能對體操等追求美感和韻律的運動的評分存在很大局限性，有可能會使運動員為迎合機器的評分標(biāo)準(zhǔn)而丟失動作的美感，從而降低運動的趣味性和觀賞性。因此，在實際比賽中，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)過裁判綜合判斷后，打出最終分?jǐn)?shù)。

人臉識別

對于2021年舉辦的這屆奧運會來說，日本鐵了心想要把它辦成一屆科技含量十足的盛會，除了增加8K信號轉(zhuǎn)播外，還啟用人工智能面部識別系統(tǒng)。這也是人臉識別系統(tǒng)首次在奧運會上得到大規(guī)模應(yīng)用。

這套人工智能面部識別系統(tǒng)是英特爾與日本電器股份有限公司（NEC）合作的成果，計劃通過一套名為NeoFace的面部識別系統(tǒng)來識別、管理比賽期間超過30萬的人員，包括運動員、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芯片的身份驗證機將會自動驗證那些進(jìn)入場館的人員身份，且全部40余個場館都將配備這種檢測裝置。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等待時間，又能減輕對工作人員的依賴程度，并減少人員交叉感染的風(fēng)險。測試結(jié)果顯示，即使有多人快速通過，該識別系統(tǒng)也能非常順利地完成認(rèn)證：屏幕幾乎會立即顯示IC卡持有人的照片。

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

無處不在的機器人

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

這次的東京奧運會自然也少不了機器人的身影。

東京都政府計劃以奧運會為契機，啟動“為全市安裝機器人”的大型項目，并在奧運村建立“機器人村”。東京奧運會將使用機器人來維持秩序，進(jìn)行安保服務(wù)等，機器人可以從事語言翻譯、導(dǎo)航等工作，然后再配合自動駕駛汽車，整個過程看上去都不太需要人力，讓人覺得新奇而有趣。