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，且大多數場館不允許觀眾入內。

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，即成為日本的標志之一。它也推動了世界交通史上的一次技術進步，為磁懸浮列車的出現打下了良好的技術基礎。

時隔近60年的2021年，當日本再次成為夏季奧運會東道主，在經濟和技術飛速發展的今天，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星實現奧運圣火傳遞；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1180個，投資近32億元人民幣；2012年，倫敦奧運會的總成本高達130億美元，引入了包括數碼管家系統、新興醫療科技、3D數碼分析等新技術為運動員服務；2016年的里約奧運會總投入達144億美元，VR技術正是在里約首次被應用于奧運直播。東京奧運會在技術方面的投入更是下了血本，日本政府將這屆奧運會定位為“日本復興的起點”，期望展現本國在新能源、新材料、環保產業、生物科技等方面的巨大成功。日本政府有關人士也一直強調，東京奧運會“將成為超越體育框架的一大盛事，也將是把日本優秀的科學技術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《時代周刊》估算，日本已經為奧運會耗資250億美元，是成本預算的4倍之多。有專家認為，這是史上第二貴的奧運會。

2014年，日本政府發布《科技創新綜合戰略》，明確了東京奧運會要把科技創新和社會重大需求緊密結合起來的目標，并正式發布了9個具體的科技項目，希望借奧運會之機促進包括AI、5G、網絡安全等在內的一系列新技術的發展和應用，以目標帶動發展，從而反哺社會。2016年發布的《日本再興戰略2016》明確了日本在人工智能領域的發展方向，要保持在汽車、機器人領域技術優勢的同時，解決人口老化、勞動力短缺等問題，推進超智能社會5.0建設。

奧運會像是一個大型實驗室，為各項技術的發展提供了實踐項目。

全新的轉播方式

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，愈發考驗本屆賽事的轉播能力。

其中，日本公共放送協會（NHK）將會以8K（7680×4320）超高清視頻分辨率信號轉播賽事，并利用5G技術傳輸信號。屆時，體育賽事呈現從“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的時候，日本就宣布將會采用8K視頻轉播賽事，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轉播技術。這在4K（1080P）電視節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，但對大多數人來說，8K視頻轉播的科技含量很高。

8K是什么概念呢？8K技術可以讓屏幕上的每一條水平線充滿了約8000個水平像素點，其總像素數量相當于目前高清電視分辨率1920×1080的16倍，顯示效果將會有質的飛躍。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節都將鮮活地展現在人們面前，即便走近屏幕，依然看不到任何像素點。那些曾經模糊不清的細節，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，哪怕是跳遠賽場上飛揚的沙土，在新技術的加持下，電視機前的觀眾都能一覽無余。另外，這種對細節的呈現效果也為教練修正運動員的技術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商用的首個大型應用場景。

5G指的是第5代信息傳輸技術，是從信息傳輸的速度而言的。5G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對視頻技術參數和網絡傳輸提出了更高的要求，如7680×4320的分辨率、BT.2020標準的色域范圍、12bit的色彩深度、120fps的幀率，130Mbps的碼率則要求端到端帶寬達到300Mbps、時延小于20米每秒。這對于服務器存儲和數據傳輸都是非常大的挑戰，只有通過5G網絡才能實現。

二者的結合可以使屏幕前的觀眾體驗到5G技術的高速率、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技術結合面部識別技術和3D運動員追蹤技術，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、富士通等五家機構通力合作，將8K高清內窺攝像頭捕捉到的病灶信息，通過5G網絡傳輸給手術操作者，然后再借由5G技術將操作者的遠程判斷傳回現場。該試驗的完成標志著日本在“高效傳輸和利用4K、8K高清影像技術”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”不僅可以服務像東京奧運會這樣的比賽現場，還能用于教學活動、遠程醫療等方面。

當前，越來越多的觀眾渴望擁有更有趣、更優質的沉浸式體驗，5G技術與體育產業的融合發展也成了大勢所趨。賽事轉播企業不斷將4K/8K、AR/VR等超高清技術引入轉播，不僅開創了體育領域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“奧林匹克轉播云（OBS Cloud）系統”，可將轉播中心占地面積縮小25%、現場轉播工作人數減少27%，卻有能力輸出更豐富、更精彩的賽事內容。數據顯示，在為期17天的東京奧運會上，將產生超過9000小時的體育報道內容，這將是科技參與程度最高的一屆奧運會轉播。

AI積分支持系統和智能裁判

對于觀眾而言，全息投影、VR、AR等技術的投入運用，意味著不能到現場也沒關系，在家同樣可以體驗現場的競賽氛圍。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。在有關試驗中，當射箭運動員手握弓箭準備射擊時，設置在弓箭中的信息采集器就將采集運動員的各項身體數值并傳輸到后臺，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”也會在東京奧運會持證上崗。據日本《每日新聞》報道，由日本富士通開發的“計分支持系統”，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用——國際體操聯合會已引進、運用這套打分輔助系統，以減少人為誤判、錯判或情感分的存在。

該系統利用了3D激光傳感器和AI技術。首先，兩個3D激光傳感器會以每秒200萬的頻次發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，系統會將運動員的動作實時轉換成三維立體圖像，AI再對圖像中運動員的動作進行全方位分析，通過捕捉分布在運動員手、肘、腳等部位的18處感應點所反射的信息，來確認肢體或關節的動作、位置、幅度等，然后將記錄與數據庫資料進行比較，從而判斷出運動員的技術完成度及其動作是否合規。在動作技術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。

該系統已經在2020年10月舉辦的體操世界錦標賽中投入使用。由于業界對這項應用還存在不少反對的聲音，認為引進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準而丟失動作的美感，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“擔任輔助作用”，最終將結合AI和裁判員雙方的判斷，并經過裁判綜合判斷后，打出最終分數。

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信號轉播外，還啟用人工智能面部識別系統。這也是人臉識別系統首次在奧運會上得到大規模應用。

這套人工智能面部識別系統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。該系統主要提供門禁服務，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險。測試結果顯示，即使有多人快速通過，該識別系統也能非常順利地完成認證：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業，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，進行安保服務等，機器人可以從事語言翻譯、導航等工作，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。