文|腦極體
2022北京冬奧會上,被全民感謝的,除了開幕式總導演“張emo”,就是4K高清攝像系統(tǒng)“獵豹”了。
尤其是在中國短道速滑運動員任子威贏得男子1000米金牌后,架設在國家速滑館“冰絲帶”內(nèi)的“獵豹”,被認為是讓犯規(guī)行為無所遁形的大功臣。不過,打造了獵豹系統(tǒng)的央視很快出來辟謠了:
1.“獵豹”不是裁判系統(tǒng),而是專門用于冬奧會速度滑冰賽事的轉(zhuǎn)播工作,也就是說專門給咱們廣大觀眾服務的。
2. 被網(wǎng)友調(diào)侃的“韓見愁”攝像機,捕捉到2月7日短道速滑男子1000米決賽中犯規(guī)動作的,其實是位于首都體育館的“飛貓”系統(tǒng),由40臺4K超高清攝影機陣列加上3臺8K VR攝像頭組成,除了用于轉(zhuǎn)播,還能輔助判罰。
3.真正為比賽判罰服務的裁判系統(tǒng),是一套獨立架設在關鍵拍攝地點的專用攝像機,用以捕捉運動員的動作,這套系統(tǒng)的畫面并不是我們在電視上看到的直播畫面。
被全民感謝的“獵豹”,雖然無關判罰結果,卻憑借高速靈活的身姿,實時捕捉到精彩畫面,助力北京冬奧會成為歷史上收視最高的一屆冬奧會。
前不久舉辦的北京冬奧會每日例行新聞發(fā)布會上,OBS首席執(zhí)行官伊阿尼斯·??怂_科斯透露,2022北京冬奧會,是第一次在冬奧會上使用UHD和HDR技術,也就是超高清和高動態(tài)范圍的4K技術來進行轉(zhuǎn)播和制作。在開賽第四天就已經(jīng)有了6000多小時的內(nèi)容,包括比賽本身,以及每場比賽后的運動員采訪,不同平臺的媒體報道等等,在冬奧會的轉(zhuǎn)播史上創(chuàng)造了新紀錄。
從這個角度來說,無論是“獵豹”,還是“飛貓”,都是非常值得感謝的。
不過,正如高速攝像機能捕捉到那些肉眼都看不見的事物,高度還原比賽瞬間的高速攝像系統(tǒng),其實是一個大型綜合科技工程,背后也存在著大量鮮為人知的技術創(chuàng)新,今天我們就來聊聊,那些同樣值得感謝的幕后科技英雄。
高速攝像機下的冬奧之最
早在2021年,“獵豹“系統(tǒng)就已經(jīng)開始落地應用,并獲得國際奧委會奧林匹克廣播服務公司(OBS)的認可。這屆冬奧會能夠在轉(zhuǎn)播時長、內(nèi)容制作方式上書寫新紀錄,高速攝像機顯然功不可沒。
作為一種能夠以小于1/1000秒的曝光或超過每秒250幀的幀率捕獲運動圖像的設備,高速攝像機(High Speed Camera)因為成幀速率高,所以錄制后,存儲在介質(zhì)上的圖像以常規(guī)速度放映時,可以提供“超慢動作”的觀看體驗。
(高速攝像機拍攝的戰(zhàn)斗機打破音障的畫面)
一經(jīng)問世,其就得到廣泛關注,而且它其實在日常中并不罕見,比如在高速公路上負責測速,汽車制造中負責觀察撞擊測試,拍攝動畫特效等等……
既然應用廣泛,為什么偏偏在此次冬奧中,高速攝像機如此引人注目呢?
比如冬奧會速滑比賽中,頂尖運動員速度能達到每秒近19.5米,如果用平時的手機或者微單拍到呼嘯而過的畫面,最后很可能只有一大團模糊的色塊。而高速攝像機則可以在很短的時間內(nèi)對快速移動的目標進行多次采樣,讓觀眾可以實時、清晰地看到肉眼都難以捕捉的精彩畫面。
“獵豹”系統(tǒng)則讓高速攝像頭在360米長的U型軌道上,以每秒25米的速度奔跑,實時跟拍冰雪運動,帶來更好的觀賽體驗。
有一說一,第一屆現(xiàn)代奧運會以來的100多年里,攝影技術就和體育賽事緊密聯(lián)系在一起。1900年巴黎奧運會上,就使用了一種計時攝影的新技術,可以拍攝幾幀的畫面,從而分析運動員的動作。到了1952年,田徑賽事計時系統(tǒng)使用的狹縫相機,分辨率則達到了1/100秒。
除了像素的不斷進步,攝影設備的功能也變得更加多元化,比如為了讓觀眾們看到水上運動的信息,電影攝影師加勒特·布朗發(fā)明了“第一個垂直下降的攝像機系統(tǒng)”,可以拍攝水下53英尺的畫面,并在1996年奧運會上首次亮相。2008年和2012年的奧運會,則使用了鷹眼Hawk-Eye系統(tǒng),來跟蹤球的軌跡,讓裁判快速準確地判斷球是在場內(nèi)還是場外。2018年平昌冬奧會和2021年東京奧運會,英特爾則為田徑比賽引入新的計算機跟蹤系統(tǒng),還通過8K清晰度的True VR攝像頭提供幾項賽事的VR觀看。
可以說,奧運會本身也是攝影技術的賽場。而北京冬奧會期間,高速攝像機之所以能夠讓大眾為之自豪,正在與其展現(xiàn)出的技術創(chuàng)新能力:
1.更清晰。
以往高速攝像機的使用場景,比如高速公路、科學實驗等,往往應用的是低分辨率的照相機快照,而非高清晰度攝像,回放畫面難免有點模糊。而此次北京冬奧會的轉(zhuǎn)播畫面大多都是4K超高清畫質(zhì)。
“獵豹”全稱就是“超高速4K軌道攝像機系統(tǒng)”, 技術標準是每秒25米的速度,相當于90公里的時速,在360米長的U型軌道上奔跑,密切跟蹤運動員,清晰地拍攝下運動員的一舉一動,高清畫質(zhì)讓轉(zhuǎn)播效果更具沖擊力和沉浸感。這也是歷史上首次對奧運會進行全4K的信號制作與直播。
除此之外,8K作為一項屬于未來的電視轉(zhuǎn)播標準,也在北京冬奧會上的部分重要比賽中引入。
2.更實時。
“來,讓我們看看韓國隊是怎么摔的?”2月5日,北京冬奧會短道速滑混合團體接力決賽已經(jīng)結束,解說員王濛剛剛說完這句話,下一秒電視上就出現(xiàn)了賽事畫面中的高清回放。
更即時的觀賽體驗,也是此次北京冬奧會的特別體驗。
去年東京奧運會上,日本埼玉超級競技場的常規(guī)籃球賽,也使用了高速攝像機拍攝的子彈時間技術系統(tǒng),通過38個攝像頭來提供360度視角和旋轉(zhuǎn)視角。但這一技術僅限于重播,還不能用于實時直播。
而此次北京冬奧會上,得益于攝像系統(tǒng)的穩(wěn)定,以及5G技術的支持,可以實時處理并輸出海量高清視頻數(shù)據(jù),從而實時把360度視角的畫面帶給觀眾。
3.更智能。
作為迄今為止技術最先進的冬季奧運會,2022北京奧運會也通過更智能的攝像系統(tǒng),幫助運動員、裁判等降低作業(yè)難度。
在賞心悅目的花樣滑冰賽事中,因為動作復雜,外行觀眾往往很難完全理解發(fā)生了什么,也十分考驗解說員的專業(yè)能力。我們看到在花樣滑冰賽場上,冰面周圍部署著運動傳感器和攝像頭網(wǎng)絡,可以提供跳躍的高度、距離和復雜性的詳細分析,除了幫助運動員們更好地分析競技策略、優(yōu)化動作,也可以為觀眾提供更全面的信息,同時減輕裁判的壓力。
在張家口分賽區(qū),北京冬奧會也吸取了平昌冬奧會在高山滑雪拍攝的難題,由北京理工大學開發(fā)的“高速運動目標跟蹤拍攝系統(tǒng)”,可以通過高速攝像頭,記錄下時速高達170公里的高山滑雪進程;而自動跟蹤系統(tǒng),則快速鎖定滑行中的運動員,降低人工拍攝的難度;通過多臺攝像機組成的矩陣,能夠?qū)訂T自山頂滑下的全過程都拍到,即使是人跡罕至、拍攝環(huán)境惡劣的運動,也能夠被精彩地呈現(xiàn)到觀眾面前。
攝影技術的不斷創(chuàng)新,改變了我們欣賞冬季冰雪運動的內(nèi)容、方式和效果,自然讓2022北京冬奧會格外引人注目。
相機背后的技術鏈條
當然,新技術總會伴隨著新挑戰(zhàn)。因此,高速攝像機系統(tǒng)以及其他攝像技術能夠成功且精彩地發(fā)揮作用,改變奧運會的舞臺,需要強大的團隊作戰(zhàn)。
一套完整的高速成像體系,是一條由技術串連而成的鏈條:
1.終端設備。
高速攝像機要捕捉人類肉眼看不清晰的瞬間動態(tài)過程,跟上快速且不可預測的物體,并且在復雜的室外光照環(huán)境下都能夠穩(wěn)定發(fā)揮作用,對光學設備的要求很高。分辨率、感光度、元器件尺寸等,都對性能有著較大的影響。
雖然高速攝像機不像光刻機那樣“卡脖子”,但對生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)線設備精度等都有一定的要求。歐美日國家起步更早、技術積累更高,目前,全球領先的高速攝像機企業(yè)主要集中在美國、日本以及歐洲?!?021年全球及中國高速攝像機產(chǎn)業(yè)深度研究報告》顯示,頭部企業(yè)包括美國的Vision Research、Integrated Design Tools、Monitoring Technology,日本Photron、NAC,德國PCO AG、Mikrotron GmbH以及瑞士AOS Technologies等。
央視自主研發(fā)的“獵豹”走紅,隨著日常應用的規(guī)模擴大,或?qū)又袊咚贁z像機產(chǎn)業(yè)鏈的不斷升級。
(美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟體育場,工作人員正在為高速攝像機安裝防風雨外殼)
2.存儲系統(tǒng)。
超高清高速攝像機,意味著高分辨率的圖像不斷生成,產(chǎn)生的文件更大,所以數(shù)據(jù)量也是驚人的。尤其是奧運場館還遍布多個賽區(qū),需要實時傳輸異地數(shù)據(jù)。
北京冬奧會的存儲系統(tǒng)合作伙伴目前不得而知,在東京奧運會使用的則是戴爾Dell EMC PowerScale系列,將日本的兩個 NBC制作場地所產(chǎn)生的PB級數(shù)據(jù),統(tǒng)一遠程存儲在位于美國的文件系統(tǒng)上。
3.實時轉(zhuǎn)播。
獵豹在運行時,會根據(jù)隨比賽節(jié)奏隨時啟停、加速、減速,產(chǎn)生的電力負荷也會實時波動,不能因為電力緊缺而罷工。所以此次冬奧會期間,為了保證“獵豹”以最大能力工作,電力保障團隊還專門為它加裝了專用變壓器,能夠適應用電負荷的突然變化,同時配備了備用電源,確保高可靠供電。
而“獵豹”拍下的畫面,也得益于5G網(wǎng)絡的廣泛覆蓋,實現(xiàn)了海內(nèi)外的超低延時直播、連線。據(jù)北京冬奧會的合作伙伴中國聯(lián)通團隊分享,此次冬奧場館在傳統(tǒng)5G網(wǎng)絡的基礎上,還引入了200M載波聚合、超級上行、網(wǎng)絡切片等新功能特性,提供更優(yōu)的5G網(wǎng)絡體驗。
在冬奧會每日例行新聞發(fā)布會上,奧林匹克轉(zhuǎn)播公司OBS首席執(zhí)行官伊阿尼斯·??怂_科斯,也將此次冬奧會轉(zhuǎn)播的破紀錄成績,歸功于中國領先的5G技術。
同時,作為奧運史上首次實現(xiàn)全面上云的一屆,北京冬奧會也讓一檔依賴大量制作的體育娛樂節(jié)目,演變成了可以在云上輕松制作的無數(shù)個簡短、多元的節(jié)目,由人們隨時隨地自由觀看。
通過云端遠程制作內(nèi)容,并及時傳輸,很多記者不需要到賽事舉辦地就可以制作并產(chǎn)出賽事相關內(nèi)容,適配不同平臺的用戶喜好。這也使得很多海外觀眾通過YouTube和Tik Tok、臉書、Instagram等平臺,及時收看到賽事精彩內(nèi)容。緬因大學媒體歷史學家邁克爾·索科洛(Michael Socolow)認為,考慮到數(shù)字平臺的數(shù)億瀏覽量,北京冬奧會最終將成為美國歷史上觀看次數(shù)最多的視頻賽事之一。加上對中國的廣泛興趣,北京奧運會可能成為世界歷史上觀看次數(shù)最多的視頻節(jié)目。
4.軟件分析。
除了實時賽事轉(zhuǎn)播之外,通過高速攝像機捕獲的大多數(shù)視頻,都要上傳到服務器上,運用特定的軟件進行分析處理,服務于各種不同的應用場景。
在比賽期間,以往判罰主要基于裁判人為的主觀意識,出現(xiàn)紕漏/錯看等情況,通過智能動作視覺跟蹤評估系統(tǒng),可以為裁判提供必要的動作捕捉、評估和標準,從而判斷動作是否符合競賽規(guī)則。此次冬奧會期間,立方場館內(nèi)就部署多路高清攝像頭,引入“冰壺運動軌跡捕捉”技術,對冰壺軌跡進行實時監(jiān)測與捕捉,并通過渲染投射到場內(nèi)大屏上。
在日常訓練中,這些賽事視頻大數(shù)據(jù)也可以被用于不斷改進運動員訓練,提高比賽成績。目前常見的運動分析系統(tǒng)之一,就是基于多個半自動高清攝像機的視頻系統(tǒng)(VID),記錄下運動員在訓練中難以察覺的動作細節(jié),再通過智能圖像處理技術輔助分析。
冬奧會期間,就使用了“3D+AI”技術,對首鋼大跳臺進行在1∶1的三維重建與虛擬還原,同時通過AI對視頻進行摘要、動作抽取等處理,快速進行歸納整理,讓觀眾輕松且沉浸地看懂比賽。
以前,大家感知高速攝像機的方式,更多可能是在超速交罰單的時候。這次冬奧會,或許是高速攝像機在娛樂媒體、體育等領域,距離大眾更近的一次。從產(chǎn)業(yè)應用走向大眾視野,高速攝像機帶來的更公平、更安心、更精彩的觀賽體驗,何嘗不是中國科技產(chǎn)業(yè)舉重若輕的一個縮影。
從硬件設備、傳輸管道,再到軟件系統(tǒng),每一個環(huán)節(jié)的技術突破,每一個相關產(chǎn)業(yè)的奮勇爭先,共同支撐起了不一樣、高標準的奧運會。
體育競技背后,是一場同樣激烈而精彩的全方位科技競技。