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撰文/记者 赵天宇
图文编辑/陈永杰 新媒体编辑/李云凤
2月20日，北京冬奥会圆满闭幕。从2008年到2022年，北京成为了人类历史上首座“双奥之城”。如今，奥林匹克运动会不仅是展示奥林匹克精神、体育竞技实力的重要窗口，也成为展现北京国际科技创新中心建设成果的重要平台。
为了实现“科技办奥”的目标，北京冬奥会先后测试和使用了200多项技术，涉及信息工程与软件工程、公共安全、高清视频、5G和新能源等领域和60多个细分场景。尤其是在开赛以来，科技防疫、绿色低碳、赛事转播等方面体现的诸多科技创新亮点，一次又一次引发舆论的惊叹。
作为国际科技创新中心的北京，高校、院所、企业紧密合作，在科技办奥过程中，充分发挥了各自的作用。尤其是作为中坚力量的企业方，为科技冬奥创新成果在冬奥会上应用，以及后奥运新场景中推广做出了巨大贡献。
近日，本报记者探访科技冬奥成果背后的“北京力量”和科技成果转化背后的故事。
▲2月4日晚，第二十四届冬季奥林匹克运动会开幕式在北京国家体育场举行。图为开幕式上的“冰雪五环”环节（图片来源：新华网）
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气溶胶新冠病毒监测设备：
给赛场空气做“核酸检测”
创新亮点：
对空气环境当中可能存在的新冠病毒进行高灵敏度检测，给赛场空气做“核酸检测”，冬奥期间，采集器布置在冬奥会多个场馆当中，并在昌平实验室等地设置检测站，为冬奥会提供全面气溶胶新冠病毒检测保障。
▲科研人员正在演示使用大流量生物气溶胶采样器采集空气中的气溶胶，以进行新冠病毒核酸检测（摄影/赵天宇）
研发故事：
气溶胶(aerosol)是指空气中长时间悬浮的、直径一般在100微米以下的微小颗粒物组成的胶体分散系统。组分中可能包含病毒、细菌、真菌、花粉等多种物质。当气溶胶颗粒小于100微米，传播距离1米以上可被直接吸入肺部，传染力强。
目前国内在疫情防控的方法，例如境外人员隔离政策、冷链消杀等已经很有成效，但在环境传播、尤其是气溶胶传播方面受制于技术条件，依然存在着一定漏洞。
为了解决气溶胶检测难题，2020年10月，在北京市委市政府的部署和北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会的直接领导下，清华大学医学院研究员刘鹏博士，联合昌平实验室、北京大学梓晶生物等产学研单位，经过8个月的努力，研制出公共空间生物气溶胶新型冠状病毒监测系统。
▲一体化高灵敏新冠病毒核酸检测仪（摄影/赵天宇）
从外观看，它与普通的检测仪器似乎区别并不大，由便携式气溶胶采集器和一体化高灵敏新冠病毒核酸检测仪两部分组成。前者负责采集，后者负责检测。
但这套设备的实际功能是“非常强大”的，与常规检测相比，灵敏度达到20拷贝/毫升，比常规方法灵敏了10倍，45分钟之内就能出结果，实现自动化和全封闭式的新冠检测。
刘鹏透露：“一方面大容量旋风式的采集设备非常高效，可以把空气当中浓度很低的气溶胶进行检测，另一方面检测设备中的智能芯片，可以把检验实验室步骤进行集成，快速完成整个核酸检测流程。”
▲芯片卡盒，卡盒最右侧为样本管（摄影/赵天宇）
早在2021年4-7月期间，这套系统在北京地坛医院进行了超过100例样本的临床测试验证，测试结果显示该系统阳性检出率达到现有实时荧光定量PCR体系检出率的三倍。
去年进行的北京冬奥测试赛期间，该系统更是“大显身手”，在5个冬奥场馆及主媒体中心等场地进行了系统测试验证，并在冬奥测试赛上实现了348例采样，准确率达到了100%。
“我们的技术应用，相当于赛事防疫体系中的一环，起到补充和预警的作用。”刘鹏表示，开展新冠病毒监测必然是一个长期过程，人们也期待更快更高效的方法，对传统核酸检测进行补充甚至替代，期待这套系统今后能在医院、车站、机场等人流密集的场所落地，及时发现病毒，助力疫情防控。
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冬奥手语播报数字人
让无声世界感受冰雪激情
创新亮点：
“冬奥手语播报数字人”采用我国首个超大规模智能信息模型和虚拟数字人技术，不仅“听得清”更实现了“会表达”。从冬奥会开始至今，每天在北京卫视《北京您早》节目中对“冬奥赛事集锦”和“一起看冬奥”进行手语播报。
▲北京广播电视台《北京您早》节目在播出北京冬奥新闻时，屏幕左下角多了一个熟练运用手语播报的“虚拟人”，这是北京市科委为让听障群体更好地感受冬奥盛况而立项实施的“冬奥手语播报数字人系统”。（摄影/赵天宇）
研发故事：
以往受制于成本和技术，听障人士难以淋漓尽致地感受体育赛事的精彩，因为专业场景手语服务资源相对匮乏。至于体育赛事解说领域，满足需求的真人手语主播数量就更少了。
但从今年北京冬奥会开始，融合人工智能、深度学习、智能捕捉等诸多先进技术的“手语数字人主播”正式上线，为听障人士提供不间断的赛事手语服务。
“冬奥手语播报数字人系统”由北京市科委、中关村管委会支持，智谱AI、凌云光和北京广播电视台联合打造，清华大学贾珈教授团队和中科院计算所陈益强研究员团队也积极参与了相关关键技术的研究和开发，也得到了北京市残疾人联合会和市残联聋人协会的帮助和支持。
要打造这样一个系统，有许多的难题需要攻关。“首先要解决的就是语料库问题，这是构建虚拟手语播报人的基础。”智谱AI合伙人及高级副总裁左家平介绍。
在北京市残疾人联合会和市聋人协会的支持下，技术团队做了大量工作。最终构建了符合国家通用手语规范的、国内最大规模多模态手语语料库，词汇及语句总规模超10万，不仅满足冬奥会词汇需求，也涵盖了大多数日常生活用词用语。
▲ “冬奥手语播报数字人系统”。（摄影/赵天宇）
有了丰富的语料库，下一步就是研发AI手语数字脑，它包括高精度语义蒸馏模型和文本转手语模型，通过计算机模仿听障人士的大脑，将看到的中文文本信息转换成手语词汇序列。
但这项技术的最终目标，是虚拟人不仅“听得清”更要“会表达”，无限接近甚至超越真人播报员。所以研发团队运用多模态同步肢体、表情采集系统构建了大规模手语语料库，实现新闻内容到手语数字人肢体及表情动作的生成。
▲“冬奥手语播报数字人”根据语音自动以手语播报冬奥会相关信息，使听障群体更好地享受北京冬奥的赛事盛况（摄影/赵天宇）
从冬奥会开始至今，“冬奥手语播报数字人”每天在北京卫视《北京您早》节目中对“冬奥赛事集锦”和“一起看冬奥”进行手语播报，便捷听障人士收看赛事专题报道，提升他们的社会参与度和幸福感。
借助冬奥会契机，在AI技术不断进步的当下，手语播报数字人也有了更加广阔的发展空间。未来这款产品有望对公益部门免费开放，公益领域以外的商业市场，也有很好的发展前景，为满足多样化观众的多样化需求，创造更多可能。
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8K超高清转播
规模化应用助力“想看就看”
创新亮点：
今年冬奥会期间，全球唯一一台可以同时制作8K/4K的转播车，和技术支持服务团队一起，部署在首都体育馆，为8K转播提供设备和技术支持，并积极参与冬奥期间8K赛事转播公共信号制作。
研发故事：
8K是一种全新的视频分辨率，也叫超高清视频，它的分辨率高达7680×4320，清晰度是4K的4倍，1080p的16倍！能为观众带来更为真实、震撼的体验效果，也是未来显示技术的主流方向。
但8K视频数据量巨大，传统的计算、存储、传输技术难以满足产业化发展，而缺乏内容支持也导致这项技术难以普及，处于“叫好不叫座”的尴尬状态。
2019年，由工信部和北京市部市共建的超高清视频（北京）制作技术协同中心正式成立，致力于打通8K产业链，发掘应用市场资源，拓展“5G+8K”在内容创制领域以及其他行业的规模化应用，促进“5G+8K”相关产业快速发展。
协同中心副总经理杨剑表示，成立2年多来，协同中心围绕“5G+8K”做了很多工作。例如主导设计、集成建造了全球首台5G+8K超高清全业务转播车。“这是全球唯一一台可以同时制作8K/4K的转播车，技术水平位于世界前列，并且整车国产化水平已经达到了20%左右，随着技术的优化，未来‘中国制造’的水平还将进一步提升。”
再比如基于“5G+8K”的转播技术，协同中心承担了北京市科委《国内首台套5G+8K转播车集成关键技术演进研究》课题，针对性开展专项优化方案（车载8K多通道收录和慢动作回放系统、8K编解码器），建立了8K转播技术规范，并在十余项5G+8K示范转播中不断优化，持续挖掘和发展5G+8K转播能力。
由于之前有比较好的技术积累，2022年北京冬奥会，成为了奥运历史也是体育比赛转播史上，规模最大的8K超高清转播。
与以往只在试验频道“蜻蜓点水”不同，北京冬奥会期间，北京有200个落地点位进行8K转播，实现了规模化落地应用，市民朋友在户外大屏、商业场所大屏甚至是社区活动中心都可以看到，让“想看就看”成为可能。
不仅如此，以往被认为难以企及的手机领域，如今也有了全新的期望。
“比如说我们用手机看足球比赛，在2K清晰度下，放大足球运动员以后是模糊的，很多细节就被自动忽略了。”杨剑表示，“8K转播就没有这样的困扰，用手机放大以后，也能很清楚地看到运动员的动作、表情甚至是细节，观感上自然更胜一筹，这是一个很明显的优势。”
对于普通公众而言，在家中收看8K转播的技术条件也已经成熟。只要公众家中电视机具备支持8K视频的功能，或者正确安装由运营商提供的机顶盒机器，就可以收看到本次冬奥赛事8K节目。以北京为例，8K个人用户已经开放申请。只要具备8K HDR显示终端、有北京移动宽带，就可以通过“北京IPTV电视服务”微信公众号提交预约申请。
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5G云转播平台
“单兵作战”实现冬奥赛事转播
创新亮点：
依托“5G+超高清视听处理+AI+‘云大物’+区块链技术”，采用“双中台+微服务”架构，实现转播设备云端化和人员服务远程化。降低转播门槛、缩减成本，敏捷部署，实现轻资产、专业级的转播服务。
▲5G云转播背包展示（摄影/赵天宇）
研发故事：
与以往冬奥会不同，北京冬奥会是新冠疫情以后的首届冬奥会，“严格防疫”“闭环管理”等措施，让观众无法近距离甚至进场观看奥运赛事，这对电视转播技术提出了更高的要求。
▲北京国际云转播科技有限公司首席技术官张鹏洲介绍云转播平台应用情况（摄影/赵天宇）
传统转播技术有重资产、高门槛的特点，需要庞大的导播团队，价格不菲的转播车，投入成本很高。但基于云计算、人工智能和互联网高速传输技术的“云转播”不再经过转播车制作分发，实现了转播设备云端化和人员服务远程化，信号采集和制作的部署更为敏捷。
5G+4K/8K超高清云转播，作为北京科技冬奥重点项目之一，也是传统转播模式的创新和变革。北京国际云转播科技有限公司首席技术官张鹏洲表示，公司依托“5G+超高清视听处理+AI+‘云大物’+区块链技术”，采用“双中台+微服务”架构，实现转播设备云端化和人员服务远程化，从而降低转播门槛、缩减成本，敏捷部署，实现轻资产、专业级的转播服务。
“只要有网络的地方就可以直播，甚至非专业人员也能操作，而云上部署操作、协同制作等方式，节省成本的同时大幅提升了效率。”张鹏洲说，云转播系统降低了传统转播技术的门槛，是未来转播行业发展方向之一。
除了赛事转播外，基于云转播平台衍生的“无人混采”解决方案也是本届冬奥会亮点之一。
相关负责人介绍，这项技术主要利用5G网络的高速率、低时延等特点，通过摄像机和显示屏等视频采集设备和展示屏幕，保证运动员和记者之间，能在同一视频纬度当中进行对话。既实现了实时传输，保证了采访质量，又满足了防疫要求，保障赛事安全进行。
对于云转播尤其是4K清晰度下的赛事，只有云端的技术架构是远远不够的，高速率的视频传输同样是保障视频体验的关键。自主研发的“5G云转播背包技术”则把信号塔穿在了身上，可以跟随摄像记者的脚步在现场采集画面，实时回传，可以提供长达4个小时的使用时间。
值得一提的是，5G背包还可以配置石墨烯自发热保温套，可以抵御零下30℃的严寒，更好适应冬奥会赛场环境，即使“单兵作战”，也能实现冬奥赛事转播。
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 北科传媒
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