8K超高清的“练兵场”︱科技冬奥的背后故事

编者按

奋进的中国再度点燃激情与梦想的圣火，世界翘首以待的北京冬奥会于2022年2月4日盛大开幕。

“水立方”变身“冰立方”、“百米级、分钟级”精准气象预报、国家速滑馆世界跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面、5G信号覆盖所有场馆、8K比赛画面实时传输……科技冬奥是北京2022年冬奥会和冬残奥会的主要特色，是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。

中国科协网开设“科技奥运的背后故事”专题，挖掘冬奥高科技的幕后故事、幕后英雄，展现中国科协所属全国学会及广大科技工作者在“科技冬奥”中的拼搏、奉献、创新、超越，记录科技工作者助力北京冬奥冰雪史诗的感人故事。

从标清到高清，再到超高清4K、8K……北京2022年冬奥会，在为观众带来身临其境极致体验的同时，也将作为我国转播技术的“练兵场”和“展示台”。

中国电影电视技术学会转播技术专委会专家委员陈辰，从雅典2004年奥运会的技术切换者，到中央广播电视总台北京2022年冬奥会外场转播项目负责人，亲历了我国转播技术的快速发展，见证了我国超高清应用探索向世界第一方阵进军的时刻。

不久前，陈辰带领团队进入北京冬奥场馆，开始了架设和测试工作。由于前期准备充分，此时的他并不觉得紧张，反而感到平静。

8K“看”冬奥

8K是目前世界上电视播出技术最高标准，8K电视节目画面分辨率可达7680x4320像素，比4K超高清画面增加了4倍的像素点，可以带给观众更真实、更震撼、沉浸式的极致体验。

为实现“科技冬奥·8K看冬奥”的目标，陈辰团队除了承担北京冬奥会全4K超高清信号制作任务，还提供开闭幕式、首钢滑雪大跳台的8K 公共信号制作，同时对花样滑冰和短道速滑进行8K内容制播。

在陈辰看来，此次8K超高清技术得以在冬奥会中应用，与此前4K技术的突破和应用密不可分。

2019年，陈辰团队接到了一项重要任务——国庆70周年阅兵式的4K超高清直播。

“当时的4K超高清技术投入时间短，对全世界而言都是一个新技术，我们必须保证它的稳定性和先进性。”陈辰说。

为此，他们开始了紧锣密鼓的“边测试边建设”。一方面，开展大量测试，及时发现系统架构和设计上的漏洞，保证技术稳定性；另一方面，进行转播系统的工程建设，并保证转播车车体建设的安全可靠。

阅兵式的转播工作是不允许出现任何问题。为了确保万无一失，他们经常进行长时间的密集测试，有时是从早到晚，有时是通宵达旦。经过近半年的攻坚克难，最终让亿万观众享受到一场身临其境的4K超高清视听体验。

为切实实现“8K看冬奥”，2022年1月24日，中央广播电视总台8K超高清频道开播暨“百城千屏”公共大屏项目正式启动。北京冬奥会期间，总台CCTV-8K超高清频道将在北京和广东有线电视网进网入户，并在全国数百块超高清大屏上同步播出。

高速精准捕捉

参赛选手冲刺、争夺、庆祝的瞬间，往往也是观众最激动的时刻。这就需要能够实现快速精准捕捉的特种摄像系统，尤其是在冬奥会的速滑比赛项目上。

在国家速滑馆里，由陀螺仪轨道车和一个360米长的U型轨道组成的大型设备，“包围”着速滑馆赛道。这就是名为“猎豹”的特种摄像系统，将完成速滑比赛的拍摄任务。

速滑比赛中，运动员平均速度约50公里/小时，有些运动员极限速度可达70公里/小时，而“猎豹”可实现90公里/小时的高速跟踪拍摄。

中央广播电视总台特种设备科负责人赵伟说，之所以叫“猎豹”，是因为它高速和敏捷，不仅能实时跟踪运动员，还能在运动员弯道争夺时，快速从其身后超越，捕捉精彩画面，并完成瞬间加速和减速等动作。

实际上，赵伟参与了很多特种摄像设备的研制，但“猎豹”是比较特殊的，因为以往赛道主要是直线型的，而速滑比赛是U型弯道，这对特种设备有着更“苛刻”的要求。

他介绍说，直线赛道摄像系统主要有两种实现途径。一种是通过电动机直接驱动轨道车轮高速运转，进而带动轨道车上的摄像机完成拍摄任务，但由于高速轨道截面积小且光滑，摩擦系数无法支持轮系的频繁加减速动作，容易造成轨道车弯道打滑。

另一种方法是牵引式，在轨道端头放置电动机，通过缆绳拉动载有摄像机的轨道车来回穿梭，但这种方法也难以实现弯道拍摄需求。

最终，他们将整个轨道系统设计成一套感应式直线电动机，轨道车成为电动机的初级，通过电磁力驱动承载陀螺仪摄像机的轨道车实现敏捷的加速和减速。

“猎豹”特种摄像系统

从进口到自主研发

当时国际上已经有一台可以实现U型赛道摄像的特种设备，但在赵伟看来，研发我国自主的特种摄像设备更具有重要意义。

“一方面，作为国家媒体，中央广播电视总台应该起到技术引领作用。另一方面，速度滑冰的电视转播技术，可以说是冰上项目转播的‘天花板’，这将在国际舞台上展示我国电视技术水平。”

经过两年多的研发，“猎豹”终于成型。研制出来的特种设备需要在模拟赛道上测试参数，但360米的U型赛道需要1万多平米的场地，而且“猎豹”属于精密设备，不能“风吹雨淋”，必须选择室内场地，高昂的试验成本难坏了他们。

最终，在中央广播电视总台的支持下，他们在台里的地下车库一层搭建了270米的U型测试轨道。

赵伟说，“作为一名技术人员，我希望研发的成果能发挥出价值，不辜负台里的信任”。赵伟1987年就进入中央广播电视总台工作。当时我国的电视设备主要源自进口，甚至有些转播车上的螺丝钉也是进口。这深深触动着赵伟。

30多年来，每当他与团队看到新技术和新设备时，总会思考如何把新技术用在自己的设备上，研发出我国自己的系统，“这是我们电视科技工作者的分内之事”。

“我们作为冬奥会的科技工作者，要把自己的工作做到最佳状态，也要让设备呈现出最佳效果。这就是对冬奥会最好的诠释。”赵伟说。

来源：中国科协信息中心 供稿