世界杯信号怎么传输的(不仅仅是足球比赛 探寻世界杯科学奥秘)

| 责编:王越

四年一度的足球世界杯不但牵动着全球数亿球迷的心,同时也吸引着平时不太关心足球的人们的眼球,大家共同关注来自32个国家的球队联手奉献的精彩赛事。不过足球世界杯的比赛不仅仅只存在于体育场内,在场外的竞争似乎要更加激烈,如各个公司的商业竞争等等,他们都希望在全球瞩目的赛事中获得更高的关注度,销售更多的产品。在这样的动力下,各大公司会将世界杯作为展示自己最新技术的舞台,因此足球世界杯的发展基本上可以看成是人类科技文明的发展史。

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尽管世界杯是体育盛世,但是其完全少不了其他行业的支持与帮助。如体育场馆的修建,足球草皮的种植与维护,运动员足球装备的制造,以及比赛现场的转播等多个方面都少不了科技的帮助。正是由于科技在不断进步,也让我们有了更好的观赏体验。

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对于国内观众而言,关注世界杯的方式更多的是观看电视直播

对于大多数观众而言,接触到世界杯足球赛的第一媒介自然是电视转播技术了。中国观众第一次看到世界杯的比赛画面是在1978年阿根廷世界杯,也让中国球迷第一次领略到足球运动的魅力,资深球迷聚在一起聊天时也经常会回忆起当年数十人挤在一台旧黑白电视前看球的日子,因此说到足球场上的科技,我们还是从足球赛事的转播技术开始谈起。

尽管中国的球迷是从1978年才收看到世界杯的比赛画面,但最早的足球赛事转播技术很早就开始使用。1934年第二届意大利足球世界杯,东道主意大利队对阵美国队,时任意大利总理墨索里尼为了扩大世界杯的影响力,要求意大利当地的广播电台对比赛进行直播,这是足球世界杯历史上首次出现电台直播,最终那场比赛意大利7:1战胜了美国队。而到了1954年在瑞士举办的第五届世界杯上,电视才与世界杯正式联手,标志着世界杯开始走向世界,同时足球之所以能成为世界第一运动,电视直播起到了非常重要的作用。如今世界杯直播信号已经几乎覆盖到了世界每个角落。

2006年德国世界杯第一次采用了高清直播,这也促进了高清电视设备的全球热销。而在四年后的南非世界杯则开始主打3D技术,国际足联对64场比赛中的25场进行了3D拍摄与转播,也是当时《阿凡达》上映后带来的3D旋风,其中著名体育电视直播公司ESPN当时曾经预言未来3D电视播放的风潮已经不可避免,并且其开设的几个3D频道也颇具亮点,不过整体上3D电视转播即使在经济发达的美国也是叫好不叫座,并且很多消费者也表示3D技术并没有对实际视觉体验产生太大的提升,毕竟体育比赛画面与3D电影还是有一定差异的。因此2013年6月ESPN不得不宣布在当年年底关闭3D有线频道。

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3D技术体验不佳也让3D转播并不叫座

不过虽然3D技术遇到了障碍,但是4K UHD超高清技术却得到了市场非常良好的反响。4K电视也是如今很多消费者首选的目标,而FIFA官方合作伙伴索尼则在4K视频的采集、处理、转播以及播放设备等方面拥有强大的技术实力,因此索尼也将4K相关技术作为宣传的重点,更好的销售4K拍摄设备、信号处理设备、电视转播相关设备以及4K电视等产品。同时今年也是索尼与FIFA八年3.05亿美元合约的最后一年,因此索尼也是利用这个最后的机会疯狂进行一系列的品牌与技术推广,如索尼为巴西当地电视台HBS供应4K转播设备,包括340台4K超高清摄像机,MVS-7000X切换台,两台PVM-X300 4K监视器,4 x 3G-SDI 基带信号等等。并且在2013年巴西联合会杯比赛中测试了4K转播技术。此外南美洲最大的电视台TV Globo也对4K转播技术测试了数年。日本政府也承诺发射一颗通讯卫星,为4K转播传输信号。电视转播技术是科技与足球世界杯互相融合发展的一个缩影。

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欧洲讯号广播联盟超高清电视发展标准化步骤

(注:本图片来自Displaysearch)

此外,在全球的基础上,电视发展的步伐被要求与标准化政策一致。欧洲广播联盟制定了一套具有信服力的超高清电视发展步骤,从UHD-0一直发展到未来的UHD-2,其对视频分辨率、刷新率、信号色彩数量、色彩饱和度和色彩动态平衡等指标进行了详细的规范与约束。索尼的4K转播方案已经在美国福克斯体育台(Fox Sports)与娱乐体育节目电视网、德国天空电视台德国频道(Sky Deutschland)以及英国SIS直播(SIS LIVE)与天空电视台英国频道(BskyB)体育赛事直播中进行过多次测试,因此具备一定的可靠性。

除了电视转播技术之外,与球员们最为息息相关的用品就要数比赛用球了。作为FIFA的官方合作伙伴,阿迪达斯从1970年墨西哥世界杯开始就位世界杯大赛提供官方比赛用球,并且每一款足球都会有自己的名字,如第一款官方比赛用球就被叫做“电视之星”。而今年巴西世界杯的比赛用球则命名为brazuka,翻译成中文就是“桑巴荣耀”。每一届世界杯开赛前,阿迪达斯都会宣称该用球都会是有史以来最具有科技含量、性能最好的足球,当然我们也知道其更多的起到的是商业宣传的作用,不过其每次都会在制造工艺、材质等方面进行创新。

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颇具科技含量的南非世界杯用球“普天同庆”却得到了很多差评

从1998年法国世界杯的“三色球”开始,世界杯官方用球的颜色不再是过去单调的黑、白两色;而从2002年韩日世界杯上的“飞火流星”则打破了传统花纹式的设计;这次的brazuka则在配色方面融入了诸多巴西元素,在视觉上就给大家强大的冲击力。其最大的特色就是整体由绝对相同形状的6块拼接皮面组成,创造了拼接皮面最少的记录(之前的纪录保持着是2010年南非世界杯官方用球“普天同庆”,其采用8块拼接皮面)更少的拼接皮面意味着足球可以更加坚固耐用,并抵抗各种环境的影响(尤其是尽可能减少雨天中足球吸收的水分),足球飞行线路更加精准。此外其各个拼接皮面使用享有专利的热黏合技术黏合而成,不过这项技术在数年前已经实现普及,其目的是让拼接处更加平滑,降低风阻系数,增加足球飞行的速度与距离。

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brazuka目前的表现还令人满意

在制造材料方面,brazuka的球体表面由五层材料组成,确保足球在踢过之后能够恢复其原来的形状,这也使球面特别持久耐用,富有弹性。球皮的最里层是黏合涂层,在此之上是聚氨酯泡沫塑料,约为1毫米厚,由数百万气体填充的微球体组成。足球的外表皮包括三层具有不同厚度的紧凑层。这些紧凑层能够出色地抵抗外部影响和磨损,并实现足球的高弹性。此外其球体表面还具备50000个小凸点,其能够增加皮球与脚的接触面,增加触球时球体的旋转。可以说这款Brazuka也是融合了阿迪达斯所有的技术研发成果。

当然对于足球而言,并不是科技含量越高球员们就感觉到越为舒适,比如上一个拥有“最具科技含量”头衔的足球2010年南非世界杯官方用球“普天同庆”就是如此,其飘忽不定的飞行线路与极难控制的特点被很多球员点了差评。为了避免这种情况再次发生,阿迪达斯将brazuka伪装成普通用球的配色,在各大国际A级比赛中“偷偷”的进行测试,并且提前在13/14赛季其所赞助的高水平足球联赛中进行测试,如德甲、法甲、阿根廷足球甲级联赛、美国足球大联盟、日本J联赛以及等等。从目前来看并没有球员公开抱怨brazuka的性能,说明其还是获得了很大的成效。

1966年世界杯英格兰对德国,90分钟内2:2平,加时赛第101分钟,英格兰队球星赫斯特一脚射门将皮球打在球门的横梁上,弹下来压在了门线上迅速弹起,虽然那场比赛的边裁巴拉克莫夫表示这球进了,但至今没人能够确认这个球是否整体越过了门线,毕竟当时没有高速摄像机,电视转播机位也非常少,在镜头上一片模糊,无法提供有力的证据。

而44年后的南非世界杯上又是英德大战出现了“门线冤案”,兰帕德的射门打在横梁下弹进了球门但被判无效,在国际舆论的压力下FIFA终于决定启用门线技术,并且其首次出现在世界杯的赛场上。其实这项技术早在网球和斯洛克台球领域就已经得到了充分的应用,就是大家熟知的“鹰眼”,不论是四大满贯还是ATP或WTA高级别巡回赛中都使用了“鹰眼”系统,其对有争议的出界球有了明确的判罚依据,而现在有厂商甚至还在研发“3D鹰眼”,其可能会出现在更多的网球赛事中。

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“鹰眼”系统早以应用在各种网球比赛中

(注:本图来自于ATP官方网站)

其实在去年联合会杯中就启用了门线技术,另外在2013/14赛季英超联赛中也使用了这样的设备,在关键的判罚中起到了很明显的作用。而FIFA也表示在今年世界杯赛场中所安装的门线系统都将经过其官方测试机构的严格认证,以确保世界杯的顺利进行。不过其不会像网球比赛那样让现场观众直接看到大屏幕中的重放,而是通过专用的手表给主裁判一个提示信号(只有电视机前的观众是能够看到争议球的重播画面)。

这次巴西世界杯上的门线系统是由德国GoalControl公司开发的,该其利用14台高速摄像机向架设在球场顶部的数据间传送数码照片,经过对数据的分析再把结果传送到裁判所戴的特殊手表上,如果确定球过了门线,手表上就会显示“goal(进球)”,整个过程用时不足一秒钟。而在不久前结束的在法国对战洪都拉斯的比赛中,这套系统很快找到了自身价值,洪都拉斯门将飞快地将足球从门线内捞了出来,但依然逃不掉“火眼金睛”,让本泽马“维护了自己的合法权益”。

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13/14赛季英超联赛中已经启用了门线技术,并且发挥了重要作用

(注:本图片来自于新浪微博网友“非洲刘德华”)

此外目前在网球、板球、斯诺克比赛中所采用的“鹰眼”技术则由马诺尔研究公司开发,其基于三角原理并使用由设置在场地不同区域的高速摄像机提供的视觉图片和时间数据。该系统需要在球场的周围放置6台摄像机,它们的基本原理非常类似。另外阿迪达斯与Cairos Technologies AG联合开发了Cairos GLT系统。此系统由装于禁区下和门线后的细缆线构成。电缆中的电流会产生磁场,当球在球门区域时,该磁场可由球中的传感器接收。球中的传感器会测量磁场并将球的位置信息传给球场周围的接收器并转发给中枢计算机。计算机会根据数据来计算球是否穿过球门线,不过这些技术暂时没有在国际大赛或重要职业赛事中广泛采用。

作为球员最为重要的工具,足球鞋可以说是这些职业球员们的饭碗,其触感、舒适的好坏会直接影响到他们的发挥。与球衣不同,对于闯进世界杯的32支国家队中的球员而言,足球鞋属于私人赞助商的范畴,他们可以穿着与国家队比赛服不同的品牌(中国队除外,阿迪达斯与中国足协有协议,强制要求国脚们穿阿迪达斯品牌的球鞋进行比赛)。而在过去的数十年中,足球鞋也发生了天翻地覆的变化。

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目前很少有足球鞋采用天然袋鼠皮

国际足联早已经宣布,中国山东淄博市的临淄区是足球运动的发源地,那么其实最早的足球鞋还是诞生于中国,这是中国对于足球的另外一大贡献!进入到20世纪中期,德国的两兄弟改变了足球鞋的定义,也创造了如今享誉全球的两大运动品牌阿迪达斯和PUMA,这就是达斯勒兄弟。初期高端足球鞋的材质一直是天然袋鼠皮,经过数十年的发展袋鼠皮被人们认为是最理想的制作足球鞋的材质,其使用后会越来越迎合自己的脚型,变的越来越包脚,透气性较好,拥有极为有益的触感,一直是职业球员的首选。不过它的缺点是防水性较差、易磨损,价格昂贵,因此业余爱好者很少会购买这类球鞋,只能购买价格便宜、但是穿着相对不是那么舒适的人造皮革足球鞋。

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如今足球鞋倾向于使用最新的人工皮革,并且大幅度降低球鞋的重量

除了使用更为舒适的材质之外,为了增加性能,各大厂商开始为足球鞋增加磨擦条,加强与足球的摩擦与旋转,并且不断优化鞋钉的排布方式,在降低重量的同时能够提供更好的抓地力等等。不过由于天然皮革成本相对较高、制造工艺更复杂,并且动物保护协会相关人士也在不断进行抗议,因此现在的足球鞋制造商开始投入重金加强对人造皮革的研发,天然皮革(尤其是袋鼠皮)会逐渐被淘汰。如阿迪达斯现在主打的四款足球鞋中只有11Pro以及皮版F50(梅西的主打战靴)采用天然小牛皮,完全放弃了袋鼠皮,令很多袋鼠皮的坚定支持者感到非常遗憾和无奈(阿迪达斯PATHIQE X TOP也在采用袋鼠皮,但只针对日本市场推出)。

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织物面料是未来足球鞋材料的发展趋势

对于另外一大巨头NIKE而言也同样如此,其四款足球鞋中除了“传奇”系列坚持使用袋鼠皮之外,其它三款都采用高端的人工皮革,如NIKE的“头牌”C罗脚上的战靴Mercurial Vapor Superfly IV则采用了Nikeskin 热熔膜面料 flyknit针织面料,表面采用飞线技术来固定鞋面,而碳纤维大底则可以大大降低鞋身的重量。足球鞋制造商目前的研发目标是不断改进人工皮革材料的性能,让它们尽可能达到袋鼠皮的触感,并且让其变得更加轻盈,如阿迪达斯在去年推出了一款概念球鞋,其仅有99克重(目前大多数球鞋的重量平均在250克左右),这就代表着新的趋势,并且针织面料也会被更多的厂商所亲睐。

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PUMA为巴西世界杯推出的“鸳鸯”配色足球鞋

(注:本图来自于prodirectsoccer)

另外值得称道的是现在足球鞋的配色设计。过去足球鞋的颜色均为黑色等深色系,在电视转播中看起来非常不起眼,而现在足球鞋的颜色变得越来越花哨,如2012年NIKE为欧洲杯打造的“糖果配色”等等。而在今年巴西世界杯上,阿迪达斯将四大系列足球鞋涂装成相同的奶牛风格,PUMA将EvoSPEED和EVOPower两款球鞋设计成更为左右脚不同的“红蓝鸳鸯配色”,NIKE则通过红色、橙色、荧光绿等亮色来吸引眼球,可谓百花齐放。

早期各个足球队球衣的风格相对而言比较修身,并且材质基本上以棉为主。不过棉质球衣虽然穿起来非常舒适,但是其吸汗后会变得特别重,并且不容易干,因此长时间贴身会变得不太舒服,近二十几年中球员身上的的战袍基本上都会采用更加透气的材质。

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阿迪达斯的Techfit球衣并没有获得更多职业球员的亲睐

不过在这么多年中,球衣的剪裁和材质也发生了很多的变化。其中有一段时间流行非常宽松的球衣,甚至在2002年还出现过双层版本的球衣。不过这种球衣非常容易被拉破,并且更换球衣的过程非常复杂,因此被球员们果断给了差评。

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NIKE近几年主打的环保理念

如今的足球战袍重新回到了修身的风格,但是各大厂商研发的目的在于透气、排汗。之前阿迪达斯曾经推出过采用Techfit能量条版本的球衣,其目的是锁住球员的肌肉,减少在运动时产生的震动,“锁住”能量,减少抽筋等现象,不过这类球衣并没有获得太多球员的亲睐。

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制造商都追求更好的透气性

在今年的巴西世界杯上,各大厂商的主题依旧是排汗、透气并且尽可能的降低球衣的重量,如阿迪达斯将自己的轻量化品牌adizero首次运用在球衣上。另外NIKE依旧主打环保,其宣称每一件球衣都是回收8个塑料瓶,将它们清洗干净并去除所有标签,然后切成塑料薄片,将其熔化后制成纱线,最后将这些纱线编织成为球衣。这种做法可以节省许多宝贵的原材料,更加环保。

总 结

在本文的开头,我们已经提到过“足球世界杯的发展基本上可以看成是人类科技文明的发展史”这个概念,正是由于其在全球范围内都拥有非常高的关注度,因此才会有众多来自不同的品牌、厂商将其作为展示自己技术实力的舞台,与其相关的产业,如电视转播、电子产品、足球装备、相关周边的设施等技术含量也在不断提升,其最终的目的都是为广大球迷们奉献最精彩赛事,这样的进化也会不断持续,未来也会给我们带来更多的惊喜。