闯入通信“无人区”！西电科研团队攻克窄带宽弱信道实时视频通信难题|信号|信道|报文|无人区|短波|西电科研|视频通信

在1500米深的海底

载人潜水器与海面母船之间

曾经只能收发几条文字指令

视频？

想都不敢想

——典型水声信道

在公里量级通信距离下

可用带宽通常仅为数kbps量级

（千比特每秒，又称千比特率

指的是数字信号的传输速率

也就是每秒钟传送多少个千位的信息）

连传统视频编码的零头都喂不饱

但2025年11月

一套“会理解画面”的

通信系统搭载“深海勇士”号深潜器

首次将水下舱内的

实时视频传回了海面

十年前想都不敢想的事，如今，西安电子科技大学人工智能学院名誉院长石光明教授带领团队和鹏城实验室、华中科技大学联合攻关，用一种“先理解画面语义再传输”的新技术，不仅能让视频画面从千米深海通过无线水声即时传到海面，还能用短波天波实现从西安与广州的视频实时传输。

这项技术的名字叫“语义通信”。

近十年前，石光明团队就开始了这项技术的研究。

PART 01

从“传信号”到“传意思”

FUTURE TECHNOLOGY

要理解这项突破有多难，得先明白团队面对的是什么样的信道。

在水下，能够实现远距离（超过百米）无线传输的波只有声波，水声信道正是依靠声波在水中传递信息。从通信角度看，声波具有三个突出特点：带宽窄、声速慢、干扰强。带宽窄——主流视频编码即便压缩到极致，也需要至少50kbps的带宽才能勉强传输低清视频，而水声信道能提供的带宽仅约3kbps，要想按照主流视频编码在水声信道进行视频传输，就犹如让大货车走“羊肠小道”一样不可行。声速慢——在两三公里的水下距离上，信号发出后约2秒才能到达对方，如果信号有误需要重传，一个来回就是五六秒，传统通信中“传错了就重传”的机制在这里完全失效，更谈不上即时视频通信。干扰强——随着通信距离增加，声波信号会早早衰减，信道特别脆弱，传送的比特容易出错。

面对水声、短波这种天生脆弱的“羊肠小道”走不了“大货车”的难题，团队直接跳出了传统信号保真的通信框架，提出语义保真的通信架构，利用AI计算赋能，既能极致压缩信号，又能稳定可靠地解码信号中的信息，使得“小皮卡”也能承载更多“货物”。

简单说，就是让机器先“看懂”画面，再只传输最关键的信息。“比如一段视频里有个人在挥手，系统不是逐像素编码，而是先理解这个场景——有人在挥手，身体朝哪个方向移动。它只传这些抽象的关键语义，并转成语义特征符号表达，数据量就变得非常小”，团队骨干成员、人工智能学院教授高大化解释道，“接收端收到后，再结合预先学习到的知识把画面重建出来。就像跟朋友讲一部电影，不需要逐帧复述，只需把故事讲明白，对方脑中就能重建出那个画面”。

支撑这一思路的，是团队建立的语义信息形式化刻画与语义率失真理论。他们提出复数语义表达式，将物理特征与符号语义统一到可计算框架，并将经典香农率失真理论从“速率—失真”二维拓展至“速率—失真—感知—复杂度”多维，为极端信道下的弹性编译码提供了理论依据。最终，他们搭建的三层弹性编码框架，能根据信道好坏自动调整传输的信息粒度，直接把带宽节省了90%以上——原来需要50kbps才能传输的视频，现在3kbps即可传输。

语义通信基本范式

PART 02

从“无人区”到深海1500米

FUTURE TECHNOLOGY

20世纪40年代，“信息论之父”香农便提及过通信中的语义概念，但因当时不知如何用数学刻画语义，而且算力远不支持，更没有AI赋能，这个方向被搁置了起来。

2016年，石光明带领团队开始主攻这一领域，彼时国际上相关论文和专利几乎为零，“刚开始那两三年，谁都不知道这事能不能做出来”，石光明坦言，前期没有成果的日子里，“大家对未来并不确定。最难的不是某个具体算法，而是整条路径都没有先例”，如何将人工智能的能力适配到极端通信环境中，编解码方案无模板可循、无经验可借鉴，一切都要从零开始。

团队用近十年时间完成了从理论推导到系统搭建的全过程。

2017年，石光明团队提出语义信息技术原始框架，第二年便又提出AI赋能语义通信的思路。

2020年完成地面声波传简单视频图像原理实验，2021年提出语义通信网络，2022年提出语义的数学刻画方法，2023年完成实验室水槽水声通信实验验证。

实验室里跑通了，真实场景下是否可用？

2024年3月，团队带着水声语义通信仪来到了千岛湖。首次湖试，收发两端相距3000米，在3kbps窄带下，视频画面首次通过水声信道实时传回。同年9月，团队转战海域——海水环境复杂得多，海底地形的多径干扰、海面船只螺旋桨的噪声，都使信道条件急剧恶化。但系统经受住了考验，3000米距离视频实时传输成功。9月底，测试的收发距离拉至5000米，传输依然稳定。

三次试验，从湖到海、从近到远，递进式验证了系统在真实水声环境下的可靠性。

研制的水声语义通信系统搭载“深海勇士”号开展实验

2025年底，真正的“大考”到来。水声语义通信系统搭载“深海勇士”号载人潜水器下潜至约1500米深度，在与海面母船水平距离400～800米的区间内，实现了320×240分辨率、15fps帧率的实时视频传输。“画面有一定模糊，但不影响理解”，高大化介绍，“母船想看潜器舱内状态、设备运行情况，这个清晰度完全够用”。

对深潜器而言，这是从零到一的跨越。

“以前深潜器下潜后，母船完全无法获知水下状态，上下之间只能收发简单报文指令，有什么问题也无法及时解决，现在舱内视频可以实时回传了，很多问题就都可以即时响应。”

PART 03