新型數據管理安防領(lǐng)域視頻檢索技術(shù)

成都弱電公司訊：

視頻檢索——新型安防數據的分析經(jīng)管

視頻檢索就是要從大量的視頻數據中，找出所需要的視頻片段，伴隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，視頻檢索技術(shù)已經(jīng)廣泛應用在視頻點(diǎn)播、數字電視、數字圖書(shū)館遠程教育和遠程醫療等領(lǐng)域。

在安防領(lǐng)域，各地平安城市、智慧城市的建設和公共平安領(lǐng)域的信息化建設的推進(jìn)，都產(chǎn)生了大量監控視頻數據，同時(shí)高清化和智能化的安防行業(yè)發(fā)展的趨勢，視頻數據的數量正在指數級增長(cháng)。然而，視頻數據卻又分歧于安防領(lǐng)域的另外傳統的信息數據。以往的傳統信息，經(jīng)過(guò)多年的數據庫技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完善的基于信息經(jīng)管系統的經(jīng)管平臺，可以快速準確地對所關(guān)心的數據進(jìn)行檢索查詢(xún)，例如人口信息經(jīng)管系統，報警平臺，車(chē)輛經(jīng)管系統等。而視頻數據目前還沒(méi)有這樣有效的經(jīng)管系統，還不能對確實(shí)存在的數據進(jìn)行方便快速的查詢(xún)和使用，視頻檢索技術(shù)的發(fā)展就是希望能解決這樣的問(wèn)題。

在安防領(lǐng)域視頻檢索技術(shù)主要應用在圖像偵查方面，視頻數據對案件偵破的作用，也促使圖偵成為一個(gè)規模很大的新的警種。視頻檢索的具體應用主要包括視頻濃縮和特征檢索，而特征檢索通常需要智能分析和圖像增強技術(shù)的支持。

監控視頻數據所蘊含的信息密度很低，針對某一具體需求，24小時(shí)的視頻數據中有用的數據也許只有幾秒鐘，然而這幾秒的數據的信息價(jià)值卻很高。視頻濃縮技術(shù)就是用來(lái)有效提高視頻數據的信息密度的，它會(huì )將視頻的運動(dòng)目標從背景中分離出來(lái)，然后按照時(shí)間先后和位置關(guān)系集中疊加在背景中形成新的視頻，這樣既能最大程度地保留環(huán)境信息，同時(shí)在時(shí)間和空間上壓縮無(wú)用信息。特征檢索技術(shù)是指對視頻內容中目標的特征進(jìn)行標記索引，然后通過(guò)對特征的描述或樣圖顯示的特征對視頻進(jìn)行搜索，找出符合特征的視頻片段，快速從中獲取更多信息，提升效率，節省人力成本。

應用與現狀——初見(jiàn)成效，亟待完善

我國很多的安防企業(yè)或相關(guān)機構都陸續推出了自己的視頻檢索系統，具體工作過(guò)程和原理都類(lèi)似，第一步是對需要檢索的視頻數據進(jìn)行采集和集中存儲，以供視頻檢索系統快速調用，有些廠(chǎng)家研發(fā)了專(zhuān)門(mén)的設備對硬盤(pán)里的視頻數據進(jìn)行快速拷貝來(lái)提高采集速度；第二步則是正式進(jìn)行視頻檢索，其一是對數據進(jìn)行濃縮摘要，濃縮后的視頻數據提供給偵辦人員進(jìn)行人工排查，也可以用于特征檢索；其二是通過(guò)用戶(hù)提供的特征對視頻數據進(jìn)行檢索。

辦案人員可以通過(guò)查看濃縮視頻，極大地節省排查視頻的時(shí)間，當在濃縮視頻中發(fā)現可疑目標時(shí)，可以通過(guò)點(diǎn)擊視頻上的目標快速打開(kāi)對應的原始視頻片斷，進(jìn)行詳細查看。辦案人員可以進(jìn)一步通過(guò)提供目標特征，例如人或車(chē)，目標顏色、高度、運動(dòng)方向、運動(dòng)速度，行人著(zhù)裝、步態(tài)，或者通過(guò)提供一幅樣片來(lái)發(fā)起搜索。視頻檢索系統，首先通過(guò)高效的解碼器將未解碼的視頻數據解碼，然后通過(guò)背景建模算法分離提取出運動(dòng)的目標，而后通過(guò)智能分析算法對這些運動(dòng)目標的被關(guān)注特征進(jìn)行提取和分析，將分析結果恰當描述，存放到數據庫，與被請求搜索的特征進(jìn)行比對，最后，高相關(guān)度的目標會(huì )以快照或另外方式作為結果顯示出來(lái)，并可以快速定位到原始視頻片段。

還有些廠(chǎng)商將一些運動(dòng)目標的基本特征，例如目標類(lèi)別、顏色、速度等信息在視頻錄制時(shí)就實(shí)時(shí)進(jìn)行了分析，并通過(guò)這些特征對視頻內容進(jìn)行索引，存放在自己的設備中。這樣，在需要進(jìn)行特征檢索的時(shí)候，只需要將用戶(hù)提供的特征與視頻內容的索引信息進(jìn)行比對就可以定位到相關(guān)視頻片段，而不需要對視頻再次進(jìn)行處理分析，可以有效節省分析時(shí)間。但目前分歧廠(chǎng)商的視頻內容索引和描述的尺度都不盡相同，這樣就會(huì )產(chǎn)生分歧廠(chǎng)商之間的系統的對接和視頻內容索引的共享問(wèn)題，無(wú)法充分發(fā)揮系統的作用。MPEG-7尺度化了對音視頻特征的描述，對該問(wèn)題給出了解決的指導方向，還需要針對安防視頻數據的特點(diǎn)進(jìn)一步規范和尺度化。

目前我國正在應用的視頻檢索系統，還只能對目標的一些基本的特征進(jìn)行索引和檢索，當下的視頻檢索系統并不能完成“找到一個(gè)拿著(zhù)iPhone6的女孩”這樣的任務(wù)，因為受到分辨率、清晰度和視頻角度等多重因素的影響，我們無(wú)法分辨出手機的型號，甚至我們不知道目標手上到底有沒(méi)有東西；我們甚至無(wú)法判斷這個(gè)目標是個(gè)男孩還是女孩，因為這個(gè)流行因素快速變化的時(shí)代。一些影視作品里所表現出的令人感嘆的智能分析效果，只能是為研究者提供一些研究思路和方向。除了能對前文提到的一些目標基本特征外進(jìn)行檢索外，目前我們能做到的是對車(chē)量牌照信息的檢索，這得益于車(chē)牌辨認相關(guān)技術(shù)的成熟和智能交通系統的建設。對于像人臉辨認這樣的任務(wù)，對于一般的監控視頻，即便是高清卡口，也很難做到較高的準確率，還是要結合人工比對才能真正發(fā)揮作用，人眼可以準確分辨和辨認的目標，視頻檢索系統卻不一定能做到，達到人眼的分辨能力，那畢竟是目前機器視覺(jué)領(lǐng)域的最高境界和終極目標，還有相當長(cháng)的路要走?？吹接行┊a(chǎn)品的隱性宣傳中表示，視頻中的嫌疑人換了衣服，戴了帽子，更換交通工具，檢索系統還能準確檢索到目標，恕筆者孤陋寡聞，實(shí)在是深表懷疑。

我們介紹一個(gè)真實(shí)的案例，這也是目前視頻檢索技術(shù)在我國安防領(lǐng)域最常規的應用模式。2018年4月，某地發(fā)生重大蒙面搶劫案件，經(jīng)過(guò)專(zhuān)案組人員分析，認為是一起精心準備和預謀的案件，嫌疑人可能會(huì )事先多次勘察過(guò)犯罪現場(chǎng)。為了盡快破案，當地公安局圖偵大隊調取了案發(fā)現場(chǎng)周邊一周的各類(lèi)監控錄像，包括交通監控錄像、治安監控錄像和附近店鋪的自有監控錄像，總時(shí)長(cháng)超過(guò)2000小時(shí)，希望能從中找出可疑目標，提供破案線(xiàn)索。按傳統的方式，幾名警官同時(shí)查看視頻，也需要幾天的時(shí)間，通過(guò)視頻濃縮技術(shù)，一名警官數小時(shí)內就能排查完視頻中的可疑人員或車(chē)輛，同時(shí)，同一名刑偵人員完成排查也可以對畫(huà)面中可疑人員的重復出現率更加敏感，即節省了排查時(shí)間，又降低了遺漏的概率。當過(guò)濾出可疑車(chē)輛時(shí)，通過(guò)車(chē)牌辨認信息，在系統中形成車(chē)輛的行駛軌跡，給布控方案提供參考，通過(guò)車(chē)輛的行動(dòng)規律，定位到了車(chē)輛長(cháng)時(shí)間停留的區域，可能是嫌疑人的暫住地，再調用該區域周邊的視頻進(jìn)行摘要排查，結合案發(fā)現場(chǎng)的可疑目標比對，最終鎖定了嫌疑人員。

大數據時(shí)代——視頻檢索技術(shù)的機遇與挑戰

安防基礎設施的建設規模在不斷地擴大，實(shí)時(shí)數據的規模已經(jīng)達到PB的量級，同時(shí)來(lái)自消費領(lǐng)域的視頻數據也在為安防提供著(zhù)數據支持，每個(gè)人手中的手機都可能向公安平臺上傳圖像信息，提供案件線(xiàn)索，要從這些海量的信息里快速高效地篩選有效信息，視頻檢索技術(shù)需要向兩個(gè)方向來(lái)進(jìn)行提升：首先需要提升對視頻數據的處理能力和效率，要滿(mǎn)足在海量數據級別上更準確和快速地處理數據，提取和描述信息的內容，并進(jìn)行高效的索引和存儲，以滿(mǎn)足后續的數據信息檢索、分析和挖掘業(yè)務(wù)。其次，需要從架構的層面上有針對性地改進(jìn)目前的數據處理技術(shù)和存儲架構，引入針對大數據業(yè)務(wù)的新技術(shù)，以滿(mǎn)足大數據環(huán)境下的安防數據信息的檢索需求。

目前安防領(lǐng)域的視頻數據的分布方式還主要是分散獨立地存儲在各級機構的服務(wù)器上，視頻檢索的應用也主要是由某個(gè)獨立的服務(wù)器在執行，隨著(zhù)數據量的急速地膨脹，這種方式必將在不久的將來(lái)碰到數據移動(dòng)和計算能力的瓶頸。大數據相關(guān)的云計算、云存儲技術(shù)應用到安防的視頻檢索業(yè)務(wù)，即能解決數據搬移的問(wèn)題，又充分發(fā)揮了分布式計算的優(yōu)勢，發(fā)掘出充分的計算能力。

在安防領(lǐng)域大數據和視頻檢索技術(shù)實(shí)際是在相互促進(jìn)發(fā)展，視頻檢索技術(shù)的為大數據的有效應用提供了技術(shù)支撐，大數據也倒逼著(zhù)視頻檢索技術(shù)的效率、準確度和覆蓋面的提高，這兩種技術(shù)將在相互的磨合中逐步完成提升和統一。