視頻檢索——新型安防數(shù)據(jù)的分析管理

視頻檢索就是要從大量的視頻數(shù)據(jù)中，找出所需要的視頻片段，伴隨著計(jì)算機(jī)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(yīng)用在視頻點(diǎn)播、數(shù)字電視、數(shù)字圖書(shū)館遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。

在安防領(lǐng)域，各地平安城市、智慧城市的建設(shè)和公共安全領(lǐng)域的信息化建設(shè)的推進(jìn)，都產(chǎn)生了大量監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，同時(shí)高清化和智能化的安防行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，視頻數(shù)據(jù)的數(shù)量正在指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。然而，視頻數(shù)據(jù)卻又不同于安防領(lǐng)域的其他傳統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)。以往的傳統(tǒng)信息，經(jīng)過(guò)多年的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完善的基于信息管理系統(tǒng)的管理平臺(tái)，可以快速準(zhǔn)確地對(duì)所關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索查詢(xún)，例如人口信息管理系統(tǒng)，報(bào)警平臺(tái)，車(chē)輛管理系統(tǒng)等。而視頻數(shù)據(jù)目前還沒(méi)有這樣有效的管理系統(tǒng)，還不能對(duì)確實(shí)存在的數(shù)據(jù)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(yīng)用在圖像偵查方面，視頻數(shù)據(jù)對(duì)案件偵破的作用，也促使圖偵成為一個(gè)規(guī)模很大的新的警種。視頻檢索的具體應(yīng)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(qiáng)技術(shù)的支持。

監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息密度很低，針對(duì)某一具體需求，24小時(shí)的視頻數(shù)據(jù)中有用的數(shù)據(jù)也許只有幾秒鐘，然而這幾秒的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的信息密度的，它會(huì)將視頻的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)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(duì)視頻內(nèi)容中目標(biāo)的特征進(jìn)行標(biāo)記索引，然后通過(guò)對(duì)特征的描述或樣圖顯示的特征對(duì)視頻進(jìn)行搜索，找出符合特征的視頻片段，快速?gòu)闹蝎@取更多信息，提升效率，節(jié)省人力成本。

應(yīng)用與現(xiàn)狀——初見(jiàn)成效，亟待完善

我國(guó)很多的安防企業(yè)或相關(guān)機(jī)構(gòu)都陸續(xù)推出了自己的視頻檢索系統(tǒng)，具體工作過(guò)程和原理都類(lèi)似，第一步是對(duì)需要檢索的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和集中存儲(chǔ)，以供視頻檢索系統(tǒng)快速調(diào)用，有些廠(chǎng)家研發(fā)了專(zhuān)門(mén)的設(shè)備對(duì)硬盤(pán)里的視頻數(shù)據(jù)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濃縮摘要，濃縮后的視頻數(shù)據(jù)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(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。

辦案人員可以通過(guò)查看濃縮視頻，極大地節(jié)省排查視頻的時(shí)間，當(dāng)在濃縮視頻中發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)時(shí)，可以通過(guò)點(diǎn)擊視頻上的目標(biāo)快速打開(kāi)對(duì)應(yīng)的原始視頻片斷，進(jìn)行詳細(xì)查看。辦案人員可以進(jìn)一步通過(guò)提供目標(biāo)特征，例如人或車(chē)，目標(biāo)顏色、高度、運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度，行人著裝、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(tǒng)，首先通過(guò)高效的解碼器將未解碼的視頻數(shù)據(jù)解碼，然后通過(guò)背景建模算法分離提取出運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，而后通過(guò)智能分析算法對(duì)這些運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的被關(guān)注特征進(jìn)行提取和分析，將分析結(jié)果恰當(dāng)描述，存放到數(shù)據(jù)庫(kù)，與被請(qǐng)求搜索的特征進(jìn)行比對(duì)，最后，高相關(guān)度的目標(biāo)會(huì)以快照或其他方式作為結(jié)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(yùn)動(dòng)目標(biāo)的基本特征，例如目標(biāo)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(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行索引，存放在自己的設(shè)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(nèi)容的索引信息進(jìn)行比對(duì)就可以定位到相關(guān)視頻片段，而不需要對(duì)視頻再次進(jìn)行處理分析，可以有效節(jié)省分析時(shí)間。但目前不同廠(chǎng)商的視頻內(nèi)容索引和描述的標(biāo)準(zhǔn)都不盡相同，這樣就會(huì)產(chǎn)生不同廠(chǎng)商之間的系統(tǒng)的對(duì)接和視頻內(nèi)容索引的共享問(wèn)題，無(wú)法充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用。MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)化了對(duì)音視頻特征的描述，對(duì)該問(wèn)題給出了解決的指導(dǎo)方向，還需要針對(duì)安防視頻數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)一步規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。

目前我國(guó)正在應(yīng)用的視頻檢索系統(tǒng)，還只能對(duì)目標(biāo)的一些基本的特征進(jìn)行索引和檢索，當(dāng)下的視頻檢索系統(tǒng)并不能完成“找到一個(gè)拿著iPhone6的女孩”這樣的任務(wù)，因?yàn)槭艿椒直媛�、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(jī)的型號(hào)，甚至我們不知道目標(biāo)手上到底有沒(méi)有東西;我們甚至無(wú)法判斷這個(gè)目標(biāo)是個(gè)男孩還是女孩，因?yàn)檫@個(gè)流行因素快速變化的時(shí)代。一些影視作品里所表現(xiàn)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(duì)前文提到的一些目標(biāo)基本特征外進(jìn)行檢索外，目前我們能做到的是對(duì)車(chē)量牌照信息的檢索，這得益于車(chē)牌識(shí)別相關(guān)技術(shù)的成熟和智能交通系統(tǒng)的建設(shè)。對(duì)于像人臉識(shí)別這樣的任務(wù)，對(duì)于一般的監(jiān)控視頻，即便是高清卡口，也很難做到較高的準(zhǔn)確率，還是要結(jié)合人工比對(duì)才能真正發(fā)揮作用，人眼可以準(zhǔn)確分辨和識(shí)別的目標(biāo)，視頻檢索系統(tǒng)卻不一定能做到，達(dá)到人眼的分辨能力，那畢竟是目前機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的最高境界和終極目標(biāo)，還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。看到有些產(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(tǒng)還能準(zhǔn)確檢索到目標(biāo)，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(guó)安防領(lǐng)域最常規(guī)的應(yīng)用模式。2013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(rèn)為是一起精心準(zhǔn)備和預(yù)謀的案件，嫌疑人可能會(huì)事先多次勘察過(guò)犯罪現(xiàn)場(chǎng)。為了盡快破案，當(dāng)?shù)毓�安局圖偵大隊(duì)調(diào)取了案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)周邊一周的各類(lèi)監(jiān)控錄像，包括交通監(jiān)控錄像、治安監(jiān)控錄像和附近店鋪的自有監(jiān)控錄像，總時(shí)長(zhǎng)超過(guò)2000小時(shí)，希望能從中找出可疑目標(biāo)，提供破案線(xiàn)索。按傳統(tǒng)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(shù)小時(shí)內(nèi)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(duì)畫(huà)面中可疑人員的重復(fù)出現(xiàn)率更加敏感，即節(jié)省了排查時(shí)間，又降低了遺漏的概率。當(dāng)過(guò)濾出可疑車(chē)輛時(shí)，通過(guò)車(chē)牌識(shí)別信息，在系統(tǒng)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(guī)律，定位到了車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間停留的區(qū)域，可能是嫌疑人的暫住地，再調(diào)用該區(qū)域周邊的視頻進(jìn)行摘要排查，結(jié)合案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的可疑目標(biāo)比對(duì)，最終鎖定了嫌疑人員。

大數(shù)據(jù)時(shí)代——視頻檢索技術(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

安防基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到PB的量級(jí)，同時(shí)來(lái)自消費(fèi)領(lǐng)域的視頻數(shù)據(jù)也在為安防提供著數(shù)據(jù)支持，每個(gè)人手中的手機(jī)都可能向公安平臺(tái)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(duì)視頻數(shù)據(jù)的處理能力和效率，要滿(mǎn)足在海量數(shù)據(jù)級(jí)別上更準(zhǔn)確和快速地處理數(shù)據(jù)，提取和描述信息的內(nèi)容，并進(jìn)行高效的索引和存儲(chǔ)，以滿(mǎn)足后續(xù)的數(shù)據(jù)信息檢索、分析和挖掘業(yè)務(wù)。其次，需要從架構(gòu)的層面上有針對(duì)性地改進(jìn)目前的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和存儲(chǔ)架構(gòu)，引入針對(duì)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的新技術(shù)，以滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)環(huán)境下的安防數(shù)據(jù)信息的檢索需求。

目前安防領(lǐng)域的視頻數(shù)據(jù)的分布方式還主要是分散獨(dú)立地存儲(chǔ)在各級(jí)機(jī)構(gòu)的服務(wù)器上，視頻檢索的應(yīng)用也主要是由某個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器在執(zhí)行，隨著數(shù)據(jù)量的急速地膨脹，這種方式必將在不久的將來(lái)遇到數(shù)據(jù)移動(dòng)和計(jì)算能力的瓶頸。大數(shù)據(jù)相關(guān)的云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用到安防的視頻檢索業(yè)務(wù)，即能解決數(shù)據(jù)搬移的問(wèn)題，又充分發(fā)揮了分布式計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，發(fā)掘出充分的計(jì)算能力。

在安防領(lǐng)域大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的有效應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，大數(shù)據(jù)也倒逼著視頻檢索技術(shù)的效率、準(zhǔn)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(tǒng)一。