視頻檢索技術(shù)：安防大數(shù)據(jù)時代下的新貴

　　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)，同時高清化和智能化的安防行業(yè)發(fā)展的趨勢，視頻數(shù)據(jù)的數(shù)量正在指數(shù)級增長。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)過多年的數(shù)據(jù)庫技術(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，可以快速準(zhǔn)確地對所關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索查詢，例如人口信息管理系統(tǒng)，報警平臺，車輛管理系統(tǒng)等。而視頻數(shù)據(jù)目前還沒有這樣有效的管理系統(tǒng)，還不能對確實(shí)存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行方便快速的查詢和使用，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)對案件偵破的作用，也促使圖偵成為一個規(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，針對某一具體需求，24小時的視頻數(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)的信息價值卻很高。視頻濃縮技術(shù)就是用來有效提高視頻數(shù)據(jù)的信息密度的，它會將視頻的運(yùn)動目標(biāo)從背景中分離出來，然后按照時間先后和位置關(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，同時在時間和空間上壓縮無用信息。特征檢索技術(shù)是指對視頻內(nèi)容中目標(biāo)的特征進(jìn)行標(biāo)記索引，然后通過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(jié)省人力成本。

　　應(yīng)用與現(xiàn)狀——初見成效，亟待完善

　　我國很多的安防企業(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)，具體工作過程和原理都類似，第一步是對需要檢索的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和集中存儲，以供視頻檢索系統(tǒng)快速調(diào)用，有些廠家研發(fā)了專門的設(shè)備對硬盤里的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行快速拷貝來提高采集速度;第二步則是正式進(jìn)行視頻檢索，其一是對數(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;其二是通過用戶提供的特征對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。

　　辦案人員可以通過查看濃縮視頻，極大地節(jié)省排查視頻的時間，當(dāng)在濃縮視頻中發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)時，可以通過點(diǎn)擊視頻上的目標(biāo)快速打開對應(yīng)的原始視頻片斷，進(jìn)行詳細(xì)查看。辦案人員可以進(jìn)一步通過提供目標(biāo)特征，例如人或車，目標(biāo)顏色、高度、運(yùn)動方向、運(yùn)動速度，行人著裝、步態(tài)，或者通過提供一幅樣片來發(fā)起搜索。

　　視頻檢索系統(tǒng)，首先通過高效的解碼器將未解碼的視頻數(shù)據(jù)解碼，然后通過背景建模算法分離提取出運(yùn)動的目標(biāo)，而后通過智能分析算法對這些運(yùn)動目標(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，與被請求搜索的特征進(jìn)行比對，最后，高相關(guān)度的目標(biāo)會以快照或其他方式作為結(jié)果顯示出來，并可以快速定位到原始視頻片段。

　　還有些廠商將一些運(yùn)動目標(biāo)的基本特征，例如目標(biāo)類別、顏色、速度等信息在視頻錄制時就實(shí)時進(jìn)行了分析，并通過這些特征對視頻內(nèi)容進(jìn)行索引，存放在自己的設(shè)備中。這樣，在需要進(jìn)行特征檢索的時候，只需要將用戶提供的特征與視頻內(nèi)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(jié)省分析時間。但目前不同廠商的視頻內(nèi)容索引和描述的標(biāo)準(zhǔn)都不盡相同，這樣就會產(chǎn)生不同廠商之間的系統(tǒng)的對接和視頻內(nèi)容索引的共享問題，無法充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用。MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)化了對音視頻特征的描述，對該問題給出了解決的指導(dǎo)方向，還需要針對安防視頻數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)一步規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。

　　目前我國正在應(yīng)用的視頻檢索系統(tǒng)，還只能對目標(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，我們無法分辨出手機(jī)的型號，甚至我們不知道目標(biāo)手上到底有沒有東西;我們甚至無法判斷這個目標(biāo)是個男孩還是女孩，因?yàn)檫@個流行因素快速變化的時代。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車量牌照信息的檢索，這得益于車牌識別相關(guān)技術(shù)的成熟和智能交通系統(tǒng)的建設(shè)。對于像人臉識別這樣的任務(wù)，對于一般的監(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)合人工比對才能真正發(fā)揮作用，人眼可以準(zhǔn)確分辨和識別的目標(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)器視覺領(lǐng)域的最高境界和終極目標(biāo)，還有相當(dāng)長的路要走。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(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)過專案組人員分析，認(rèn)為是一起精心準(zhǔn)備和預(yù)謀的案件，嫌疑人可能會事先多次勘察過犯罪現(xiàn)場。為了盡快破案，當(dāng)?shù)毓簿謭D偵大隊(duì)調(diào)取了案發(fā)現(xiàn)場周邊一周的各類監(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，總時長超過2000小時，希望能從中找出可疑目標(biāo)，提供破案線索。

　　按傳統(tǒng)的方式，幾名警官同時查看視頻，也需要幾天的時間，通過視頻濃縮技術(shù)，一名警官數(shù)小時內(nèi)就能排查完視頻中的可疑人員或車輛，同時，同一名刑偵人員完成排查也可以對畫面中可疑人員的重復(fù)出現(xiàn)率更加敏感，即節(jié)省了排查時間，又降低了遺漏的概率。當(dāng)過濾出可疑車輛時，通過車牌識別信息，在系統(tǒng)中形成車輛的行駛軌跡，給布控方案提供參考，通過車輛的行動規(guī)律，定位到了車輛長時間停留的區(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)場的可疑目標(biāo)比對，最終鎖定了嫌疑人員。

　　大數(shù)據(jù)時代——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)模在不斷地擴(kuò)大，實(shí)時數(shù)據(jù)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到PB的量級，同時來自消費(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，每個人手中的手機(jī)都可能向公安平臺上傳圖像信息，提供案件線索，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)需要向兩個方向來進(jìn)行提升：首先需要提升對視頻數(shù)據(jù)的處理能力和效率，要滿足在海量數(shù)據(jù)級別上更準(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，以滿足后續(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)的層面上有針對性地改進(jìn)目前的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和存儲架構(gòu)，引入針對大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的新技術(shù)，以滿足大數(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)立地存儲在各級機(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遇到數(shù)據(jù)移動和計算能力的瓶頸。大數(shù)據(jù)相關(guān)的云計算、云存儲技術(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(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。