鄭東生 連珂

（河北省公安廳，河北石家莊050081）

【警務(wù)研究】

影響視頻資源應(yīng)用效能的技術(shù)原因和未來研究方向

鄭東生 連珂

（河北省公安廳，河北石家莊050081）

近年來，視頻監(jiān)控和分析技術(shù)在公安工作中得到了快速發(fā)展。視頻偵查已成為發(fā)展最為迅猛的公安基礎(chǔ)偵查手段。本文通過分析視頻監(jiān)控的技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出當(dāng)前的核心問題是視頻應(yīng)用效能過低，并且找出影響視頻應(yīng)用效能的主要問題是技術(shù)原因：缺乏智能化的專業(yè)視頻分析工具、缺乏海量視頻管理和共享平臺(tái)以及缺乏整合視頻資源的綜合偵查系統(tǒng)。文章提出了提高視頻資源應(yīng)用效能的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：提高視頻分析的時(shí)效性、加強(qiáng)視頻偵查的關(guān)聯(lián)性以及規(guī)范視頻圖像的管理。本文還通過分析國外先進(jìn)的視頻分析系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀，提出了當(dāng)前國內(nèi)智能視頻分析技術(shù)的核心研究方向是視頻解析技術(shù)，包括目標(biāo)整體的運(yùn)動(dòng)軌跡研究和目標(biāo)的局部“肢體語言”特征研究。

視頻監(jiān)控；智能應(yīng)用；應(yīng)用效能；視頻解析

我國的公安視頻監(jiān)控近幾年發(fā)展迅速，全國攝像頭總數(shù)超過1000萬個(gè)，公安機(jī)關(guān)直接控制在200萬以上，主要城市的第一期視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)完成，一個(gè)由專管區(qū)域視頻監(jiān)控點(diǎn)、智能卡口和社會(huì)化監(jiān)控點(diǎn)組成的視頻監(jiān)控網(wǎng)已經(jīng)覆蓋了大部分的城市和主要集鎮(zhèn)，廣泛部署的視頻監(jiān)控設(shè)備和不斷提升的視頻技術(shù)為公安工作提供了強(qiáng)有力的科技支撐。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展正在進(jìn)入后網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，高清、智能的監(jiān)控和應(yīng)用在經(jīng)歷了多年的技術(shù)積累之后，逐漸走向成熟；基于實(shí)戰(zhàn)的視頻綜合性應(yīng)用需求以及個(gè)性化應(yīng)用需求正在不斷地增強(qiáng)。但是隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，視頻資源增長迅速，海量視頻資源的低應(yīng)用效能正在成為嚴(yán)重制約視頻警務(wù)工作的瓶頸問題。

目前公安機(jī)關(guān)應(yīng)用視頻資料時(shí)主要以人工為主輔以簡(jiǎn)單的視頻分析技術(shù)，通常一個(gè)簡(jiǎn)單事件需要查看的視頻資料時(shí)長往往達(dá)到幾小時(shí)到十幾小時(shí)，而一些復(fù)雜事件所涉及的視頻可能會(huì)關(guān)聯(lián)到多個(gè)區(qū)域內(nèi)的幾個(gè)甚至成千上萬路攝像頭的采集，總時(shí)達(dá)到百萬小時(shí)并不十分罕見，例如，重慶哨兵案件和南京“1·6”案件中，都動(dòng)用超過3000以上的警力分析研判超過100萬小時(shí)的視頻數(shù)據(jù)。在某市一起重大案件中，共安排一百余人在兩個(gè)星期時(shí)間內(nèi)查看總量達(dá)300T（1T的硬盤300個(gè)）監(jiān)控視頻，以尋找一切可能的線索和蹤跡，但最后僅僅發(fā)現(xiàn)了2處有效線索。由此可見，這種應(yīng)用方式存在著視頻查找難、采集難、傳輸慢、解碼難、分析難等問題。

一、影響視頻資源應(yīng)用效能的技術(shù)原因

綜合分析，影響視頻資源應(yīng)用效能的原因既有技術(shù)方面的，也有機(jī)制和管理方面的原因，但筆者認(rèn)為目前主要還是技術(shù)方面的原因。

（一）缺乏一套智能化程度高，滿足公安工作需求的專業(yè)視頻分析工具

目前公安機(jī)關(guān)使用的視頻分析技術(shù)是在民用安防基礎(chǔ)上稍加改造形成的，是為了適應(yīng)公安視頻監(jiān)控建設(shè)高速發(fā)展的應(yīng)急之作，針對(duì)公安工作特點(diǎn)開發(fā)的功能非常的少，完全不能適應(yīng)公安實(shí)戰(zhàn)的復(fù)雜要求。

一是現(xiàn)在的視頻分析技術(shù)從海量監(jiān)控視頻圖像資源中提取有用信息的技術(shù)不成熟，導(dǎo)致大量的案件偵破工作依然利用人工的方式，大量的警力用來觀看案發(fā)所相關(guān)的視頻資料，存在“視頻有，不可靠”的問題。

二是現(xiàn)在的技術(shù)手段僅僅實(shí)現(xiàn)了淺層的智能化分析能力（如違章自動(dòng)檢測(cè)，車牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別，交通事件監(jiān)測(cè)），但是對(duì)于處理諸如“跨多攝像頭中的多個(gè)不連續(xù)圖像來確定是否是同一個(gè)觀測(cè)目標(biāo)；將不同時(shí)間、不同地點(diǎn)發(fā)生的案件，通過視頻快速高效地進(jìn)行關(guān)聯(lián)”等具有公安特點(diǎn)的實(shí)際需求，還沒有實(shí)現(xiàn)智能化，幾乎還是依賴人工瀏覽和人為標(biāo)記對(duì)視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行描述分析。

三是沒有一種方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)海量視頻圖像資源進(jìn)行高效精準(zhǔn)的檢索。一旦發(fā)生案情，需要檢索相關(guān)的視頻圖像資料時(shí)，公安機(jī)關(guān)只能夠通過集中警力，施展人海戰(zhàn)術(shù)調(diào)閱成百上千GB的視頻圖像，一段段仔細(xì)排查。即使應(yīng)用視頻濃縮與摘要等技術(shù)可以在一定程度上減少工作量，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足視頻偵查的實(shí)際應(yīng)用需求。

（二）缺乏一個(gè)海量視頻資源組織管理與集中共享平臺(tái)

公安業(yè)務(wù)涉及面廣泛，但是面向不同警種獲取的有價(jià)值的監(jiān)控視頻圖像資源還沒實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理、沒有一個(gè)集中存儲(chǔ)和檢索的平臺(tái)，與其他業(yè)務(wù)平臺(tái)的資源整合、共享還沒開展。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息具有海量特性，其中包含了許多潛在的違法犯罪信息，以及已發(fā)案件的相關(guān)信息，但由于海量視頻資源缺乏有效的管理與組織，資源分散、不集中，尋找相應(yīng)視頻資源困難，給資源共享造成了極大的難度。這些有用的資源只有得到充分的利用，才能提高視頻偵查的有效性與準(zhǔn)確性，否則就屬于無效信息。

（三）缺乏一個(gè)整合視頻資源的綜合偵查系統(tǒng)

雖然視頻監(jiān)控資源的數(shù)量不斷增長，但是仍然存在資源整合不足，無法發(fā)現(xiàn)深層次、關(guān)聯(lián)性的線索。目前，亟需開發(fā)一套綜合性的偵查系統(tǒng)，有效結(jié)合其他偵查資源和技術(shù)，對(duì)公安業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和隱含的情報(bào)線索關(guān)聯(lián)進(jìn)行可視化展現(xiàn)，形成基于圖形的情報(bào)線索鏈、證據(jù)鏈，展現(xiàn)不同情報(bào)主題間甚至主題的內(nèi)部數(shù)據(jù)之間存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系等，幫助情報(bào)使用者從雜亂、海量的數(shù)據(jù)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)苗頭、線索、關(guān)聯(lián)、規(guī)律和趨勢(shì)。

二、提高視頻資源應(yīng)用效能的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

由于現(xiàn)實(shí)的需求，國內(nèi)各個(gè)專業(yè)廠家正在加緊研制適應(yīng)公安工作特點(diǎn)，滿足公安工作需要的專業(yè)視頻分析工具，筆者認(rèn)為在研發(fā)過程中，應(yīng)該抓住以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

（一）提高視頻圖像分析內(nèi)容的時(shí)效性

案件發(fā)生具有時(shí)間、空間的不確定性，但需要在案發(fā)第一時(shí)間在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)跨時(shí)間和區(qū)域的海量視頻進(jìn)行處理，這就需要對(duì)視頻分析設(shè)備分析處理能力、設(shè)備的部署方式進(jìn)行研究，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)利用視頻圖像提供線索。

（二）加強(qiáng)視頻偵查的關(guān)聯(lián)性

一方面視頻資源和視頻資源之間具有關(guān)聯(lián)性。視頻監(jiān)控得到的線索不是靜態(tài)的，可以通過不同時(shí)間、不同地點(diǎn)發(fā)生的事件串聯(lián)在一起，從而分析事態(tài)發(fā)展情況。不同區(qū)域、不同攝像頭、不同視頻資源載體之間的視頻往往具有關(guān)聯(lián)性，這些關(guān)聯(lián)性便于案件的關(guān)聯(lián)分析與比對(duì)，以及提供大案要案的數(shù)據(jù)挖掘載體。另一方面視頻資源和其他數(shù)據(jù)信息具有關(guān)聯(lián)性。因此，視頻偵查需要一個(gè)統(tǒng)一、共享、跨平臺(tái)的視頻解析中心提供視頻資源共享、整合、管理的服務(wù)。因此，公安機(jī)關(guān)各個(gè)警種部門應(yīng)當(dāng)建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一管理、充分共享視頻管理和共享平臺(tái)，滿足偵查員快速便捷檢索、分析視頻資源的需求。

（三）規(guī)范視頻圖像的管理

重要視頻資源在案件偵破之后依然需要保留，構(gòu)成相應(yīng)的案例庫與知識(shí)庫。構(gòu)建的案例庫與知識(shí)庫可以提高準(zhǔn)確性，降低虛警率。統(tǒng)一的案事件樣本庫和警務(wù)知識(shí)庫，需要進(jìn)行大量的樣本學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，廣泛的案事件視頻信息的積累。在時(shí)間軸上，視頻信息的積累需要以案件為基礎(chǔ)，將不同時(shí)間段的視頻信息按照案件為核心進(jìn)行聚集。

三、國外智能視頻分析系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

自美國“9·11”事件，英國倫敦地鐵爆炸案等重大恐怖襲擊事件發(fā)生以來，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)成為了國際上重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目。

美國政府向國內(nèi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)以及相關(guān)的著名研究機(jī)構(gòu)投入大量資金，進(jìn)行視頻分析系統(tǒng)的構(gòu)建，預(yù)防恐怖組織的襲擊，提高國家安全指數(shù)。其中，美國國土安全部委托美國太平洋國家實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建國家圖像和分析中心,用于提供全球化的視覺分析技術(shù)和工具，滿足國家戰(zhàn)略級(jí)視覺分析的研發(fā)與創(chuàng)新，主要用于反恐任務(wù)的需要，從2004年起已經(jīng)連續(xù)支撐10年以上，每年固定支持的經(jīng)費(fèi)在250萬美元。目前已研究出了為未來城市和戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控應(yīng)用開發(fā)一種自動(dòng)視頻理解技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)未來戰(zhàn)爭(zhēng)中人力監(jiān)控費(fèi)用昂貴、非常危險(xiǎn)或者人力無法實(shí)現(xiàn)等場(chǎng)合下的監(jiān)控并進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，對(duì)監(jiān)控地區(qū)進(jìn)行全方位的晝夜監(jiān)控，根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象行為的危害性進(jìn)行自動(dòng)提示和報(bào)警，而且通過建立外觀模型來實(shí)現(xiàn)多人的跟蹤，并可以檢測(cè)人是否攜帶物體等簡(jiǎn)單行為，達(dá)到視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)分析異?，F(xiàn)象的能力，即是所謂的智能視頻分析系統(tǒng)。

美國國土安全部出資2.17億美元，在芝加哥警察局實(shí)行一虛盾行動(dòng)，建立一個(gè)集中監(jiān)控系統(tǒng)，連接3000部監(jiān)控?cái)z像機(jī)，監(jiān)控范圍覆蓋1萬私有場(chǎng)所和1萬公共場(chǎng)所。監(jiān)控中心擁有強(qiáng)大的視頻解析能力，可以實(shí)時(shí)捕捉和處理網(wǎng)絡(luò)中的任何視頻，包括嫌疑人搜尋、危險(xiǎn)行為檢測(cè)和目標(biāo)鎖定。通過大規(guī)模攝像頭和犯罪數(shù)據(jù)庫對(duì)犯罪行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

烏拉圭政府基于烏拉圭公共安全的需求，建設(shè)了一個(gè)高科技的國家公共安全系統(tǒng)，包含一個(gè)監(jiān)控中心，服務(wù)于公共場(chǎng)所監(jiān)視，移民管理，監(jiān)所管理等，這種綜合性的系統(tǒng)增強(qiáng)了烏拉圭國家安全級(jí)別并且提供快速反應(yīng)以及處理各種緊急情況。

加拿大國家自然科學(xué)基金從2000年起就連續(xù)支持視頻分析平臺(tái)與測(cè)試中心，目前已經(jīng)連續(xù)支持11年。主要用于視頻數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，并從視頻中智能的獲取信息。

四、智能視頻分析技術(shù)的核心研究方向

智能視頻分析技術(shù)源于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，作為人工智能研究的一個(gè)分支，綜合了多學(xué)科的研究成果，主要包括圖像處理、跟蹤技術(shù)、模式識(shí)別、軟件工程，數(shù)字信號(hào)處理(DSP)等領(lǐng)域。目前市場(chǎng)上的智能視頻分析系統(tǒng)通常都具有以下功能：圖像采集、運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)、多物體跟蹤、行為特征分析、設(shè)定報(bào)警條件、報(bào)警聯(lián)動(dòng)。筆者認(rèn)為在智能視頻分析技術(shù)研究中，視頻解析技術(shù)應(yīng)該作為核心研究方向。

視頻解析技術(shù)指的是使用計(jì)算機(jī)從視頻中通過運(yùn)算和分析，提取視頻中的有用信息的一項(xiàng)技術(shù)，也就是對(duì)視頻的“內(nèi)容”的提取和理解。如果把攝像機(jī)看作人的眼睛，而智能視頻系統(tǒng)或設(shè)備則可以看作人的大腦。它是以視頻監(jiān)控與識(shí)別技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其他信息捕捉技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為依托，通過視頻理解的方法把視頻內(nèi)容表達(dá)為語義化的描述信息，通過關(guān)聯(lián)、分析、比對(duì)和碰撞，從中獲取偵查線索和犯罪證據(jù)，查獲犯罪嫌疑人，實(shí)現(xiàn)預(yù)防、控制、揭露、證實(shí)犯罪目的的視頻分析方法。就好像人看到某一段視頻中“有一輛車”、“有一輛白色的車”、“有一輛白色的捷達(dá)車”、“有一輛白色的捷達(dá)車正在打著右轉(zhuǎn)向燈準(zhǔn)備向右轉(zhuǎn)”。對(duì)于人來說，這段視頻是有意義的，是包含了一定信息量的，并且人可以智能化地提取這些信息，獲取“有一輛白色的捷達(dá)車正在打著右轉(zhuǎn)向燈準(zhǔn)備向右轉(zhuǎn)”這一信息，而且這一信息包含了“車、白色、捷達(dá)、轉(zhuǎn)向燈、開燈、開右轉(zhuǎn)向燈、準(zhǔn)備右轉(zhuǎn)”這一系列的子信息。

當(dāng)前對(duì)于視頻解析技術(shù)的研究，一個(gè)研究方向是以目標(biāo)整體的運(yùn)動(dòng)軌跡作為研究目標(biāo)，提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征或其本身所具有的特性。這一研究目標(biāo)不一定是特指人，而是可以以任何運(yùn)動(dòng)物體作為研究對(duì)象，比如人、車輛、動(dòng)物、飛機(jī)坦克等軍事目標(biāo)等等。而其行為指的也是研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特征，例如該目標(biāo)是否朝特定的方向運(yùn)動(dòng)，是否以特定的軌跡運(yùn)動(dòng)，是否越過某一警戒線或者進(jìn)入某一警戒區(qū)域、是否排隊(duì)、是否產(chǎn)生了聚集或擁堵、是否有尾隨現(xiàn)象、是否有徘徊行為等等。這是一個(gè)重要的研究方向，其特點(diǎn)是將目標(biāo)物體作為一個(gè)整體來考察，提取其在大場(chǎng)景范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特征。

另一個(gè)研究方向則以目標(biāo)的局部部分的運(yùn)動(dòng)為研究目標(biāo)，提取其局部“肢體語言”特征，如視頻的手語識(shí)別，步態(tài)識(shí)別，表情識(shí)別，或者判斷其是否在完成某種行為，如打電話，放下一個(gè)包，從某個(gè)地方取出或放下一件東西等等。此外，公共場(chǎng)所或文物古跡范圍是否有涂抹蹬踏行為，體育運(yùn)動(dòng)里的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)或運(yùn)動(dòng)動(dòng)作是否最佳，甚至于艦載火炮炮管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)曲線的研究，所有這些都是屬于這一方向。這一研究方向通常針對(duì)的是小視野場(chǎng)景的近景視頻進(jìn)行研究，而且其研究對(duì)象只是屬于目標(biāo)物的局部部分，如分析人的手、腳、頭的動(dòng)作，其最核心的實(shí)現(xiàn)步驟通常包括對(duì)研究對(duì)象的三維建模。

隨著視頻解析技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，將這些相關(guān)技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)視頻解析系統(tǒng)的統(tǒng)一管理調(diào)度成為當(dāng)今視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。為了使視頻監(jiān)控的“孤島”不再孤獨(dú)，使視頻監(jiān)控的被動(dòng)“防范”變成主動(dòng)的“防控”，也使應(yīng)用和管理融合更成為可能。融入智能分析技術(shù)使得監(jiān)控更具有針對(duì)性，由傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為智能視頻分析系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)不但成為人的眼睛，也使“智能視頻分析”成為人的“大腦”，將采集到的“異常圖像”早預(yù)警、早防范、早處理，避免傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的被動(dòng)性。

為此，公安部已組織行業(yè)專家開展了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，將有力地推進(jìn)和規(guī)范全國視頻解析系統(tǒng)的建設(shè)，形成以視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)為核心的視頻圖像解析分析服務(wù)體系。為各個(gè)業(yè)務(wù)警種提供視頻調(diào)閱、分析、處理與應(yīng)用服務(wù)。通過基于視頻圖像資源的計(jì)算機(jī)的快速檢索、軌跡跟蹤、智能研判、預(yù)警布控、社會(huì)管理、隊(duì)伍管理等業(yè)務(wù)功能，將警力資源從調(diào)閱觀看視頻資源的簡(jiǎn)單低效的勞動(dòng)中解放出來，將警力資源充實(shí)到案件分析，從而大大提高視頻偵查的效率以緩解警力資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀。

［編輯：李永新］

D918.2

：A

：1672-6405（2016）02-0061-03

鄭東生（1962-），男，河北保定人，河北省公安廳科技信息化處處長，主要從事信息化建設(shè)頂層設(shè)計(jì)研究。連珂（1962-），男，河北邯鄲人，博士，河北省公安廳科技信息化處正高級(jí)工程師，主要從事視頻監(jiān)控建設(shè)與應(yīng)用研究。

2016-03-22