淺析視頻結(jié)構(gòu)化在公安領(lǐng)域中的應用

□文/王煒 李雁

隨著AI技術(shù)在安防行業(yè)的落地，基于視頻圖像分析的人工智能技術(shù)的發(fā)展逐漸變得成熟，包括人臉識別，車輛識別，人體識別等技術(shù)逐漸被應用在安防行業(yè)中的各個領(lǐng)域，同樣，視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)也不例外，近兩年也猶如雨后春筍般在安防行業(yè)應運而生，尤其是在公安領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。

安防監(jiān)控行業(yè)的現(xiàn)狀分析

視頻監(jiān)控是安防行業(yè)的核心，已成為治安防控、偵查破案的重要手段。在公安機關(guān)部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前期，雖然在一定程度上實現(xiàn)了警務(wù)信息化，提高了工作效率，但隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大、公安信息化應用的持續(xù)深入和公安機關(guān)業(yè)務(wù)需求的日益增長，現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足，普遍存在“注重數(shù)量，輕視應用”的現(xiàn)象，面對數(shù)量巨大的視頻監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)，人工操作無法及時獲取有價值的信息，沒有針對性的智能技術(shù)做支撐，案發(fā)后人工調(diào)閱方式耗時耗力，大量視頻還未經(jīng)梳理便因存儲時間限制而被循環(huán)覆蓋，巨大的圖像資源缺乏深度應用模式，未能得到充分挖掘利用，嚴重影響了監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)成效，降低了公安機關(guān)的核心戰(zhàn)斗力。因此，如何讓計算機自動“理解”視頻，實現(xiàn)對海量視頻圖像資源快速而有效的管理成為公安研究領(lǐng)域一個亟需解決的重要問題。

視頻結(jié)構(gòu)化在公安領(lǐng)域應用的必要性

在警務(wù)應用和視頻偵查實戰(zhàn)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要關(guān)注人、車等活動目標，在刑偵破案中也往往根據(jù)關(guān)鍵區(qū)域視頻中的人、車等關(guān)鍵信息來分析疑犯去向和相關(guān)線索。海量的視頻數(shù)據(jù)作為物聯(lián)網(wǎng)視覺感知的重要基礎(chǔ)資源，提供了大量的圖像信息，在公共安全領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。但也存在不足，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

視頻監(jiān)控視頻調(diào)閱耗時耗力，以人工方式進行檢索，效率低下?，F(xiàn)有的高清視頻圖像僅僅停留在事后查看的層面，遠沒有被利用起來。通過人為的數(shù)據(jù)回溯，不僅占用了大量的人力、物力和時間，同時由于人員能力的差異也會導致針對視頻的認知偏差。如何解決海量視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)與人力分析瓶頸之間的矛盾是技術(shù)升級的主要方向。

按照公安機關(guān)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)規(guī)定，一般要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備至少30天連續(xù)視頻圖像存儲能力，并能自動循環(huán)覆蓋存儲。實際工作中，只有在查處重要案事件時才會調(diào)閱視頻監(jiān)控資源，查找嫌疑人或可疑物品，并隨案保存相應視頻資料。多數(shù)視頻圖像沒有經(jīng)過信息梳理、采集、保存使用，有價值的視頻圖像信息存在被覆蓋、被流失、被放棄等問題，造成大量有價信息淹沒于數(shù)據(jù)海洋中，成為數(shù)據(jù)垃圾，嚴重降低了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)成效。

現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)更多的起到的只是“威懾”作用，當真正有案件發(fā)生時，受到存儲時間不夠以及人力資源不足的影響，很多案事件不能得到及時有效的處理，存在缺乏深度應用模式、視頻數(shù)據(jù)智慧化程度不高等突出問題。隨著智能化技術(shù)普及使用，市場漸漸不再滿足于現(xiàn)有的智能化技術(shù)種類，如何通過對視頻內(nèi)容的分析和處理，快速準確地發(fā)現(xiàn)有效線索，充分發(fā)揮視頻資源的作用是當前迫切需要解決的問題。

視頻結(jié)構(gòu)化在公安領(lǐng)域中的應用

視頻結(jié)構(gòu)化既是海量視頻實現(xiàn)信息化、情報化轉(zhuǎn)化行之有效的技術(shù)，也是當前公共安全領(lǐng)域中對視頻結(jié)構(gòu)化處理的一個指向性方案。在視頻結(jié)構(gòu)化描述的內(nèi)容方面，公共安全關(guān)注的視頻信息主要是：人員、車輛、行為。當前，許多國內(nèi)監(jiān)控企業(yè)正在全面開展視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，可以實現(xiàn)同時提取視頻中人員、車輛、行為的特征信息。對于人員的特征信息包括：性別、年齡段、上身顏色、上身紋理、下身顏色、下身類別、頭部特征、附屬物品、目標方向、目標速度等；對于車輛的特征信息包括：車牌、車身顏色、車型、車輛品牌、子品牌、車貼、車飾物信息等；對于行為的特征信息包括：越界、區(qū)域、徘徊、遺留、聚集等。通過對視頻中人員、車輛、行為的結(jié)構(gòu)化特征信息提取，可解決不同種類目標的特征識別和快速檢索，以實現(xiàn)預警、布控、研判等多種應用，提高辦案效率。

經(jīng)過視頻結(jié)構(gòu)化處理后，可以達到如下目的：

首先是視頻查找速度得到極大的提升。視頻結(jié)構(gòu)化之后，從百萬級的目標庫中（對應數(shù)百到一千小時的高清視頻）查找某張截圖上的行人嫌疑目標，數(shù)秒即可完成，在結(jié)構(gòu)化基礎(chǔ)上進行檢索查詢，可以解決快速目標查找問題。

其次，結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)的存儲占比可以極大的降低。經(jīng)過結(jié)構(gòu)化后的視頻，存儲人的結(jié)構(gòu)化檢索信息和目標數(shù)據(jù)不到視頻數(shù)據(jù)量的2%；對于車輛，不到1%；而對于行為的則降得更多。存儲容量極大地降低，可以解決視頻長期占用存儲空間的問題

最后，視頻結(jié)構(gòu)化可以盤活視頻數(shù)據(jù)，可作為數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)，視頻經(jīng)過結(jié)構(gòu)化處理后，存入相應的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫和結(jié)構(gòu)化視頻圖像資源服務(wù)器，對各類的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫可以進行深度的數(shù)據(jù)挖掘，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)作用，提升視頻數(shù)據(jù)的應用價值，提高視頻數(shù)據(jù)的分析和預測功能。

視頻結(jié)構(gòu)化需要突破的瓶頸

海量的視頻圖像數(shù)據(jù)是公共安全部門信息化建設(shè)中積累的重要數(shù)據(jù)，通過對視頻內(nèi)容的分析和處理，快速準確的發(fā)現(xiàn)有效線索，能夠充分發(fā)揮視頻資源的作用。然而，在公安信息化建設(shè)深入開展的背景下，現(xiàn)有視頻資源缺乏深度應用的模式，其應用的瓶頸是視頻信息如何高效提取，如何同其他信息系統(tǒng)進行標準數(shù)據(jù)交換、互聯(lián)互通及語義互操作。解決這一問題的核心技術(shù)即是視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)。但是作為一項視頻處理的核心技術(shù)，目前仍有部分瓶頸需要突破。

首先是視頻結(jié)構(gòu)化核心算法技術(shù)的突破。視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)與視頻智能分析技術(shù)息息相關(guān)，但是當下視頻智能分析技術(shù)受到各種應用環(huán)境的制約，以人臉識別為例，當下的人臉識別多半是配合式、重復式應用場景，在這種應用場景下，人臉的識別率基本能達到實用要求，而在無配合、多人臉、動態(tài)視頻的場景下就很難達到實用目標。為了解決這類問題，人臉識別的算法也從最初的模式識別進化到深度的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學習模式，使得人臉檢測和識別的準確度大大地提高，但是由此帶來的負面效應也相當明顯，首當其沖的就是運算復雜度的提升，需要耗費大量的計算資源，針對這一瓶頸很多監(jiān)控企業(yè)推出了各種解決方案，如計算前端推移，后端借助GPU實現(xiàn)集群化計算等，所有的這些方向都為后續(xù)的視頻結(jié)構(gòu)化的實際應用做前瞻，實現(xiàn)高效精準的視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)成為今后一段時間各個算法研究機構(gòu)的努力方向。

其次是視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲，檢索和應用技術(shù)，隨著數(shù)據(jù)容量的快速增長，如何實現(xiàn)視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的大容量、高效存儲、高效檢索以及快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)應用，為最終用戶提供高效靈活的服務(wù)，都將成為今后各大視頻監(jiān)控企業(yè)面臨的問題。

再次是頂層設(shè)計，構(gòu)建標準體系。通過對視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)自身特點和應用模式的研究，建立有關(guān)視頻結(jié)構(gòu)化的標準體系模型，制定覆蓋技術(shù)實現(xiàn)和應用系統(tǒng)的標準化體系，有步驟地制定相關(guān)標準，以規(guī)范技術(shù)研究和設(shè)備開發(fā)，指導系統(tǒng)建設(shè)、運行以及評估的各個方面，從源頭上為視頻信息情報化應用的全面展開打好基礎(chǔ)。

最后是視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)應用大平臺建設(shè)，隨著視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)的日趨成熟，如何采集和管理這些巨量的視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如何面向公共安全部門提供快速、高效、專業(yè)、個性化的服務(wù)也是擺在服務(wù)商與業(yè)主面前的難題。例如許多監(jiān)控企業(yè)采用“云”和“大數(shù)據(jù)”框架模型做視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)的平臺架構(gòu)來滿足大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)存儲、生命周期管理以及數(shù)據(jù)的快速響應。

視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著近年視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，社會上已經(jīng)存在巨量的視頻數(shù)據(jù)并且仍然在成指數(shù)倍增長。從海量視頻到結(jié)構(gòu)化技術(shù)提取關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)，再到大數(shù)據(jù)平臺及其行業(yè)應用，這個是監(jiān)控企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展主線，也代表了新時期下關(guān)乎于安防創(chuàng)新的新思路。視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)緊緊貼合視頻內(nèi)容的分析、提取，將非結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)處理成可供快速檢索定位的信息化數(shù)據(jù)。隨著視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)的發(fā)展和成熟，必然為視頻數(shù)據(jù)的信息化、情報化、智能化提供強有力的支撐，變視頻的“被動防御”為“主動識別”。全面實現(xiàn)監(jiān)控視頻信息的情報化、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的智慧化，強化警務(wù)視頻應用的普適性；全方位拓展視頻在警務(wù)工作中的應用模式，大幅度提高技術(shù)的易用性，實現(xiàn)以業(yè)務(wù)民警為中心的隨時隨地的靈活、簡單、多樣的視頻按需服務(wù)應用。未來，視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)還需要構(gòu)建自身的標準化發(fā)展體系，不斷突破與創(chuàng)新，將智能安防推向更高的發(fā)展層次。