1. 引言
隨著“平安城市”等工程的推進(jìn)，越來(lái)越多的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)投入使用，這些監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在*工作中發(fā)揮著重要作用。然而，隨著視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，視頻數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出海量增長(zhǎng)趨勢(shì)。這給監(jiān)管工作帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)，它需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間去查看、分析視頻數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)異常事件。所以，如何有效的利用視頻數(shù)據(jù)，提供一種快速視頻檢索方案已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。顯然，擁有有效的視頻檢索技術(shù)是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。
2. 視頻檢索技術(shù)
視頻檢索是從大量的視頻數(shù)據(jù)中找到感興趣的視頻片段。傳統(tǒng)的基于文本的視頻檢索方法利用文本信息對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行注釋，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行抽取來(lái)描述視頻內(nèi)容的語(yǔ)義特征。此方法需人工對(duì)視頻進(jìn)行注釋，不僅耗時(shí)，而且可能因主觀因素影響造成注釋不準(zhǔn)確。鑒于此，基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，目前已得到了廣泛應(yīng)用。在安防行業(yè)，廠商也大多選用此技術(shù)以完成視頻搜索功能。
基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、圖像理解、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息檢索等多學(xué)科，也是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一?；趦?nèi)容的視頻檢索就是根據(jù)視頻的內(nèi)容和上下文關(guān)系，對(duì)大規(guī)模視頻數(shù)據(jù)庫(kù)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。它包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：視頻分割，關(guān)鍵幀提取，特征提取和特征數(shù)據(jù)庫(kù)組織與構(gòu)建等。
（1）視頻分割
視頻是一種非結(jié)構(gòu)組織的流媒體，可依次分為四個(gè)層次結(jié)構(gòu)：視頻，場(chǎng)景，鏡頭和幀。所以要實(shí)現(xiàn)視頻檢索，首先要把視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，即把視頻分割成一個(gè)個(gè)鏡頭。每個(gè)鏡頭是相鄰幀的短序列，描繪了一個(gè)事件或一個(gè)連續(xù)的動(dòng)作。鏡頭的切換有突變和漸變兩種類型。對(duì)于突變較易解決，而漸變則比較復(fù)雜，目前有雙閾值比較法、統(tǒng)計(jì)分析法等。對(duì)于安防監(jiān)控，也可通過(guò)分析視頻中目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)進(jìn)行視頻分割。
（2）關(guān)鍵幀提取
關(guān)鍵幀提取就是從已分割出的一段視頻中抽取具有代表意義的視頻幀。關(guān)鍵幀是能夠概括此段視頻內(nèi)容的靜態(tài)圖像，是建立視頻數(shù)據(jù)索引的關(guān)鍵，也是后續(xù)特征提取的對(duì)象。在安防監(jiān)控中，視頻中目標(biāo)對(duì)象的活動(dòng)情況尤其受到關(guān)注，所以可以根據(jù)目標(biāo)對(duì)象確定選取關(guān)鍵幀的策略。
（3）特征提取
在完成視頻分割、關(guān)鍵幀提取后，需要通過(guò)智能視頻分析技術(shù)獲取每個(gè)子視頻的視頻特征，包括低層物理特征和高層語(yǔ)義特征。低層物理特征主要是從視頻關(guān)鍵幀中提取，具體有顏色、形狀、紋理、運(yùn)動(dòng)等；高層語(yǔ)義特征包括利用統(tǒng)計(jì)模式分類的方法獲取高層語(yǔ)義概念提取，如監(jiān)控視頻中對(duì)人、車(chē)的分類。特征提取是基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)的基礎(chǔ)，只有當(dāng)描述視頻內(nèi)容的特征對(duì)于不同子視頻具有足夠的區(qū)別力時(shí)，從能得到較高的視頻查詢精度。
（4）特征數(shù)據(jù)庫(kù)的組織與構(gòu)建
為了提高視頻查詢效率，需要采用一定的方式對(duì)視頻特征數(shù)據(jù)庫(kù)建立索引。由于視頻特征通常以高維向量的形式表示，所以對(duì)視頻特征建立索引時(shí)，就要考慮對(duì)高維向量建立索引。常用的索引結(jié)構(gòu)有樹(shù)形索引結(jié)構(gòu)、量化近似的索引結(jié)構(gòu)等。
3. 視頻檢索技術(shù)在安防監(jiān)控中的應(yīng)用
視頻檢索技術(shù)應(yīng)用于安防監(jiān)控，必會(huì)給其帶來(lái)了極大的便利。安防監(jiān)控需要對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)、持續(xù)的監(jiān)控，所以視頻數(shù)文件非常龐大，而且其中重復(fù)、靜止的視頻占較大比例。因此，對(duì)于經(jīng)常查驗(yàn)?zāi)硞€(gè)已發(fā)異常事件的工作人員來(lái)說(shuō)，擁有一個(gè)有效的視頻檢索系統(tǒng)，就可通過(guò)已掌握的信息快速查詢，極大提高工作效率?？梢?jiàn)，將視頻檢索技術(shù)應(yīng)用于安防監(jiān)控是十分必要的。下圖給出了視頻檢索系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架。
圖1 基于內(nèi)容的視頻檢索系統(tǒng)框架圖
對(duì)于上述視頻檢索系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，提取視頻關(guān)鍵幀，再通過(guò)自動(dòng)分析獲取視頻特征；然后采用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有效的組織視頻特征數(shù)據(jù)庫(kù)；用戶通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索界面提交查詢請(qǐng)求，系統(tǒng)將用戶提供的特征要求與視頻特征數(shù)據(jù)庫(kù)中特征進(jìn)行匹配，zui后按照相似度的高低排序?qū)⒉樵兘Y(jié)果返回給用戶。這種視頻檢索系統(tǒng)能夠在線自動(dòng)提取視頻特征，建立索引結(jié)構(gòu)，并按照比配程度將結(jié)果返回給用戶。
視頻檢索系統(tǒng)可以應(yīng)用于安防監(jiān)控的各個(gè)領(lǐng)域，如交通、銀行ATM、小區(qū)等。視頻檢索系統(tǒng)的人機(jī)交互接口需根據(jù)不同領(lǐng)域用戶的實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)。下面是其應(yīng)用舉例。
（1）交通
可以檢索違規(guī)的車(chē)輛。用戶通過(guò)輸入待搜索車(chē)的特征進(jìn)行檢索，如類型、顏色、運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、進(jìn)出時(shí)間等，也可由已知的待搜索車(chē)的圖片進(jìn)行檢索。
（2）銀行ATM
可以檢索違規(guī)操作的可疑人員、尾隨取款等。用戶可通過(guò)提供一幅樣照或素描圖檢索請(qǐng)求，也可具體特征檢索，如身高、衣服顏色、是否帶眼鏡或口罩等。
（3）治安管理
用戶可借助視頻檢索功能快速偵查、破獲各類案件，打破了傳統(tǒng)以人海戰(zhàn)術(shù)為主的視頻線索查找戰(zhàn)術(shù)。用戶可通過(guò)提供目標(biāo)特征（人車(chē)類別，顏色、高度、方向、速度等）、一幅樣照或素描圖來(lái)請(qǐng)求搜索。
4. 視頻檢索技術(shù)應(yīng)用于安防監(jiān)控所面臨的挑戰(zhàn)
視頻檢索技術(shù)應(yīng)用于安防監(jiān)控是以智能視頻分析技術(shù)為基礎(chǔ)的。無(wú)論是視頻分割，還是視頻特征提取，都需要對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行分析。智能視頻分析算法主要有目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、行為分析等。這些算法在視頻檢索系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中都是*的。顯然，視頻檢索技術(shù)的性能與智能分析算法息息相關(guān)。目前，雖然智能視頻分析算法有很大進(jìn)步，但在應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境時(shí)仍有些不足，例如：光照變化、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜性、遮擋、背景雜亂等都會(huì)影響算法的性能。因此，視頻檢索技術(shù)作為視頻監(jiān)控智能化推進(jìn)過(guò)程中的一部分，仍需要突破關(guān)鍵技術(shù)，逐漸走向成熟。
5. 結(jié)論
隨著安防行業(yè)的飛速發(fā)展，監(jiān)控視頻的數(shù)據(jù)量快速增長(zhǎng)。如何有效的利用和管理這批龐大的視頻數(shù)據(jù)，是當(dāng)前安防行業(yè)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。視頻檢索技術(shù)能夠使用戶快速查詢到所需要的視頻，極大提高工作效率。隨著智能視頻分析等相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，視頻檢索技術(shù)也會(huì)日趨成熟，這將給安防行業(yè)的發(fā)展注入新的動(dòng)力。
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