大數(shù)據(jù)時(shí)代下視頻信息綜合應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/邱吉?jiǎng)偂切掠隆±钽肼?/p>

隨著智能視頻設(shè)備的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，視頻數(shù)據(jù)量急劇增加，累計(jì)達(dá)到ZB級(jí)別。據(jù)IDC統(tǒng)計(jì)，2015年全球有分析價(jià)值的數(shù)據(jù)中65%是視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并正按每2年翻番速度持續(xù)增長(zhǎng)。與“傳統(tǒng)”大數(shù)據(jù)相比，視頻大數(shù)據(jù)4V特征更明顯，數(shù)據(jù)體量更大、冗余度更高、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、類(lèi)型更復(fù)雜，分析與處理的技術(shù)難度更大，這也是業(yè)內(nèi)當(dāng)前一大痛點(diǎn)，海量視頻中蘊(yùn)含的大量?jī)r(jià)值“金礦”，因?yàn)樘幚矸治鍪侄蔚穆浜蠛脱信行实牡拖?，未能得到充分挖掘和利用?/p>

1　行業(yè)發(fā)展

圍繞這個(gè)痛點(diǎn)，在學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和相關(guān)部門(mén)的共同努力下，視頻大數(shù)據(jù)正從簡(jiǎn)單行為分析演變?yōu)槎嗑S度模式識(shí)別，從單點(diǎn)智能進(jìn)化為全網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)挖掘，從實(shí)現(xiàn)事后驗(yàn)證升級(jí)為實(shí)時(shí)告警及事前預(yù)警。此外，目前技術(shù)架構(gòu)向“云+邊”演進(jìn)的趨勢(shì)日益顯著，即在IPC攝像頭等前端設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，云平臺(tái)作多點(diǎn)關(guān)聯(lián)分析及聯(lián)網(wǎng)布控，以提升分析效率，增大并發(fā)處理規(guī)模，支撐更智能化應(yīng)用。

在海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，深度學(xué)習(xí)與機(jī)器視覺(jué)的相互融合為視頻數(shù)據(jù)分析提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，公安、交通等領(lǐng)域的智能化需求正驅(qū)動(dòng)視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用逐步落地。為推動(dòng)社會(huì)各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化躍升，國(guó)家相繼出臺(tái)了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》等政策，指導(dǎo)和推進(jìn)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、行業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

一言以概之，當(dāng)前在技術(shù)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用的三輪驅(qū)動(dòng)下，在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，視頻大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用趨勢(shì)已成，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)開(kāi)展視頻信息綜合應(yīng)用平臺(tái)的研究和研制意義重大。

2　基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的視頻信息綜合應(yīng)用平臺(tái)

2.1　建設(shè)目標(biāo)

平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)在于，以統(tǒng)一視頻大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，支持分布式彈性云部署，提供資源按需服務(wù)；兼容95%視頻格式，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫通信；建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)池與算法池，支持?jǐn)?shù)據(jù)融合挖掘和算法動(dòng)態(tài)裝卸；通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)總線，實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯聚整合、多維洞察和融合應(yīng)用，支持跨行業(yè)的快速應(yīng)用和部署。

圖1：視頻信息綜合應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2　系統(tǒng)架構(gòu)

平臺(tái)基于云架構(gòu)設(shè)計(jì)，按照數(shù)據(jù)元素的流動(dòng)，依據(jù)松耦合的原則定義了3個(gè)子層，即視頻采集與傳輸子層、視頻分析與研判子層、視頻應(yīng)用與服務(wù)子層，如圖1所示。

其中，視頻采集與傳輸子層是系統(tǒng)基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)IPC/NVR等視頻設(shè)備管控、視頻內(nèi)容采集與匯聚，支持移動(dòng)通信網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等公網(wǎng)及專(zhuān)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。視頻分析與研判子層是系統(tǒng)核心，主要負(fù)責(zé)視頻圖像結(jié)構(gòu)化等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，并提供視頻增強(qiáng)、人車(chē)識(shí)別等核心算法支撐。視頻應(yīng)用與服務(wù)子層是系統(tǒng)的價(jià)值體現(xiàn)，針對(duì)智能安防、智能交通、智能公安等行業(yè)需求，提供技術(shù)、產(chǎn)品及整體解決方案等一攬子應(yīng)用服務(wù)。

2.3　功能實(shí)現(xiàn)

在視頻采集與傳輸領(lǐng)域，基于GB/T 28181、SIP、ONVIF等標(biāo)準(zhǔn)，研制視頻聯(lián)網(wǎng)共享等核心子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻資源的接入、傳輸、存儲(chǔ)、交換、共享等功能，提供多級(jí)/跨域聯(lián)網(wǎng)與共享服務(wù)，提供實(shí)時(shí)瀏覽、聯(lián)動(dòng)布控、錄像回放、報(bào)警管理等功能。

在視頻分析和處理領(lǐng)域，重點(diǎn)推進(jìn)智能視頻分析子系統(tǒng)研發(fā)，通過(guò)視頻圖像的結(jié)構(gòu)化和關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)及人事物為重點(diǎn)的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)行為分析、視頻摘要、視頻檢索、人車(chē)識(shí)別、圈蹤分析與稽查布控等核心功能，并達(dá)到以下主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）支持H264、mp4、avi、mov等 多種視頻格式

（2）特定目標(biāo)的行為（越界、入侵、徘徊、反向、物品遺留等）研判準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。

（3）普通場(chǎng)景下濃縮比達(dá)50:1，不少于15度密度調(diào)節(jié)

（4）支持1:1人臉驗(yàn)證和1：N人臉識(shí)別。簡(jiǎn)單場(chǎng)景下，識(shí)別率大于99%。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可采用基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)框架進(jìn)行構(gòu)建。以人臉識(shí)別為例，整個(gè)處理過(guò)程綜合采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，針對(duì)實(shí)戰(zhàn)性場(chǎng)景進(jìn)行改進(jìn)，在人臉檢測(cè)、特征點(diǎn)定位、特征提取和特征比對(duì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)解決不完全信息下（比如遮擋、戴口罩）情況下識(shí)別率斷崖下降、人臉檢測(cè)速度慢及跟蹤目標(biāo)丟失等問(wèn)題。

在視頻應(yīng)用與服務(wù)，重點(diǎn)研究如何貼合業(yè)務(wù)進(jìn)行功能流程設(shè)計(jì)乃至技術(shù)指標(biāo)提升，滿足實(shí)戰(zhàn)化性需要。為支持跨行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)和部署，一種可參考的方案是，采用B/S架構(gòu)，基于“微服務(wù)”理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)可采用Spring cloud微服務(wù)架構(gòu)開(kāi)發(fā)，統(tǒng)一提供服務(wù)注冊(cè)、權(quán)限認(rèn)證、負(fù)載均衡、配置管理，構(gòu)建高可用、高并發(fā)、高擴(kuò)展的運(yùn)行環(huán)境，而具體服務(wù)功能項(xiàng)則以Sringboot微服務(wù)服務(wù)提供者形式運(yùn)行，由Eureka注冊(cè)中心提供微服務(wù)注冊(cè)，由Feign組件和Hystrix熔斷器提供內(nèi)部服務(wù)的負(fù)載均衡和熔斷機(jī)制，從而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠和安全運(yùn)行。

3　行業(yè)應(yīng)用

基于視頻信息綜合應(yīng)用平臺(tái)，可貼合公安、交通等行業(yè)需求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品或者定制研發(fā)等方式提供實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用服務(wù)，加快視頻偵查速度，提高工作人員效率，提升安全管理能力。

3.1　公共安全

在公共安全領(lǐng)域，通過(guò)整合公安內(nèi)部資源、社會(huì)外部資源，實(shí)現(xiàn)“人、車(chē)、電、網(wǎng)、像”等多軌聯(lián)控和多庫(kù)聯(lián)偵，挖掘海量數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的情報(bào)價(jià)值，提供重點(diǎn)人員管控、遺失人員搜尋、在逃罪犯緝拿、刑事案件偵破等特色功能，從而提升公安機(jī)關(guān)反恐防暴、治安防控、偵查破案的能力。

3.2　智能交通

在智能交通領(lǐng)域，依托視頻信息綜合應(yīng)用平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)交通卡口、電子警察等視頻資源的匯聚整合，統(tǒng)一進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理和關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)車(chē)牌識(shí)別、車(chē)輛識(shí)別、稽查布控等功能，為提供交通態(tài)勢(shì)感知、紅綠燈優(yōu)化及交通道路規(guī)劃提供基礎(chǔ)服務(wù)支撐。

3.3　智能安防

在智能安防領(lǐng)域，重點(diǎn)針對(duì)企業(yè)園區(qū)和重要設(shè)施監(jiān)控等應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)視頻圖像、電子圍欄、動(dòng)力環(huán)境等數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚整合和分析研判，支持陌生人員識(shí)別、異常行為識(shí)別、非法入侵檢測(cè)和實(shí)時(shí)報(bào)警預(yù)警等功能，實(shí)現(xiàn)一體化、綜合化、智能化的全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守式監(jiān)控目的。

4　結(jié)語(yǔ)

基于視頻大數(shù)據(jù)的行業(yè)理解和思考，本文提出了大數(shù)據(jù)時(shí)代下視頻綜合管理平臺(tái)的研發(fā)思路和實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)人工智能、機(jī)器視覺(jué)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究與創(chuàng)新，建設(shè)統(tǒng)一的視頻大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，圍繞視頻數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)用開(kāi)展核心產(chǎn)品研制和技術(shù)創(chuàng)新。當(dāng)前，基于視頻大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，曙光已經(jīng)出現(xiàn)，但道路依然艱辛，尤其在行業(yè)實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用方面有較大差距，需進(jìn)一步努力和完善。