智慧城市中的視頻圖像感知技術(shù)

無錫市是第一批國家智慧城市試點工作城市，通過高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)籌建設(shè)城市公共信息服務(wù)平臺和城市公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，逐步完成了智慧城市技術(shù)在城市建設(shè)、房產(chǎn)、水務(wù)、燃?xì)馀c照明、管線、交通、家居與社區(qū)等方面的示范應(yīng)用。近年來，在相關(guān)政策的扶持推動下，無錫智慧城市建設(shè)在頂層設(shè)計、總體規(guī)劃和示范應(yīng)用等方面取得突出進(jìn)展。特別是在智慧政務(wù)、智慧交通、智慧醫(yī)療等基礎(chǔ)領(lǐng)域，都取得了全國領(lǐng)先的成績，2013年蟬聯(lián)國內(nèi)智慧城市發(fā)展評估第一名。今年7月30日，無錫從全球數(shù)百個候選城市中脫穎而出，成為唯一入選“IEEE智慧城市試點計劃”的中國城市，無錫市在全國智慧城市建設(shè)的翹楚地位可見一斑。本文則主要從智慧城市建設(shè)中有關(guān)智慧視頻感知系統(tǒng)的角度，一起探討無錫城市建設(shè)現(xiàn)狀。

　　智慧視頻感知

　　智慧城市離不開成熟的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，無錫基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建啟動都比較早，比如基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、城市信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，其中，城市音視頻信息系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用也是其中很重要的一項。從智慧城市的組成要素看，基于視頻監(jiān)控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧視頻感知應(yīng)用體系是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，也是城市管理公共服務(wù)及應(yīng)急指揮平臺的核心支撐平臺，更是整個智慧城市感知體系的關(guān)鍵部分和重要的信息來源。

　　智慧視頻感知應(yīng)用體系的建設(shè)進(jìn)一步實現(xiàn)計算機(jī)智能化管理，使交通、安保、環(huán)保等布局更加趨于合理。系統(tǒng)將城市綜合管理工作做得有條不紊，有效增強(qiáng)對城市重點部位的控制能力，有利于及時發(fā)現(xiàn)各類情況，為領(lǐng)導(dǎo)的指揮決策服務(wù)。

　　同時，系統(tǒng)的構(gòu)建也使防范工作更安全，更周到，更方便。通過嚴(yán)密的音視頻感知監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，跨越地域時空，實時跟蹤每一個監(jiān)控現(xiàn)場，大幅提升迅速反應(yīng)能力，更有效地打擊犯罪，提高無錫市的安保水平及綜合管理水平，增強(qiáng)外商對無錫市資本輸入信心，有利于無錫各行各業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。

　　其次，基于無錫市物聯(lián)網(wǎng)平臺，在信息統(tǒng)一交換的前提下，以政府多個業(yè)務(wù)部門已經(jīng)建設(shè)的城市報警和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、城市智能交通管理、政府門戶、數(shù)字城市管理、城市應(yīng)急指揮系統(tǒng)為基礎(chǔ)，整合和匯集全市傳感器信息資源，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)部門、多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的報警聯(lián)動，有效避免業(yè)務(wù)體系的數(shù)據(jù)不統(tǒng)一和信息孤島效應(yīng)，同時也避免各個部門在解決同一問題時由于單線聯(lián)系和信息獨享造成的資金和精力的耗費(fèi)，將對無錫市產(chǎn)生增值效應(yīng)，產(chǎn)生巨大的附加值。通過實現(xiàn)資源共享，可以為更多的政府職能部門提供信息支撐，從而賦予系統(tǒng)新的功能和作用，從而有效提升解決城市安全保障的綜合能力。

　　從全國范圍看，在經(jīng)過近10年的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和聯(lián)網(wǎng)整合之后，視頻感知的基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)一步完善，現(xiàn)階段和將來建設(shè)的目標(biāo)則是在全面整合公安現(xiàn)有的視頻資源的基礎(chǔ)上，將整個音視頻資源融合擴(kuò)大，做到全社會資源的聯(lián)網(wǎng)大整合，并將其智能化為智慧城市管理所用。而智慧城市對音視頻應(yīng)用實現(xiàn)的目標(biāo)，則是充分發(fā)揮音視頻信息濃度高的特性，將關(guān)鍵的信息從視頻數(shù)據(jù)中高效和準(zhǔn)確的提取出來，并能夠描述成機(jī)器和人類均可識別的信息形式。實際上，也就是要求智慧城市的音視頻感知系統(tǒng)具備智能分析的能力，相當(dāng)于人的眼睛和大腦，充分發(fā)揮城市視覺感官的作用。這個目標(biāo)相當(dāng)宏大而艱巨，必須依賴更為先進(jìn)的技術(shù)手段和系統(tǒng)架構(gòu)來實現(xiàn)。從目前的情況看，得益于當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展和音視頻處理技術(shù)的進(jìn)步，我們可以依靠云計算、大數(shù)據(jù)以及視頻智能分析技術(shù)所提供的高新技術(shù)手段，逐步向這個目標(biāo)邁進(jìn)。

　　智慧城市要發(fā)揮城市視頻感官系統(tǒng)的作用，必須依靠基于視頻大數(shù)據(jù)的智慧分析和預(yù)測能力。為了準(zhǔn)確和高效的處理大量音視頻數(shù)據(jù)，一方面需要系統(tǒng)具備高性能，高準(zhǔn)確度的智能視頻分析算法，另一方面還需要能夠支撐這些分析算法大規(guī)模應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)，比如云計算系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。

　　視頻圖像系統(tǒng)云計算架構(gòu)技術(shù)

　　云計算是并行計算、分布式計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、等傳統(tǒng)計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。云計算通過網(wǎng)絡(luò)對各類計算物理和業(yè)務(wù)資源進(jìn)行大規(guī)模集中建設(shè)和共享管理,為用戶提供按需使用的一種新的服務(wù)模式。用戶直接通過網(wǎng)絡(luò)即可獲取各種彈性的IT和業(yè)務(wù)服務(wù)，包括計算服務(wù)，存儲服務(wù)，以及視頻應(yīng)用等其他應(yīng)用服務(wù)。

　　云計算能夠滿足用戶在信息化過程中的可持續(xù)發(fā)展需求,具有降低成本,提高IT資源利用率,容量擴(kuò)展方便，使用方式靈活等特點。其核心理念就是集中資源，有效管理和分配。通過不斷提高“云”的處理能力，減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān)，用戶可以按需以自助服務(wù)的方式享受“云”的強(qiáng)大計算處理能力。“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以隨時獲取，按需使用和擴(kuò)展。云計算以服務(wù)的形式提供給個人和企業(yè)用戶。

　　智慧視頻感知的平臺將基于云平臺架構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計，在云平臺基礎(chǔ)架構(gòu)之上構(gòu)建各類圖像視頻業(yè)務(wù)應(yīng)用。按照云計算平臺設(shè)計和部署的一般技術(shù)方案，對于平安城市視頻監(jiān)控云平臺來說，其構(gòu)建的整體部署架構(gòu)如下圖所示，見圖1。

　　視頻監(jiān)控云平臺架構(gòu)

　　從圖1可以看到，對應(yīng)于云計算的服務(wù)方式，視頻監(jiān)控云平臺也提供針對視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)三種層次的服務(wù)。

　　在IaaS層面：系統(tǒng)提供對物理設(shè)備和資源的管理，對物理設(shè)備的統(tǒng)一虛擬化機(jī)制以及相關(guān)虛擬資源的管理和維護(hù)，比如虛擬機(jī)管理服務(wù)、統(tǒng)一云存儲管理服務(wù)、云資源監(jiān)控等視頻基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

　　在PaaS層面：該層面是一個提供視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)最基本服務(wù)和能力支撐的平臺，包括流媒體服務(wù)、視頻存儲服務(wù)、視頻網(wǎng)關(guān)接入服務(wù)、視頻摘要服務(wù)、視頻智能分析服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)、運(yùn)維管理服務(wù)等視頻監(jiān)控支撐服務(wù)。

　　在SaaS層面：該層面面向最終的用戶，提供豐富的視頻監(jiān)控相關(guān)的業(yè)務(wù)使用環(huán)境，比如治安監(jiān)控巡邏、指揮調(diào)度、圖像偵查、智能交通、如城市應(yīng)急指揮，平安城市，智慧社區(qū)，智慧旅游等應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)。

　　視頻圖像系統(tǒng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

　　大數(shù)據(jù)和智慧城市是相關(guān)聯(lián)的，在民生、輔助政府決策等方面都需要在智能城市里快速、精密、高效地進(jìn)行抓取、挖掘以及快速應(yīng)對。實際上，目前在智慧城市中已經(jīng)有應(yīng)有很多大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。對于智慧的視頻感知來說，也離不開大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。當(dāng)前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量在不斷膨脹，高清視頻的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和整合的不斷推進(jìn)，存儲技術(shù)和容量的提升，導(dǎo)致數(shù)據(jù)體量巨大，大數(shù)據(jù)的特征凸顯。大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是滿足治安管理、城市管理、交通管理、應(yīng)急指揮等需求，往往還要兼顧災(zāi)難事故預(yù)警、安全生產(chǎn)監(jiān)控等方面對圖像監(jiān)控的需求，并考慮報警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動，這樣的視頻監(jiān)控系統(tǒng)注定將是一個大的數(shù)據(jù)集合體，對它的精準(zhǔn)分析和高效利用也就至關(guān)重要。

　　此外，在視頻圖像監(jiān)控應(yīng)用中，涉及的數(shù)據(jù)信息類型很多，以數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)類型來看，包括了各類非結(jié)構(gòu)化，結(jié)構(gòu)化以及半結(jié)構(gòu)化信息。

　　非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括視頻錄像和圖片記錄，如監(jiān)控視頻錄像，報警錄像，摘要錄像，車輛卡口圖片，人臉抓拍圖片，報警抓拍圖片等;

　　結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則包括報警記錄，系統(tǒng)日志記錄，運(yùn)維數(shù)據(jù)記錄，摘要分析結(jié)構(gòu)化描述記錄，以及各種相關(guān)的信息數(shù)據(jù)庫，如人口信息，地理數(shù)據(jù)信息，車駕管信息等;

　　半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則如人臉建模數(shù)據(jù)，指紋記錄等。

　　這些所有數(shù)據(jù)作為一個整體，從行業(yè)層面去看，則構(gòu)成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)或者說視頻圖像監(jiān)控領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智慧城市中，使用大數(shù)據(jù)的分析處理技術(shù)，可以提升城市音視頻信息的分析處理能力，提供更為準(zhǔn)確和高效的視覺感官應(yīng)用。

　　由于云存儲等大型數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的出現(xiàn)，可供分析的數(shù)據(jù)量更大，基于這些更多信息的分析結(jié)果和預(yù)測的信息也會更準(zhǔn)確。此外，隨著高清技術(shù)的應(yīng)用以及IT架構(gòu)、分析技術(shù)的快速發(fā)展，依靠大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能從大量非結(jié)構(gòu)化的視頻數(shù)據(jù)中提取出有價值的信息，提升了數(shù)據(jù)信息的發(fā)掘能力和利用能力，從而使“事前預(yù)警”成為現(xiàn)實。視頻監(jiān)控行業(yè)的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，特別是目前在實時智能分析和數(shù)據(jù)挖掘方面，已經(jīng)逐步讓視頻監(jiān)控從人工抽檢，進(jìn)步到高效事前預(yù)警、事后分析，更進(jìn)一步實現(xiàn)系統(tǒng)智能化的信息分析、預(yù)測。通過對視頻圖像信息準(zhǔn)確提取以及其他視頻監(jiān)控和信息系統(tǒng)的整合，對于一個信息點，可以關(guān)聯(lián)更多的相關(guān)信息并且綜合呈現(xiàn)，形成各種有效的技戰(zhàn)法應(yīng)用，提升視頻監(jiān)控信息的價值。

　　視頻智能分析技術(shù)

　　視頻智能分析技術(shù)對于智慧城市中的智慧視頻感知來說極其重要，是實現(xiàn)系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ)，提供了系統(tǒng)識別圖像數(shù)據(jù)信息的能力，完成了光電數(shù)據(jù)信號到信息的轉(zhuǎn)換。

　　這種技術(shù)使用計算機(jī)圖像視覺分析技術(shù)，通過將場景中背景和目標(biāo)分離進(jìn)而分析并追蹤在攝像機(jī)場景內(nèi)出現(xiàn)的關(guān)注目標(biāo)，同時通過計算機(jī)建模識別等技術(shù)，識別目標(biāo)的種類、顏色、特征、速度、大小以及其他相關(guān)的細(xì)節(jié)，實現(xiàn)對圖像視頻中所含信息數(shù)據(jù)的提取，支持豐富的智能視頻分析應(yīng)用以及大數(shù)據(jù)的綜合分析應(yīng)用。

　　智慧視頻感知系統(tǒng)一方面可以提取視頻圖像中的重要信息，進(jìn)行存儲和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ);另一方面，也可以根據(jù)這些檢測出來的信息，實現(xiàn)智能化的自動監(jiān)測報警功能。通過在不同攝像機(jī)的場景中預(yù)設(shè)不同的報警規(guī)則，一旦檢測出目標(biāo)在場景中出現(xiàn)了違反預(yù)定義規(guī)則的行為，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警，監(jiān)控工作站自動彈出報警信息并發(fā)出警示音，用戶可以通過點擊報警信息，實現(xiàn)報警的場景重組并采取相關(guān)措施。對于智慧城市來說，這種應(yīng)用讓視覺感官的效用得到了最為直接的體現(xiàn)。

　　實際上，隨著視頻分析算法的不斷改進(jìn)，算法的準(zhǔn)確度也不斷提升，應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大，市場上對于此類應(yīng)用的需求不斷增長。這些應(yīng)用主要作用是協(xié)助政府或其他機(jī)構(gòu)的安全部門提高室外大地域公共環(huán)境的安全防護(hù)。此類應(yīng)用主要包括：高級視頻移動偵測、入侵探測、物體追蹤、遺留物體檢測、移走物體檢測、非法滯留等。此外，面向城市交通管理、環(huán)境管理、政務(wù)服務(wù)、零售服等行業(yè)，也有大量的應(yīng)用：人數(shù)統(tǒng)計、擁擠探測、防止尾隨、交通流量控制、車輛控制、車輛違法停靠探測與報警。

　　各類技術(shù)的關(guān)聯(lián)和整合

　　前面提到的云計算系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及智能分析技術(shù)作為智慧城市中與智慧視頻感知相關(guān)的核心技術(shù)體系，他們之間的關(guān)系是密切相關(guān)的，而不是孤立建設(shè)的，需要作為一個完整的系統(tǒng)去設(shè)計和構(gòu)建。

　　云計算架構(gòu)技術(shù)提供視頻感知系統(tǒng)的整體架構(gòu)，只有通過這個架構(gòu)，才能實現(xiàn)計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源的充分利用和靈活調(diào)度，才能實現(xiàn)高效的分布式計算以及高效的音視頻存儲;在這個架構(gòu)基礎(chǔ)之上，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)才能發(fā)揮最為高效的能力，分布式的計算和高效的存儲可以保證大數(shù)據(jù)分析過程速度更快，分析的數(shù)據(jù)量更多，分析的結(jié)果更為準(zhǔn)確。視頻的智能分析技術(shù)也可以通過云計算架構(gòu)獲得極大的助力，云計算支持高性能的分布式計算，可以保證智能視頻分析并發(fā)進(jìn)行的速度更快，可以針對云存儲的數(shù)據(jù)分布特性，將智能算法分布執(zhí)行，針對同樣長度時間的視頻片段，可以更快的輸出分析的結(jié)果，而云計算系統(tǒng)提供的高性能、高彈性的計算能力，也使得視頻智能分析過程有充足的資源進(jìn)行調(diào)用，提升了分析結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性。

　　視頻大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，城市的音視頻資源提供海量的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息要形成有效的信息資料，并進(jìn)而實現(xiàn)趨勢性的預(yù)測結(jié)果，需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的關(guān)聯(lián)碰撞和綜合分析。對于更新速度非?？斓暮Ａ康囊曨l數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織管理架構(gòu)分析過程已經(jīng)無法有效的應(yīng)對，必須通過大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)才能支持高效的數(shù)據(jù)分析過程，確保信息處理的及時性和完整性，并最終提供更為準(zhǔn)確的結(jié)果。沒有大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，大量的有價值的、隱含的信息將無法充分利用，智慧城市的智慧視頻感知能力也無從體現(xiàn)。

　　對于視頻智能分析技術(shù)，其一方面利用云計算平臺的計算能力提供視頻圖像的分析識別，提升系統(tǒng)對實時狀況的反應(yīng)能力;另一方面則通過分析視頻圖像，提取關(guān)鍵的，可供計算機(jī)或者人類所識別的信息數(shù)據(jù)，為智慧視頻應(yīng)用系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用積累原始的、可識別的信息基礎(chǔ)，以便大數(shù)據(jù)應(yīng)用可以對這些分析的結(jié)果信息進(jìn)行更高層次的碰撞、分析和利用。在視頻研判的階段，視頻智能分析功能與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相結(jié)合，可以保證用于分析和判斷的資料更為豐富，最后的研判結(jié)果也更為準(zhǔn)確。

　　結(jié)束語

　　平安城市智慧化是現(xiàn)階段發(fā)展主題，也是城市信息化發(fā)展的高級階段。智慧的視頻感知則是智慧城市建設(shè)中及其重要的一個部分，為智慧城市提供視覺感官的感知能力以及對視頻的識別，分析和處理能力，提供可靠和直觀的管理決策信息。在云計算、大數(shù)據(jù)、視頻智能分析領(lǐng)域，科達(dá)探索在行業(yè)前端，以充分利用視頻信息技術(shù)賦予物以智能，進(jìn)一步為智慧城市的

　　發(fā)展輸入科技的力量。在無錫現(xiàn)階段智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)上，科達(dá)將以一己之力，為無錫城市治理與環(huán)境建設(shè)提供科技支持。