基于智能視頻技術(shù)的監(jiān)控視頻質(zhì)量診斷

摘要：智能視頻(IV，Intelligent Video)源自計(jì)算機(jī)視覺(jué)(CV，Computer Vision)技術(shù)(計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是人工智能研究的分支之一)，它是在圖像及圖像描述之間建立關(guān)系，從而使計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)數(shù)字圖像處理和分析來(lái)理解視頻畫面中的內(nèi)容，達(dá)到自動(dòng)分析和抽取視頻源中關(guān)鍵信息的目的，也就是智能視頻分析技術(shù)(IVS)。

智能視頻(IV，Intelligent Video)源自計(jì)算機(jī)視覺(jué)(CV，Computer Vision)技術(shù)(計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是人工智能研究的分支之一)，它是在圖像及圖像描述之間建立關(guān)系，從而使計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)數(shù)字圖像處理和分析來(lái)理解視頻畫面中的內(nèi)容，達(dá)到自動(dòng)分析和抽取視頻源中關(guān)鍵信息的目的，也就是智能視頻分析技術(shù)(IVS)。

監(jiān)控系統(tǒng)中的故障問(wèn)題診斷

自20世紀(jì)90年代智能視頻分析技術(shù)誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，這項(xiàng)起源于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的技術(shù)伴隨著商業(yè)化的逐步應(yīng)用正日益受到人們的普遍重視。一些國(guó)內(nèi)外專業(yè)的視頻分析研究廠家都相繼推出了各種不同形態(tài)的產(chǎn)品，如智能視頻服務(wù)器、智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、智能分析硬盤錄像機(jī)、智能視頻分析軟件等。作為視頻監(jiān)控的高端應(yīng)用，像周界檢測(cè)、行為分析、視頻故障診斷等功能業(yè)已在各重點(diǎn)行業(yè)中成功應(yīng)用，并逐步顯現(xiàn)威力。拿平安城市監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其一方面主要體現(xiàn)在一些重要的路段、社區(qū)、公共場(chǎng)所等，以通過(guò)視頻監(jiān)控方式對(duì)出現(xiàn)的可疑目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。另一方面則集中在監(jiān)控系統(tǒng)的后期運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，以通過(guò)視頻分析技術(shù)檢測(cè)前端攝像頭常見(jiàn)故障與視頻圖像質(zhì)量的低下，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的有效維護(hù)。

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)作為安防領(lǐng)域的革新產(chǎn)品，是視頻分析技術(shù)在平安城市監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面的典型應(yīng)用，也是應(yīng)用性相對(duì)普遍的一種產(chǎn)品。它主要應(yīng)用在大型監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，通過(guò)控制監(jiān)控中心矩陣主機(jī)的視頻切換輸出或連接數(shù)字視頻流媒體管理服務(wù)器來(lái)獲取前端所有攝像機(jī)的視頻信號(hào)，對(duì)視頻圖像出現(xiàn)的雪花、滾屏、模糊、偏色、畫面凍結(jié)、增益失衡和云臺(tái)失控等常見(jiàn)攝像頭故障以及惡意遮擋和破壞監(jiān)控設(shè)備的不法行為做出準(zhǔn)確判斷并發(fā)出報(bào)警信息;在視頻監(jiān)控設(shè)備日益增多的今天，其在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，必然更加有利于幫助用戶快速掌控前端設(shè)備運(yùn)行情況，輕松維護(hù)大型的安防系統(tǒng)。

視頻質(zhì)量診斷核心技術(shù)

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)采用了視頻圖像分析的方法來(lái)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的各種視頻常見(jiàn)故障。從現(xiàn)在普遍出現(xiàn)的攝像頭故障類型來(lái)看，影響視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻質(zhì)量的因素有很多，主要概括來(lái)說(shuō)有以下幾點(diǎn)：

·攝像機(jī)的設(shè)置不當(dāng)或器件老化失效，包含攝像機(jī)的分辨率、攝像機(jī)對(duì)光照的靈敏度、鏡頭聚焦調(diào)整、色彩校正等;

·大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中視頻信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)距離電纜傳輸、多級(jí)矩陣切換以及多級(jí)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，電源、控制器等多種干擾信號(hào)可能對(duì)視頻信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，線路老化、接頭松動(dòng)等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的變化可能帶來(lái)視頻噪聲;

·大量使用PTZ球機(jī)，長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)變焦有可能讓部分球機(jī)發(fā)生方向錯(cuò)誤、不可控等故障。

針對(duì)以上提到的種種視頻故障，可將故障類型分成視頻信號(hào)缺失、視頻清晰度異常、視頻亮度異常、視頻噪聲、視頻雪花、視頻偏色、畫面凍結(jié)、PTZ運(yùn)動(dòng)失控8種。這其中，視頻信號(hào)缺失、畫面凍結(jié)兩種故障可通過(guò)人工設(shè)計(jì)基于視頻圖像比對(duì)的方法得出結(jié)論;PTZ運(yùn)動(dòng)失控則是由故障檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，然后通過(guò)對(duì)視頻圖像的運(yùn)動(dòng)分析來(lái)檢測(cè)是否有故障;而對(duì)于其他的5種故障，很難通過(guò)人工設(shè)定規(guī)則的方法來(lái)檢測(cè)，這就需要通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，讓機(jī)器來(lái)模擬人的視覺(jué)反應(yīng)，檢測(cè)視頻是否存在故障。

針對(duì)這5種不同類型視頻故障，設(shè)計(jì)5個(gè)不同的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的檢測(cè)器，每個(gè)檢測(cè)器負(fù)責(zé)分析一段視頻是否存在某一種故障，以及這種故障的嚴(yán)重性。

而在實(shí)際運(yùn)行的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中提取大量的視頻片斷，包括正常視頻以及存在各種故障的視頻，形成訓(xùn)練樣本，并模擬人類視覺(jué)特性，針對(duì)不同故障類型提取了大量視頻圖像特征參數(shù)，用以訓(xùn)練得到診斷不同故障的檢測(cè)器。在分析階段，獲取需要分析的一段固定長(zhǎng)度的視頻，根據(jù)用戶設(shè)定的該路視頻的檢測(cè)項(xiàng)目，使用不同的故障檢測(cè)器，提取相應(yīng)的視頻圖像特征，然后輸入到已訓(xùn)練好的故障檢測(cè)模型中，即可獲取對(duì)該段視頻的故障評(píng)價(jià)結(jié)果。

基于優(yōu)秀的底層算法，視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)具備以下技術(shù)特點(diǎn)：

·高準(zhǔn)確度：采用大量的實(shí)際視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻作為訓(xùn)練樣本，各種故障檢測(cè)器均來(lái)源于實(shí)際系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)大量實(shí)際系統(tǒng)的測(cè)試，因此檢測(cè)準(zhǔn)確率高;

·良好的攝像機(jī)角度適應(yīng)性：故障檢測(cè)器的訓(xùn)練樣本來(lái)自多種不同場(chǎng)景，涵蓋了治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)中眾多常見(jiàn)的攝像頭監(jiān)視角度，因此對(duì)各種攝像頭角度、焦距以及不同的攝像內(nèi)容都有良好的適應(yīng)性;

·獨(dú)特的抵抗球機(jī)運(yùn)動(dòng)的能力：在每一中類型的故障檢測(cè)器的設(shè)計(jì)和訓(xùn)練過(guò)程中，都考慮到了攝像頭云臺(tái)運(yùn)動(dòng)以及鏡頭推近拉遠(yuǎn)有可能帶來(lái)的視頻圖像特征的變化，在檢測(cè)過(guò)程中都首先進(jìn)行攝像頭運(yùn)動(dòng)分析，一旦發(fā)現(xiàn)攝像頭處于PTZ運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，則首先不再檢測(cè)PTZ運(yùn)動(dòng)是否異常，以防止檢測(cè)時(shí)發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令影響當(dāng)前的球機(jī)運(yùn)動(dòng);其次，僅使用對(duì)攝像頭運(yùn)動(dòng)不敏感的特征來(lái)進(jìn)行其他類型的故障分析，避免因運(yùn)動(dòng)原因造成誤報(bào)或漏報(bào);

·出色的環(huán)境適應(yīng)能力：算法模塊對(duì)于場(chǎng)景內(nèi)由于車流、人流、季節(jié)、氣候產(chǎn)生的光線、陰影變化不敏感，因此，可以適用于多種不同的室外環(huán)境;

·強(qiáng)化學(xué)習(xí)能力：現(xiàn)有的視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)與人類的故障識(shí)別能力仍有明顯的差距，因此應(yīng)用場(chǎng)景的差異對(duì)于視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的性能是有影響的。像人類的視覺(jué)系統(tǒng)一樣，視頻質(zhì)量診斷分析模塊也具備后天強(qiáng)化學(xué)習(xí)的能力，只要加入當(dāng)?shù)氐男聵颖局匦掠?xùn)練檢測(cè)器，算法的性能將進(jìn)一步提高。