智慧城市中的視頻圖像感知技術(shù)

　　無(wú)錫市是第一批國家智慧城市試點(diǎn)工作城市，通過(guò)高標準建設網(wǎng)絡(luò )基礎設施，統籌建設城市公共信息服務(wù)平臺和城市公共基礎數據庫，逐步完成了智慧城市技術(shù)在城市建設、房產(chǎn)、水務(wù)、燃氣與照明、管線(xiàn)、交通、家居與社區等方面的示范應用。近年來(lái)，在相關(guān)政策的扶持推動(dòng)下，無(wú)錫智慧城市建設在頂層設計、總體規劃和示范應用等方面取得突出進(jìn)展。特別是在智慧政務(wù)、智慧交通、智慧醫療等基礎領(lǐng)域，都取得了全國領(lǐng)先的成績(jì)，2013年蟬聯(lián)國內智慧城市發(fā)展評估第一名。今年7月30日，無(wú)錫從全球數百個(gè)候選城市中脫穎而出，成為唯一入選“IEEE智慧城市試點(diǎn)計劃”的中國城市，無(wú)錫市在全國智慧城市建設的翹楚地位可見(jiàn)一斑。本文則主要從智慧城市建設中有關(guān)智慧視頻感知系統的角度，一起探討無(wú)錫城市建設現狀。

　　智慧視頻感知

　　智慧城市離不開(kāi)成熟的基礎設施建設，無(wú)錫基礎設施的構建啟動(dòng)都比較早，比如基礎網(wǎng)絡(luò )設施、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統、城市信息數據系統等，其中，城市音視頻信息系統的構建和應用也是其中很重要的一項。從智慧城市的組成要素看，基于視頻監控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧視頻感知應用體系是智慧城市建設的重要組成部分，也是城市管理公共服務(wù)及應急指揮平臺的核心支撐平臺，更是整個(gè)智慧城市感知體系的關(guān)鍵部分和重要的信息來(lái)源。

　　智慧視頻感知應用體系的建設進(jìn)一步實(shí)現計算機智能化管理，使交通、安保、環(huán)保等布局更加趨于合理。系統將城市綜合管理工作做得有條不紊，有效增強對城市重點(diǎn)部位的控制能力，有利于及時(shí)發(fā)現各類(lèi)情況，為領(lǐng)導的指揮決策服務(wù)。

　　同時(shí)，系統的構建也使防范工作更安全，更周到，更方便。通過(guò)嚴密的音視頻感知監控網(wǎng)絡(luò )，跨越地域時(shí)空，實(shí)時(shí)跟蹤每一個(gè)監控現場(chǎng)，大幅提升迅速反應能力，更有效地打擊犯罪，提高無(wú)錫市的安保水平及綜合管理水平，增強外商對無(wú)錫市資本輸入信心，有利于無(wú)錫各行各業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展。

　　其次，基于無(wú)錫市物聯(lián)網(wǎng)平臺，在信息統一交換的前提下，以政府多個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)已經(jīng)建設的城市報警和視頻監控系統、城市智能交通管理、政府門(mén)戶(hù)、數字城市管理、城市應急指揮系統為基礎，整合和匯集全市傳感器信息資源，實(shí)現多業(yè)務(wù)部門(mén)、多業(yè)務(wù)系統的報警聯(lián)動(dòng)，有效避免業(yè)務(wù)體系的數據不統一和信息孤島效應，同時(shí)也避免各個(gè)部門(mén)在解決同一問(wèn)題時(shí)由于單線(xiàn)聯(lián)系和信息獨享造成的資金和精力的耗費，將對無(wú)錫市產(chǎn)生增值效應，產(chǎn)生巨大的附加值。通過(guò)實(shí)現資源共享，可以為更多的政府職能部門(mén)提供信息支撐，從而賦予系統新的功能和作用，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(guò)近10年的視頻監控系統建設和聯(lián)網(wǎng)整合之后，視頻感知的基礎建設進(jìn)一步完善，現階段和將來(lái)建設的目標則是在全面整合公安現有的視頻資源的基礎上，將整個(gè)音視頻資源融合擴大，做到全社會(huì )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用實(shí)現的目標，則是充分發(fā)揮音視頻信息濃度高的特性，將關(guān)鍵的信息從視頻數據中高效和準確的提取出來(lái)，并能夠描述成機器和人類(lèi)均可識別的信息形式。實(shí)際上，也就是要求智慧城市的音視頻感知系統具備智能分析的能力，相當于人的眼睛和大腦，充分發(fā)揮城市視覺(jué)感官的作用。這個(gè)目標相當宏大而艱巨，必須依賴(lài)更為先進(jìn)的技術(shù)手段和系統架構來(lái)實(shí)現。從目前的情況看，得益于當前信息技術(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、大數據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(gè)目標邁進(jìn)。

　　智慧城市要發(fā)揮城市視頻感官系統的作用，必須依靠基于視頻大數據的智慧分析和預測能力。為了準確和高效的處理大量音視頻數據，一方面需要系統具備高性能，高準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模應用的系統架構，比如云計算系統，大數據分析系統等。

　　視頻圖像系統云計算架構技術(shù)

　　云計算是并行計算、分布式計算、網(wǎng)絡(luò )存儲、虛擬化、等傳統計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。云計算通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對各類(lèi)計算物理和業(yè)務(wù)資源進(jìn)行大規模集中建設和共享管理,為用戶(hù)提供按需使用的一種新的服務(wù)模式。用戶(hù)直接通過(guò)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)，以及視頻應用等其他應用服務(wù)。

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

　　智慧視頻感知的平臺將基于云平臺架構方案進(jìn)行設計，在云平臺基礎架構之上構建各類(lèi)圖像視頻業(yè)務(wù)應用。

　　對應于云計算的服務(wù)方式，視頻監控云平臺也提供針對視頻監控業(yè)務(wù)三種層次的服務(wù)。

　　在IaaS層面：系統提供對物理設備和資源的管理，對物理設備的統一虛擬化機制以及相關(guān)虛擬資源的管理和維護，比如虛擬機管理服務(wù)、統一云存儲管理服務(wù)、云資源監控等視頻基礎設施服務(wù)。

　　在PaaS層面：該層面是一個(gè)提供視頻監控業(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)、大數據分析服務(wù)、運維管理服務(wù)等視頻監控支撐服務(wù)。

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

　　視頻圖像系統大數據處理技術(shù)

　　大數據和智慧城市是相關(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、挖掘以及快速應對。實(shí)際上，目前在智慧城市中已經(jīng)有應有很多大數據的應用場(chǎng)景。對于智慧的視頻感知來(lái)說(shuō)，也離不開(kāi)大數據的應用。當前，視頻監控系統的數據量在不斷膨脹，高清視頻的出現，視頻監控系統聯(lián)網(wǎng)和整合的不斷推進(jìn)，存儲技術(shù)和容量的提升，導致數據體量巨大，大數據的特征凸顯。大型視頻監控系統的建設目標是滿(mǎn)足治安管理、城市管理、交通管理、應急指揮等需求，往往還要兼顧災難事故預警、安全生產(chǎn)監控等方面對圖像監控的需求，并考慮報警、門(mén)禁等配套系統的集成以及與廣播系統的聯(lián)動(dòng)，這樣的視頻監控系統注定將是一個(gè)大的數據集合體，對它的精準分析和高效利用也就至關(guān)重要。

　　此外，在視頻圖像監控應用中，涉及的數據信息類(lèi)型很多，以數據的結構類(lèi)型來(lái)看，包括了各類(lèi)非結構化，結構化以及半結構化信息。

　　非結構化數據主要包括視頻錄像和圖片記錄，如監控視頻錄像，報警錄像，摘要錄像，車(chē)輛卡口圖片，人臉抓拍圖片，報警抓拍圖片等;

　　結構化數據則包括報警記錄，系統日志記錄，運維數據記錄，摘要分析結構化描述記錄，以及各種相關(guān)的信息數據庫，如人口信息，地理數據信息，車(chē)駕管信息等;

　　半結構化數據則如人臉建模數據，指紋記錄等。

　　這些所有數據作為一個(gè)整體，從行業(yè)層面去看，則構成了視頻監控系統或者說(shuō)視頻圖像監控領(lǐng)域的大數據基礎。智慧城市中，使用大數據的分析處理技術(shù)，可以提升城市音視頻信息的分析處理能力，提供更為準確和高效的視覺(jué)感官應用。

　　由于云存儲等大型數據存儲系統的出現，可供分析的數據量更大，基于這些更多信息的分析結果和預測的信息也會(huì )更準確。此外，隨著(zhù)高清技術(shù)的應用以及IT架構、分析技術(shù)的快速發(fā)展，依靠大數據分析技術(shù)，能從大量非結構化的視頻數據中提取出有價(jià)值的信息，提升了數據信息的發(fā)掘能力和利用能力，從而使“事前預警”成為現實(shí)。視頻監控行業(yè)的大數據處理技術(shù)，特別是目前在實(shí)時(shí)智能分析和數據挖掘方面，已經(jīng)逐步讓視頻監控從人工抽檢，進(jìn)步到高效事前預警、事后分析，更進(jìn)一步實(shí)現系統智能化的信息分析、預測。通過(guò)對視頻圖像信息準確提取以及其他視頻監控和信息系統的整合，對于一個(gè)信息點(diǎn)，可以關(guān)聯(lián)更多的相關(guān)信息并且綜合呈現，形成各種有效的技戰法應用，提升視頻監控信息的價(jià)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(lái)說(shuō)極其重要，是實(shí)現系統智能化的基礎，提供了系統識別圖像數據信息的能力，完成了光電數據信號到信息的轉換。

　　這種技術(shù)使用計算機圖像視覺(jué)分析技術(shù)，通過(guò)將場(chǎng)景中背景和目標分離進(jìn)而分析并追蹤在攝像機場(chǎng)景內出現的關(guān)注目標，同時(shí)通過(guò)計算機建模識別等技術(shù)，識別目標的種類(lèi)、顏色、特征、速度、大小以及其他相關(guān)的細節，實(shí)現對圖像視頻中所含信息數據的提取，支持豐富的智能視頻分析應用以及大數據的綜合分析應用。

　　智慧視頻感知系統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)，為大數據應用提供數據基礎;另一方面，也可以根據這些檢測出來(lái)的信息，實(shí)現智能化的自動(dòng)監測報警功能。通過(guò)在不同攝像機的場(chǎng)景中預設不同的報警規則，一旦檢測出目標在場(chǎng)景中出現了違反預定義規則的行為，系統會(huì )自動(dòng)發(fā)出報警，監控工作站自動(dòng)彈出報警信息并發(fā)出警示音，用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊報警信息，實(shí)現報警的場(chǎng)景重組并采取相關(guān)措施。對于智慧城市來(lái)說(shuō)，這種應用讓視覺(jué)感官的效用得到了最為直接的體現。

　　實(shí)際上，隨著(zhù)視頻分析算法的不斷改進(jìn)，算法的準確度也不斷提升，應用范圍也逐步擴大，市場(chǎng)上對于此類(lèi)應用的需求不斷增長(cháng)。這些應用主要作用是協(xié)助政府或其他機構的安全部門(mén)提高室外大地域公共環(huán)境的安全防護。此類(lèi)應用主要包括：高級視頻移動(dòng)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)，也有大量的應用：人數統計、擁擠探測、防止尾隨、交通流量控制、車(chē)輛控制、車(chē)輛違法?？刻綔y與報警。

　　各類(lèi)技術(shù)的關(guān)聯(lián)和整合

　　前面提到的云計算系統架構技術(shù)，大數據分析技術(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，而不是孤立建設的，需要作為一個(gè)完整的系統去設計和構建。

　　云計算架構技術(shù)提供視頻感知系統的整體架構，只有通過(guò)這個(gè)架構，才能實(shí)現計算、網(wǎng)絡(luò )和存儲資源的充分利用和靈活調度，才能實(shí)現高效的分布式計算以及高效的音視頻存儲;在這個(gè)架構基礎之上，大數據分析技術(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據分析過(guò)程速度更快，分析的數據量更多，分析的結果更為準確。視頻的智能分析技術(shù)也可以通過(guò)云計算架構獲得極大的助力，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據分布特性，將智能算法分布執行，針對同樣長(cháng)度時(shí)間的視頻片段，可以更快的輸出分析的結果，而云計算系統提供的高性能、高彈性的計算能力，也使得視頻智能分析過(guò)程有充足的資源進(jìn)行調用，提升了分析結果的完整性和準確性。

　　視頻大數據分析技術(shù)是業(yè)務(wù)應用的數據分析基礎，城市的音視頻資源提供海量的數據信息，這些數據信息要形成有效的信息資料，并進(jìn)而實(shí)現趨勢性的預測結果，需要對這些數據進(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數據，傳統的數據組織管理架構分析過(guò)程已經(jīng)無(wú)法有效的應對，必須通過(guò)大數據的分析技術(shù)才能支持高效的數據分析過(guò)程，確保信息處理的及時(shí)性和完整性，并最終提供更為準確的結果。沒(méi)有大數據分析技術(shù)，大量的有價(jià)值的、隱含的信息將無(wú)法充分利用，智慧城市的智慧視頻感知能力也無(wú)從體現。

　　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，提升系統對實(shí)時(shí)狀況的反應能力;另一方面則通過(guò)分析視頻圖像，提取關(guān)鍵的，可供計算機或者人類(lèi)所識別的信息數據，為智慧視頻應用系統的大數據應用積累原始的、可識別的信息基礎，以便大數據應用可以對這些分析的結果信息進(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據分析技術(shù)相結合，可以保證用于分析和判斷的資料更為豐富，最后的研判結果也更為準確。

　　結束語(yǔ)

　　平安城市智慧化是現階段發(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中及其重要的一個(gè)部分，為智慧城市提供視覺(jué)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(guān)的管理決策信息。在云計算、大數據、視頻智能分析領(lǐng)域，科達探索在行業(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(wú)錫現階段智慧城市建設的基礎上，科達將以一己之力，為無(wú)錫城市治理與環(huán)境建設提供科技支持。