監(jiān)控錄像格式自動化解碼技術(shù)研究

廣東省公安廳科技信息化處科技管理科

（廣東省公安廳，廣東 廣州510050）

監(jiān)控錄像格式自動化解碼技術(shù)研究

廣東省公安廳科技信息化處科技管理科

（廣東省公安廳，廣東 廣州510050）

1　項(xiàng)目來源

“監(jiān)控錄像格式自動化解碼技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號：2013GABJC012）項(xiàng)目是2013年度公安部科技強(qiáng)警基礎(chǔ)專項(xiàng)立項(xiàng)項(xiàng)目，由視頻圖像智能分析與應(yīng)用技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)，2015年9月通過公安部科技信息化局組織的驗(yàn)收。

2　研究背景及意義

近10年，我國大力開展城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)被視為“第二現(xiàn)場”。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國已建成2000萬臺以上的監(jiān)控視頻攝像機(jī)，其中廣東省已建成包含一、二類視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)約177萬個，已成為平安中國建設(shè)的重要技術(shù)保障，也是公安系統(tǒng)在視頻偵查應(yīng)用中提取犯罪線索的重要手段。

目前監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)呈現(xiàn)采集點(diǎn)分布廣、容量大、調(diào)閱難的特點(diǎn)，視頻調(diào)閱工作投入人力多，耗時(shí)長，涉案視頻量的增加將導(dǎo)致大量警力投入；另外存在視頻格式多樣化、繁雜不統(tǒng)一的現(xiàn)象，由于硬件設(shè)備廠商各自遵循不同的編碼標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致大多數(shù)的視頻文件兼容性差，無法格式解碼和播放，使得查找辦案視頻線索出現(xiàn)巨大困難，完成視頻數(shù)據(jù)采集后的視頻文件缺少解碼功能強(qiáng)大的播放工具。長期以來，各實(shí)戰(zhàn)單位缺少先進(jìn)的視頻調(diào)閱工具，辦案時(shí)面臨視頻資源多、采集慢、調(diào)閱難等現(xiàn)狀。

能夠首先準(zhǔn)確識別監(jiān)控視頻文件的文件格式及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是獲得線索的前提，視頻文件格式主要分為封裝格式、視頻編碼格式和音頻編碼格式等，常見的封裝格式有MKV、MP4、RMVB、AVI、WMV等等。視頻編碼主要有MPEG系列（具體有MPEG-1、MPEG-2、AVC、DivX、Xvid等）；Real Video系列；SVAC系列；AVI、WMV9等。此外考慮到進(jìn)行視頻文件格式解碼后的分辨率、碼率、幀數(shù)、二次編碼與畫面質(zhì)量及文件大小的關(guān)系，還需提供各種視頻文件格式解碼后良好的兼容性。設(shè)計(jì)壓縮視頻或者音頻流自動化解碼的算法，并將視頻格式解碼，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)錄像文件壓縮、摘要分析、目標(biāo)篩選、識別和追蹤、案件串并和案件匯總等視頻智能分析功能。由于我國不斷涌現(xiàn)大量新型視頻監(jiān)控產(chǎn)品，且各廠家采用各自的封裝標(biāo)準(zhǔn)和視頻文件格式，甚至在視頻文件中加入了密文，導(dǎo)致使用常規(guī)手段無法解碼和格式轉(zhuǎn)換。而傳統(tǒng)的視頻編解碼技術(shù)只針對民用級別的視頻文件進(jìn)行解碼和轉(zhuǎn)換，如電影、Flash等。

公安機(jī)關(guān)在偵查辦案過程中采集到各種監(jiān)控視頻后，面對不同種類的監(jiān)控視頻格式，在視頻分析過程中總是遇到視頻文件兼容性差，解碼器無法自動判斷和識別視頻格式，導(dǎo)致視頻文件無法播放、無法處理等難題。該項(xiàng)目針對監(jiān)控視頻的特殊性，利用自動化解碼、視頻幀解析、圖像質(zhì)量分析等技術(shù)，通過一種優(yōu)化評測方法，對各類監(jiān)控視頻格式進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)換，并為統(tǒng)一化的視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲和編碼提供基礎(chǔ)的技術(shù)保障。

3　項(xiàng)目主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

針對國內(nèi)各類視頻監(jiān)控資源的監(jiān)控錄像格式繁多，難以調(diào)閱和分析處理等問題，該項(xiàng)目研發(fā)了自動判斷監(jiān)控錄像格式解碼方法的視頻解碼探測技術(shù)，建立一套針對國內(nèi)主流和大部分非主流監(jiān)控錄像文件的解碼技術(shù)系統(tǒng)，并可封裝為功能模塊與主流監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)對接，自動對各類監(jiān)控錄像文件格式進(jìn)行檢測和解碼轉(zhuǎn)換，生成可用通用媒體播放器調(diào)閱的視頻文件。

3.1海量監(jiān)控錄像格式的自動化視頻解碼技術(shù)

由于當(dāng)前公共視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)不規(guī)范，采集難度大、視頻格式多樣化，可使用自動化視頻解碼技術(shù)，解碼器自動逐一比對計(jì)算方式，通過解碼結(jié)果比對算法，確定最匹配解碼方式，并將其納入解碼庫。對于未知視頻文件格式，解碼模塊自動分析計(jì)算出幀序列組成方式，進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換及幀重建來實(shí)施解碼。視頻自動化視頻解碼技術(shù)解決了被動解碼、等待解碼、采集的視頻無法播放、解碼和二次分析等難題。

3.2監(jiān)控錄像的編碼方式自動識別算法

監(jiān)控錄像的編碼方式非常繁雜，通過標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)獲取視頻文件編碼方式主要有H·264、XviD、DivX、PCM、MPEG-2、MPEG-4、MP4等格式，使用通用解碼庫進(jìn)行解碼。在視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域中，如采用將標(biāo)準(zhǔn)視頻格式進(jìn)行加密的方式進(jìn)行編碼，可在視頻幀的頭部加上一些密文，通過對幀數(shù)據(jù)的識別可讀取出視頻文件信息中那些不容易被識別出的信息，如幀頭后的串碼。再將偽裝的幀頭數(shù)據(jù)去除，得到一組標(biāo)識信息，將這個視頻文件通過自定義解碼庫進(jìn)行解碼。算法流程圖如下：

通過上述算法流程，實(shí)現(xiàn)對系列未知編碼方式的視頻文件進(jìn)行嘗試解碼，從而確定最優(yōu)的解碼方式，提高可利用率。

4　應(yīng)用成效及前景

本項(xiàng)目所研發(fā)的多格式視頻圖像解碼播放器系統(tǒng)完成了包括監(jiān)控視頻通用解碼測試視頻庫的建立，以及監(jiān)控錄像格式自動化解碼技術(shù)的功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?；趯θ珖秶鷶?shù)百種不同格式數(shù)千段視頻的分析結(jié)果，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有不同編碼格式的監(jiān)控視頻解碼測試庫。該庫具有兼容支持播放85種原始視頻格式的文件名后綴和600多種不同編碼格式的監(jiān)控視頻文件，可作為監(jiān)控錄像行業(yè)內(nèi)監(jiān)控視頻編碼格式的查詢目錄，并對視頻解碼器的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。完成對監(jiān)控視頻自動解碼技術(shù)的研究，完全支持國內(nèi)外大部分的監(jiān)控錄像格式解碼。該項(xiàng)目已廣泛應(yīng)用于廣東全省各級公安機(jī)關(guān)、新疆、重慶、安徽等22個省、市地區(qū)，推廣試用達(dá)到200多套，直接參與案事件偵破多達(dá)300余宗，獲得各地公安機(jī)關(guān)用戶的一致好評，節(jié)省了大量的公共資源和警力投入。