本文分析了城市安防業(yè)務和技術的發(fā)展歷程和趨勢，從中提煉和挖掘出需要解決的重大技術問題，通過相關核心技術的突破和創(chuàng)新，最終能夠推進城市安防的不斷發(fā)展，并對未來的城市安防業(yè)務和技術的發(fā)展方向做出展望。

　　城市安防現狀及面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著世界多極化、經濟全球化和社會信息化等趨勢的深入發(fā)展，國際防恐形勢面臨新的挑戰(zhàn)，國內人口大規(guī)模流動，社會保障體系尚未完全建立，嚴重影響了社會穩(wěn)定與和諧。據2010年2月中國社科院發(fā)布的《法治藍皮書》統(tǒng)計，2009年我國刑事案件數達到530萬件，增幅在10%以上，治安案件數達到990萬件，增幅達15%左右。國務委員馬凱指出：中國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，各種利益關系錯綜復雜，各種傳統(tǒng)的和非傳統(tǒng)的、自然的和社會的風險、矛盾交織并存，維護社會穩(wěn)定的任務艱巨，國家安全形勢更加復雜嚴峻。

　　目前，隨著“平安城市”的大力開展，安防產品、技術、業(yè)務的要求不斷提高，以及日新月異的安防市場環(huán)境和需求，使得我國安防行業(yè)在發(fā)展中面臨如下的四個問題和挑戰(zhàn)：

　　(一)城市安防建設仍處于規(guī)模化擴張階段

　　隨著“平安城市”建設的推廣，安防視頻監(jiān)控規(guī)模雖然不斷擴大，但是，安防系統(tǒng)的建設仍處于規(guī)?；瘮U張的低級階段，系統(tǒng)的工作模式較原始，主要是用于緊急報警和事后取證，無法為第一線的干警提供高效、可靠、安全的音視頻信息情報共享服務，對一線干警主要業(yè)務的支撐明顯不足，同時，對以警務信息化為基礎，以機動、協(xié)同、分析與預警、精確打擊為標志的現代警務革命的需求響應不夠，綜合防控效果非常有限。

　　(二)城市安防設備和系統(tǒng)受環(huán)境因素制約

　　由于現有的安防設備和系統(tǒng)受環(huán)境因素制約太多，環(huán)境適應能力差，使得在實際視頻監(jiān)控環(huán)境中整個安防系統(tǒng)的使用效果非常限。

　　(三)城市安防視頻監(jiān)控報警數據的綜合分析效率低、深度應用能力不足

　　由于視頻監(jiān)控報警數據因海量數據存儲成本和數據全生命周期管理技術缺乏被丟棄，安防數字信息資源沒有有效利用，所以無法開展歷史和異地串并案分析，難以發(fā)掘嫌疑目標追蹤所需的深層線索，使得安防系統(tǒng)對視頻監(jiān)控數據的綜合分析效率低下，深度應用能力不足。

　　(四)城市安防統(tǒng)效能評估理論和方法欠缺

　　國內在安全防范系統(tǒng)的效能評估領域的理論基礎目前比較欠缺，安防設施效能評估停留在主觀經驗階段，缺乏對安全防范系統(tǒng)的效能進行科學、客觀地定量評估理論和模型，致使其防范作用難以有效發(fā)揮。

　　針對上述提到的目前我國安防行業(yè)面臨的問題和挑戰(zhàn)，迫切的需要深入分析城市安防業(yè)務和技術的發(fā)展趨勢，從中提煉和挖掘出需要解決的重大技術問題，通過相關核心技術的突破和創(chuàng)新，最終能夠推進城市安防行業(yè)的不斷發(fā)展。

　　城市安防業(yè)務和技術發(fā)展趨勢

　　城市安防業(yè)務和技術包括：多媒體信息技術、安防數字內容管理技術、安防系統(tǒng)效能評估技術。這四項安防業(yè)務和技術的發(fā)展趨勢如下所述[4][5]

　　(一)多媒體信息技術的發(fā)展歷程和趨勢

　　視頻壓縮編碼標準的發(fā)展趨勢如下圖1所示。目前，在實際環(huán)境中，有限資源加大了業(yè)務拓展對高效媒體壓縮技術的依賴。但是，主要通過增加運算復雜度來提高壓縮效率的傳統(tǒng)技術近年來發(fā)展已經陷入瓶頸，技術提升越來越困難。 ITU、MPEG和AVS已經啟動下一代編碼標準的制定，支持寬帶移動業(yè)務是其重要目標之一，但未來應采取的技術方向和路線仍然眾說紛紜。圖2展現了多媒體核心技術的發(fā)展歷程和趨勢。

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　　視頻壓縮編碼標準的發(fā)展趨勢

　　多媒體核心技術的發(fā)展歷程和趨勢

　　(二)安防數字內容管理技術發(fā)展歷程和趨勢

　　如下圖3所示，安防數字內容管理技術的發(fā)展從1980年左右開始經歷了三個階段：第一個階段是文檔的傳統(tǒng)管理階段，過去由于技術相對比較落后，數字內容主要采取人工記錄和紙質存檔。隨著計算機技術和數據庫技術的發(fā)展，安防數字內容管理經歷了第二個階段，即技術管理階段。該階段數字內容主要采取數據庫備份和電子存檔方式。到了21世紀，安防數字內容管理經歷了第三個階段，即信息資源管理階段，該階段數字內容主要是對非結構的一些數據進行存儲訪問，很多部門紛紛建起了自己的專業(yè)海量數據中心。數字內容管理經過上述三個階段的發(fā)展，未來會朝著海量化、異構化、非結構化、和網絡化的趨勢發(fā)展，從過去對數據的單點管理到對數據全生命周期的管理。即對數據的產生、記錄、傳播、收集、處理、存儲、檢索、傳遞、分析、選擇、評價、利用、銷毀等過程進行統(tǒng)一的管理。

　　安防數字內容管理技術的發(fā)展過程和趨勢

　　(三)安防系統(tǒng)客觀評價技術發(fā)展歷程和趨勢

　　如下圖4所示，從二十世紀七十年代開始，安防系統(tǒng)客觀評價技術的發(fā)展共經歷了五個階段，安防系統(tǒng)的效能評估仍然以管理科學的定性與半定量模型為主。1973年，美國能源部下屬的桑迪亞國家實驗室提出了最早的安防系統(tǒng)效能評估定性模型-敵手序列圖模型，該模型是通過對假設的敵手為了達到目的所需要經過的各個障礙進行分析，找出安全防范系統(tǒng)的不足;1984年，Doyon提出了綜合路徑分析模型，該模型能夠對敵手攻擊的多條路徑進行分析和選擇，同時開發(fā)了SAVI的評估軟件，該軟件是專門用來評價對于外部敵手實物保護系統(tǒng)有效性的軟件。2006年，美國橡樹嶺國家實驗室建立了組合立體幾何模型，該模型是一種強大的設施描述模型，通過一套專用軟件的計算，可以對系統(tǒng)做最細致的分析和評估。

　　安防系統(tǒng)客觀評價技術發(fā)展歷程和趨勢

　　綜上所述，在城市安防業(yè)務和技術發(fā)展的過程中，需要解決的五個重大技術問題如5

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　　需要解決的重大技術問題

　　如上圖5所示，需要解決的五個重大技術問題分別為：1)系統(tǒng)架構耦合性高，缺乏靈活性;2)缺乏對一線民警業(yè)務的服務支撐技術和平臺;3)無法突破音視頻質量效率低下的瓶頸;4)安防數字資源管理面臨三大鴻溝和一個技術瓶頸，即底層的認知鴻溝，即數據缺乏對其代表的客觀對象的認知表達，表現為數據本體與對象描述之間存在巨大差距;中層的數據鴻溝，即同一對象存在多種格式表達，不同數據中心非結構化數據 (包括所有格式的辦公文檔、各類報表、文本、XML、HTML、圖形圖像和音視頻信息等等)數據異構現象十分突出;高層的服務鴻溝，即行業(yè)業(yè)務模式和系統(tǒng)支撐模式的服務鴻溝，表現為用戶多元化需求與簡單服務模式間的巨大差距。一個技術瓶頸是海量數據分發(fā)的瓶頸;5)缺乏安防系統(tǒng)客觀評價體系，使得效能無法科學、客觀的度量。

　　針對上述四項核心業(yè)務和技術發(fā)展所需要解決的重大技術問題，未來城市安防業(yè)務和技術的發(fā)展方向如下圖6所示：

　　城市安防業(yè)務和技術未來的發(fā)展方向

　　如上圖6所示，未來城市安防業(yè)務和技術會朝著以下四個方向發(fā)展：

　　1.安防業(yè)務能適應新一代警務革命的需要

　　為了能夠使目前的安防業(yè)務能夠適應新一代警務革命的需要，構建的城市安防業(yè)務體系需要響應如下的五大轉變：從數據到情報的轉變;從單點智能分析到城市級大尺度綜合研判的轉變;從向上匯聚管理到向下服務支撐的轉變;從簡單業(yè)務模式到柔性可從組業(yè)務模式支撐的轉變;從事后的現場取證向事前的預測預警、事發(fā)的快速反應的轉變;通過上述五大轉變，全面支撐機動、協(xié)同、分析與預警、精確打擊的新一代警務模式。

　　2.安防核心技術瓶頸被突破和創(chuàng)新

　　隨著對安防核心技術的不斷研究和創(chuàng)新，未來的安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要能夠適應網絡條件的不同、器件檔次的高低、環(huán)境的復雜多變、業(yè)務的靈活多樣的需求，使整個安防系統(tǒng)的使用效果大大提升。

　　3.構建城市安防數字資源中心

　　數據資源中心應用到城市安防領域在我國目前還是一片空白，未來，通過構建城市安防數字資源中心，將實現情報資源全生命周期的管理，大大改善辦案人員的工作效率。

　　4.發(fā)展安防效能客觀評測技術

　　通過發(fā)展安防效能客觀評測技術，改變了傳統(tǒng)的人工定性評估的模式，使得對安防系統(tǒng)的效能評估更加客觀和科學，便于及時發(fā)現風險隱患，實現資源的動態(tài)調度。

　　城市安防業(yè)務的體系架構和關鍵技術

　　針對在上文中所提到的城市安防業(yè)務和技術發(fā)展的過程中需要解決的重大技術問題，需要對城市安防業(yè)務的體系架構和關鍵技術進行深入分析，迫切的需要對多媒體安防信息技術、安防數字內容管理技術、安防系統(tǒng)客觀評測技術、警務革命新技術、進行研究。下面分別來闡述目前對上述技術研究的一些最新成果。[nextpage]

　　(一)城市安防業(yè)務的體系架構

　　城市安防業(yè)務的開發(fā)體系架構如下圖7所示：

　　如圖7所示，城市安防業(yè)務的體系是一個五層的開放結構，從上到下依次為：業(yè)務應用層，業(yè)務引擎層，技術支撐層，異構網絡層，設備接入層。安防系統(tǒng)效能評估和安防設備監(jiān)管兩項業(yè)務貫穿整個體系架構之中。該體系架構能夠很好的響應新一代警務革命的應用需求，解決了城市安防行業(yè)所面臨的問題，體現了對安防業(yè)務和技術趨勢的把握，最終面向安防系統(tǒng)的特色業(yè)務與建設。

　　(二)多媒體安防信息技術

　　1.視頻關注度分析

　　視覺關注度模型是依據人類視覺系統(tǒng)理論模擬人眼觀察圖像的過程、得到圖像中最容易引起人們注意部分的方法。建立關注度模型可用于提取監(jiān)控視頻中的感興趣區(qū)域以進行增強編碼或者超分辨率處理，這對于重點目標、區(qū)域的增強、辨識具有重要意義。針對現有關注度模型不能在任意運動速度下，準確的標識運動目標的問題，通過對視頻幀的運動強度分析，提出了適應的運動關注度模型，在快速運動或慢速運動下均能準確標識運動物體，提升時域關注度的精確性。

　　2.可伸縮視頻編碼

　　可伸縮視頻編碼將碼流分為核心層和多個增強層，核心層提供最低重建質量，增強層則漸次改善重建質量，具有“編碼一次，任意解碼”的特點。這對于適應無線信道下帶寬波動，有效保障移動緊急指揮通信的視頻質量具有重要意義。我們在可伸縮編碼中引入視頻關注度模型，提出結合關注度和紋理掩蔽效應的感興趣區(qū)域可伸縮編碼算法，根據編碼區(qū)域關注度的高低和紋理掩蔽效應的強弱采用不同的交織量化步長，實現視頻內容差異化編碼，保障移動通信指揮的視頻質量。

　　3.音頻監(jiān)測分析

　　音頻檢測技術主要依賴于場景的特征，在無意識的狀態(tài)下對場景中顯著的或突出的部分進行關注，如對高能量聲音的關注，或者依賴于特定目標的方式切換場景中的感興趣部分，如對槍聲的關注，因此，能夠在監(jiān)控環(huán)境中偵測到具有較高關注度的音頻信息以進行精準化地增強處理。根據雙耳間聲壓差(ILD)可以表征音頻對象空間方位的原理，提出基于空間線索的關注度模型，利用ILD的短時變化程度(均方差)來度量多個音頻對象音源快速移動的程度。本技術可以在復雜多變的監(jiān)控環(huán)境中更準確地得到方位快速變化的音頻信號的關注度，從而更精確地偵測到急速行駛的車輛等方位變化快、關注度高的音頻信息，并在此基礎上對其進行特殊處理，這對于提高安防監(jiān)控音頻的精準化處理水平具有重要意義。[nextpage]

　　(三)安防數字內容管理技術

　　1.影像文本提取與識別技術

　　由于數據中心從獲取的圖像信息中識別、提取其中的文本、活動等信息。但傳統(tǒng)文字提取、識別算法，采用單一的文本檢測策略，對種類繁多的圖像背景不具備普適性，文字提取、識別率低。提出了基于背景復雜度分析的文本識別算法，將圖像復雜度作為依據，在多種文本檢測算法中進行優(yōu)化選擇，增強檢測算法的魯棒性，提升影像文本的識別率，這對于數據中心的智能數據導入具有重要的意義。該技術能夠填補底層的認知鴻溝。

　　2.基于語義模型的人臉超分辨率

　　針對傳統(tǒng)方法僅依賴像素值計算的問題，提出在超分辨率方法中增加語義相似性函數。該相似性函數的計算結合了人對圖像理解的語義信息，減少了對像素值的依賴程度，提高了對噪聲的魯棒性，從而提高了實際監(jiān)控人臉圖像的語義相似度。本方法可在低光照、強噪聲等實際監(jiān)控視頻環(huán)境下，盡量保持監(jiān)控圖像中的人臉語義特征信息，提高超分辨率圖像與低分辨率圖像的語義相似程度。

　　3.數字內容轉換與共享

　　在異構網絡環(huán)境下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻數據的格式錯綜復雜，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的交互常常由于視頻格式的不統(tǒng)一而無法進行。建立了基于條件熵的多媒體轉碼理論模型，將條件熵作為轉換過程中選擇重用特征量的代價函數，結合應用環(huán)境感知，實現高效智能格式轉換。最終提高了數字內容轉換的效率。該技術能夠填補中層的數據鴻溝。

　　4.個性化多模式知識服務技術

　　在知識資源組織架構中引入知識元及其關聯層次，根據主題圖中各個層次的內在關聯對分布的知識資源實體進行組織，形成個性化多模式知識服務技術，提出了基于擴展主題的知識資源組織模型。該技術能夠填補高層的服務鴻溝，實現多層次、多粒度的知識資源組織，從而推動了海量數據中心的知識服務發(fā)展。

　　5.安防數字內容管理的數據模型

　　按照數字內容的數據創(chuàng)建、保護、訪問、遷移、歸檔、銷毀等生命周期的階段，提出了7層的數字內容管理數據參考模型。將整個復雜的問題劃分為若干個容易處理的子問題，該模型具有很好的擴展性。具體的數字內容管理的數據模型如圖8所示：

　　如上圖8所示，安防數字內容管理數據模型從上到下分為：數據層、數據更新層、數據表征層、操作記錄層、安全層、管理層、分發(fā)層。其中，數據層主要是記錄原始數據，它是安防數字內容管理系統(tǒng)的核心;數據更新層是記錄原始數據更新過程中涉及的各階段歷史數據;數據表征層是用于解釋數據層和數據更新層中內容的數據;操作記錄層用于記錄數據的操作過程;安全層是記錄數據的安全和訪問控制信息。保證以上各層數據的真實性、完整性和訪問的合法性;管理層說明當前本數據實際使用哪些層次。管理層將規(guī)定需要哪些層次，不需要哪些層次，記錄每個層的定義信息;分發(fā)層說明在提供服務時所需的服務質量要求。數據最終需要分發(fā)給終端用戶，在分發(fā)時數據對服務質量有不同的要求，該層用于記錄這些要求。

　　(四)安防系統(tǒng)客觀評測技術

　　傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的評估技術利用管理科學的基本思想結合敵手序列圖模型對安全防范系統(tǒng)進行定性的分析和評估，缺乏對安全防范系統(tǒng)的效能進行科學、客觀地定量評估理論和模型，致使其防范作用難以有效發(fā)揮，嚴重制約了安全防范系統(tǒng)建設投入上的費用-效能比。我們從信息科學領域出發(fā)，結合管理科學中的一些基本概念，通過借鑒香農信息論中度量信息量的方法，提出風險熵的概念并用其表示和計算安防節(jié)點的防護效能。風險熵越大，表明安防系統(tǒng)的防護效能越大，風險熵越小，反之亦然。該技術可以對安全防范系統(tǒng)的建設投入提供科學客觀依據。及時發(fā)現和解決安全防范系統(tǒng)建設與應用過程中可能出現的問題，使安全防范系統(tǒng)的防護效能得以充分發(fā)揮。

　　總結與展望

　　綜上所述，在未來5到10年，多媒體安防核心技術的環(huán)境適應能力將大為提升，移動、夜間、特定對象、特定事件的監(jiān)控質量改善明顯，3D音視頻技術也將發(fā)揮重要作用;同時，城市安防數字資源中心將逐步成為安防基礎設施投入使用，依托資源中心完成數字內容全生命周期管理并在此基礎上構建安防情報聯網體系;隨著“平安城市：的不斷興起，安防系統(tǒng)客觀效能評估將用于系統(tǒng)規(guī)劃和驗收階段，城市安防風險客觀評測技術開始在部分城市使用并據此實現城市警力的智能調度;最終，安防系統(tǒng)將真正開始支持機動、協(xié)同、分析與預警、精確打擊的新一代警務模式。