孫 鵬周純冰張洪君沈 喆趙熙竹楊 揚

（1 中國刑警學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全執(zhí)法與公安技術(shù)信息化協(xié)同創(chuàng)新中心 遼寧 沈陽 110035；2 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所 遼寧 沈陽 110016）

面向視頻偵查應(yīng)用的監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測軟件設(shè)計

孫 鵬1周純冰1張洪君1沈 喆2趙熙竹1楊 揚1

（1 中國刑警學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全執(zhí)法與公安技術(shù)信息化協(xié)同創(chuàng)新中心 遼寧 沈陽 110035；2 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所 遼寧 沈陽 110016）

為解決視頻偵查工作中由于監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)量大所導(dǎo)致的案件相關(guān)信息獲取實時性差、誤判與漏判等問題，利用數(shù)據(jù)流圖深入分析了視頻偵查工作對關(guān)鍵幀檢測的需求，在關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流圖、頂層數(shù)據(jù)流圖與統(tǒng)計分析表的基礎(chǔ)之上，提出了能夠滿足現(xiàn)階段視頻偵查應(yīng)用的監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測軟件的總體設(shè)計和人機交互界面設(shè)計方案。

視頻偵查 監(jiān)控視頻 關(guān)鍵幀檢測軟件 需求分析 數(shù)據(jù)流圖

監(jiān)控視頻具有典型的時空數(shù)據(jù)特點，能夠利用時間、空間的二維屬性反映案件事實，從而實現(xiàn)打擊和防控刑事犯罪的目的。除了時間與空間的二維屬性，監(jiān)控視頻還具有典型的大數(shù)據(jù)特點，為了真實的還原案件過程，追蹤案件密切相關(guān)的犯罪嫌疑人的體貌特征、行為特征與行動軌跡，需要采集現(xiàn)場及周邊較長時間內(nèi)的監(jiān)控視頻，可以達到1T甚至幾T的數(shù)據(jù)量。目前的視頻偵查工作主要依靠偵查員瀏覽監(jiān)控視頻來發(fā)現(xiàn)案件相關(guān)的線索，巨大的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)會導(dǎo)致案件相關(guān)信息獲取實時性差、誤判與漏判等問題，同時，長時間高強度的視頻偵查工作還會嚴重影響偵查員的身體健康。

文獻[1]提出了一種適合于視頻偵查應(yīng)用的監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀的概念，并將圖像處理技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)與視頻檢索技術(shù)相結(jié)合，研究了一種基于背景差分法的監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測方法。文獻[2]對上述方法進行了改進，提高了關(guān)鍵幀檢測的效率。本文在上述方法的基礎(chǔ)之上，深入分析了視頻偵查工作的需求，提出了面向視頻偵查應(yīng)用的關(guān)鍵幀檢測軟件的總體設(shè)計方案和人機交互界面設(shè)計方案。

1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

如圖1所示為監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流圖。從關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流圖中可以清楚地看到監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)主要包括兩個外部實體，即視頻監(jiān)控區(qū)域和視頻偵查員，而數(shù)據(jù)流則包括了監(jiān)控視頻*. avi和經(jīng)過了監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)處理加工之后的監(jiān)控視頻圖像與關(guān)鍵幀圖像。

圖1 系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流圖

對如圖1所示為監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流圖做進一步細分，得到如圖2所示的監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)的頂層數(shù)據(jù)流圖。在頂層數(shù)據(jù)流圖中，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流圖中的外部實體、數(shù)據(jù)流、存儲單元和加工單元被分解為更小的單元，它們之間邏輯層次關(guān)系、數(shù)據(jù)流向得到了更加細致的描述。

圖2 系統(tǒng)的頂層數(shù)據(jù)流圖

如表1所示為根據(jù)圖2所做的系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖的統(tǒng)計分析表，可以清楚地看到關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)的頂層數(shù)據(jù)流圖中共包括兩個外部實體、四個數(shù)據(jù)流、兩個存儲單元和四個加工單元。

表1 頂層數(shù)據(jù)流圖統(tǒng)計分析表

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 基于多線程的系統(tǒng)軟件總體設(shè)計

通過對面向視頻偵查應(yīng)用的監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀檢測系統(tǒng)的需求分析可知，系統(tǒng)的關(guān)鍵幀檢測單元包括很多復(fù)雜的計算環(huán)節(jié)，需要占用較多的CPU的計算資源，而與此同時系統(tǒng)又需要連續(xù)不斷的采集視頻圖像并進行壓縮存儲以及顯示。因此，為了在滿足圖像采集、壓縮、傳輸、顯示與存儲的同時，能夠進行實時的關(guān)鍵幀檢測，這里采用了基于Win32的多線程程序設(shè)計方法，即在應(yīng)用程序進程當(dāng)中生成兩個線程：視頻處理線程和關(guān)鍵幀線程。兩個線程之間通過創(chuàng)建互斥事件的方式幫助操作系統(tǒng)實現(xiàn)線程之間的同步與調(diào)度。系統(tǒng)的多線程工作方式設(shè)計如圖3所示。圖3描述了基于Win32多線程技術(shù)與windows消息處理機制進行設(shè)計的系統(tǒng)軟件的的工作流程。系統(tǒng)軟件采用單文檔視圖結(jié)構(gòu)，利用Visual C++AppWizard的提供的應(yīng)用程序向?qū)?chuàng)建基本的基于MFC(Microsoft Foundation Class)的應(yīng)用程序框架。

圖3 采用Win32多線程的軟件總體設(shè)計

從圖3中可以看到，系統(tǒng)軟件啟動得到一個運行中的系統(tǒng)進程后，首先進行圖像采集處理卡的初始化，為圖像采集處理卡在應(yīng)用進程中分配必要的系統(tǒng)資源。系統(tǒng)人機交互界面位于屏幕客戶區(qū)，通過鍵盤、鼠標(biāo)的方式接受視頻偵查員的輸入，并根據(jù)視頻偵查員操作將系統(tǒng)應(yīng)用的結(jié)果以視頻圖像、表格、狀態(tài)欄等多種方式顯示在屏幕客戶區(qū)的不同區(qū)間內(nèi)。視頻偵查員通過人機交互界面對應(yīng)用系統(tǒng)進行了需要的操作，操作指令分別以鍵盤事件驅(qū)動與鼠標(biāo)時間驅(qū)動的方式產(chǎn)生系統(tǒng)消息，并進入Win32操作系統(tǒng)的消息隊列等待應(yīng)用程序的響應(yīng)。每一個運行中的進程不斷的通過操作系統(tǒng)的消息調(diào)度機制對消息隊列進行偵聽，一旦發(fā)現(xiàn)消息隊列中出現(xiàn)了新的消息，便對消息進行判斷，如果新的消息屬于該進程，則立刻通過windows的消息傳遞機制進入進程，消息根據(jù)具體的處理需要，被應(yīng)用程序分配進入消息循環(huán)中等待處理。Win32系統(tǒng)為每一個線程分配了一個消息循環(huán)，線程在接受消息之后負責(zé)對消息循環(huán)中的消息進行維護與解析，并根據(jù)解析的結(jié)果選擇消息處理窗口進行消息處理。進程在每一個線程消息處理結(jié)束之后，向操作系統(tǒng)發(fā)送消息結(jié)束指令，操作系統(tǒng)根據(jù)消息結(jié)束指令在消息隊列中終止該消息，并根據(jù)消息處理的結(jié)果通過API為進程提供硬件設(shè)備的應(yīng)用訪問驅(qū)動接口。

2.2 軟件人機交互界面設(shè)計

如圖4所示為面向視頻偵查應(yīng)用的關(guān)鍵幀檢測軟件的主界面，為了充分發(fā)揮視頻偵查員的經(jīng)驗與主觀能動性，軟件的人機交互主界面包括四個部分。

（1）系統(tǒng)菜單：包括文件(系統(tǒng)管理、系統(tǒng)設(shè)置)、視頻編輯(屏幕截取、視頻標(biāo)注、視頻序列化)、關(guān)鍵幀檢測(背景差分算法、相鄰幀減算法)、幫助等四個主菜單項。視頻偵查員可以根據(jù)操作需要通過鼠標(biāo)或快捷鍵訪問每個菜單項中的子菜單項，然后在彈出的二級對話框當(dāng)中進行相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)置或視頻編輯處理操作。

（2）監(jiān)控視頻顯示區(qū)域：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，在視頻偵查員發(fā)出監(jiān)控視頻采集命令之后，監(jiān)控視頻將實時顯示在本區(qū)域中，滿足視頻監(jiān)控的基本需要。

（3） 關(guān)鍵幀檢測結(jié)果顯示列表：重載了MainFrame的 OnCreateClient函數(shù)，使用了 Visual C++提供的ListCtrl控件進行顯示列表的設(shè)計與開發(fā)，按照序號、視頻事件、鏡頭編號、事件摘要的形式顯示關(guān)鍵幀檢測的結(jié)果，并根據(jù)進行實時更新。視頻偵查員可以點擊事件摘要對關(guān)鍵幀進行簡單的摘要標(biāo)注，方便分類與管理。

圖4 軟件的人機交互界面

（4）關(guān)鍵幀檢索交互界面的設(shè)計：與CFormView類派生的對象相關(guān)聯(lián)，負責(zé)實現(xiàn)視頻偵查員輸入與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。設(shè)計分為文本檢索和關(guān)鍵幀特征檢索兩個部分，視頻偵查員可以使用人機交互界面根據(jù)現(xiàn)場勘查的結(jié)果選擇某一檢索條件對關(guān)鍵幀進行檢索。

由于單文檔視圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序只有一個客戶區(qū)，為了同時滿足監(jiān)控視頻實時顯示、關(guān)鍵幀檢測結(jié)果實時顯示與關(guān)鍵幀檢索操作的需要，采用多視圖分割技術(shù)將客戶區(qū)主界面分割為三個獨立的視圖窗口，每一個視圖窗口分別對應(yīng)著一個顯示類。分別實現(xiàn)了上述功能。

3 結(jié)論

本文深入分析了當(dāng)前階段視頻偵查工作中存在的實際問題，結(jié)合關(guān)鍵幀檢測軟件的數(shù)據(jù)流圖，提出了一種面向視頻偵查應(yīng)用的關(guān)鍵幀檢測軟件的總體設(shè)計方案和人機交互界面設(shè)計方案。

[1]孫鵬，張洪君，楊洪臣.利用背景差分法檢測監(jiān)控視頻中的關(guān)鍵幀[J].警察技術(shù)，2013，（3）.

[2]孫鵬，周純冰，楊洪臣.監(jiān)控視頻關(guān)鍵幀動態(tài)背景差分檢測技術(shù)[J].警察技術(shù)，2013，（5）.

[3]陳剛，續(xù)磊.視頻監(jiān)控圖像偵查方法研究[J].中國人民公安大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2012，28 (3).

[4][英]薩默維爾.軟件工程（原書第9版）[M].程成，等，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[5]王育堅.Visual C++面向?qū)ο缶幊探坛蘙M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

（責(zé)任編輯：孟凡騫）

TP391.4

A

2014-09-12

公安部應(yīng)用創(chuàng)新計劃項目(編號：2012YY CXXJXY129)；公安部重點研究計劃項目 (編號：2012 ZDYJX JXY17)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(編號：2012ZDYJXJXY17)。

孫鵬（1978-），男，遼寧沈陽人，中國刑警學(xué)院聲像資料檢驗技術(shù)系副教授，博士，主要從事圖像取證、視頻偵查研究。