Anomaly detection in video streams is a challenging problem because of the scarcity of abnormal events and the difficulty of accurately annotating them. To alleviate these issues, unsupervised learning-based prediction methods have been previously applied. These approaches train the model with only normal events and predict a future frame from a sequence of preceding frames by use of encoder-decoder architectures so that they result in small prediction errors on normal events but large errors on abnormal events. The architecture, however, comes with the computational burden as some anomaly detection tasks require low computational cost without sacrificing performance. In this paper, Cross-Parallel Network (CPNet) for efficient anomaly detection is proposed here to minimize computations without performance drops. It consists of N smaller parallel U-Net, each of which is designed to handle a single input frame, to make the calculations significantly more efficient. Additionally, an inter-network shift module is incorporated to capture temporal relationships among sequential frames to enable more accurate future predictions.The quantitative results show that our model requires less computational cost than the baseline U-Net while delivering equivalent performance in anomaly detection.


翻译:视频流中的异常探测是一个具有挑战性的问题,因为异常事件少之又少,而且很难准确说明。为了缓解这些问题,以前曾采用过未经监督的基于学习的预测方法。这些方法只对模型进行正常事件的培训,并通过使用编码解码器结构从先前框架序列中预测一个未来框架,从而在正常事件上造成小的预测错误,但在异常事件上则出现大错。但是,由于某些异常探测任务需要低计算成本,而无需牺牲性能,因此,这种结构带来了计算负担。在本文件中,为了在不出现性能下降的情况下尽量减少计算,建议使用跨帕拉勒网络(Cros-Parallel Net)来有效检测异常现象。它由小型平行的U-Net组成,每个网络都旨在处理一个单一输入框架,使计算效率更高。此外,还采用了一个网络间转换模块,以捕捉到序列框架之间的时间关系,以便能够更准确的未来预测。定量结果显示,我们的模型所需要的计算成本比基线U-Net要低,同时在异常探测中提供同等的绩效。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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