基于HBase的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)

吳國(guó)慶

摘 要：近年來(lái)，一系列建設(shè)都向縱深方向發(fā)展，監(jiān)控視頻系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。在此背景下，如何有效存儲(chǔ)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)成為了這一領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。從系統(tǒng)的相關(guān)方面入手描述系統(tǒng)，主要闡述了基于HBase的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：HBase；監(jiān)控視頻；存儲(chǔ)方案；設(shè)計(jì)過(guò)程

中圖分類號(hào)：TN948.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.007

1 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

基于HBase的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)方案共分為6個(gè)層次。

1.1 硬件與虛擬化層

該層的作用是為基于HBase的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)提供主要的基礎(chǔ)環(huán)境支持。底層采用云計(jì)算技術(shù)，將整個(gè)計(jì)算環(huán)境建立在采用了虛擬化技術(shù)的PC機(jī)服務(wù)器集群上。

1.2 分布式文件系統(tǒng)層

該層的作用是為系統(tǒng)提供底層存儲(chǔ)平臺(tái)。HDFS可以提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，向數(shù)據(jù)庫(kù)層提供訪問(wèn)、存儲(chǔ)接口，其他模塊則可以借用其在系統(tǒng)中存取數(shù)據(jù)。同時(shí)，它負(fù)載均衡、副本策略等機(jī)制也可以保證其可靠性和可用性，為系統(tǒng)提供了一定的存儲(chǔ)空間。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)層

該層的作用是為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持，向業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)持久化功能，并借助行關(guān)鍵字設(shè)置和索引機(jī)制形成數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力。將HBase作為數(shù)據(jù)庫(kù)，可以滿足系統(tǒng)各方面的需求，將系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)層中。

1.4 業(yè)務(wù)邏輯層

該層的作用是進(jìn)行與用戶管理、視頻檢索、人體行為識(shí)別和視頻預(yù)處理之類相關(guān)的操作，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。它主要提供數(shù)據(jù)入庫(kù)、人體行為識(shí)別、視頻查詢和視頻特征抽取之類的業(yè)務(wù)。

1.5 用戶接口層

該層的作用是接受用戶操作請(qǐng)求和查看系統(tǒng)反饋結(jié)果。使用Web服務(wù)器接受請(qǐng)求，并開(kāi)展各種驗(yàn)證和處理工作，借助動(dòng)態(tài)頁(yè)面生成技術(shù)展示結(jié)果。

1.6 分布式系統(tǒng)管理層

該層的作用是管理系統(tǒng)服務(wù)器集群，并提供全局配置信息管理功能。在系統(tǒng)中，ZooKeeper可以快速響應(yīng)集群中機(jī)器的變化，從而提供相應(yīng)的服務(wù)。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 視頻預(yù)處理模塊

這個(gè)模塊主要負(fù)責(zé)處理監(jiān)控視頻，提取出該視頻中的各種信息。

2.2 MPEG-7 標(biāo)準(zhǔn)化特征值處理模塊

這個(gè)模塊主要利用MPEG-7描述定義語(yǔ)言和與之配套的標(biāo)準(zhǔn)描述子來(lái)描述圖片的特征值述。其中，MPEG-7位于信息檢索系統(tǒng)的中心。

2.3 行為識(shí)別模塊

這個(gè)模塊主要負(fù)責(zé)識(shí)別運(yùn)動(dòng)對(duì)象和合成行為視頻片段。即首先判斷出對(duì)象圖片表達(dá)的行為，再將后者合成為行為視頻，并存儲(chǔ)其在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

這個(gè)模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，包括用戶信息、視頻信息、視頻片段信息和運(yùn)動(dòng)對(duì)象圖片等。

2.5 數(shù)據(jù)檢索模塊

這個(gè)模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)檢索工作，包括運(yùn)動(dòng)對(duì)象行為、MPEG-7 特征值、事件地點(diǎn)信息和事件時(shí)間信息的檢索這4個(gè)部分。

2.6 管理模塊

這個(gè)模塊主要是針對(duì)管理員設(shè)計(jì)的，它包括2部分，即用戶管理和系統(tǒng)管理。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的總體設(shè)計(jì)思路是為系統(tǒng)提供持久化的數(shù)據(jù)支持。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，要能夠完整地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，并盡量提高系統(tǒng)的性能。其數(shù)據(jù)庫(kù)包括視頻表、圖片表、視頻片段表和用戶表4個(gè)主要內(nèi)容。

3.1 視頻表設(shè)計(jì)

視頻表主要是用來(lái)存儲(chǔ)與原始視頻相關(guān)的信息，將視頻發(fā)生的時(shí)間、視頻內(nèi)容記錄的地點(diǎn)和原始視頻數(shù)據(jù)作為列族video_infor中的一列存入視頻表中。當(dāng)用戶通過(guò)客戶端檢索時(shí)，需要以事件時(shí)間和事件發(fā)生的地點(diǎn)這2個(gè)條件完成篩選工作。

3.2 圖片表設(shè)計(jì)

圖片表主要是保存運(yùn)動(dòng)對(duì)象的原始圖片和圖片的各種信息。在基于HBase的海量小視頻存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)中，考慮到一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象對(duì)應(yīng)多張運(yùn)動(dòng)對(duì)象圖片，所以，要提取運(yùn)動(dòng)對(duì)象每張圖片的特征，而系統(tǒng)會(huì)將每張運(yùn)動(dòng)對(duì)象的圖片特征值存儲(chǔ)在一個(gè)單獨(dú)的XML文件中。

3.3 視頻片段表設(shè)計(jì)

視頻片段表主要記錄對(duì)象執(zhí)行某些行為的視頻片段信息，具體設(shè)計(jì)如下。列和列族：考慮到人物對(duì)象的行為數(shù)目是有限的，所以，將對(duì)象執(zhí)行走、跑、跳等動(dòng)作的視頻片段設(shè)置為列族video_segment中的一列，以展現(xiàn)系統(tǒng)在行為識(shí)別模塊上的拓展性。

3.4 用戶表設(shè)計(jì)

用戶表主要用于記錄用戶的基本信息和用戶的歷史信息，具體設(shè)計(jì)如下。列和列族：用戶表中包括用戶昵稱、密碼和最后登錄的時(shí)間。對(duì)于最后登錄時(shí)間，可以利用HBase中的時(shí)間戳來(lái)記錄用戶登錄的歷史數(shù)據(jù)，它可以作為后期系統(tǒng)分析資料使用。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊與系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯交互設(shè)計(jì)

4.1 用戶信息交互

用戶信息的交互主要是用戶通過(guò)基于HBase的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)注冊(cè)或者修改用戶信息，并完成系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)中所有用戶信息的增加、刪除、修改和查看等操作。

4.2 視頻預(yù)處理交互

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊與視頻預(yù)處理模塊的交互主要是通過(guò)視頻表和圖片表完成的，具體的交互過(guò)程如下：視頻預(yù)處理模塊對(duì)從監(jiān)控?cái)z像頭中獲取的原始視頻進(jìn)行一系列的處理，將原始視頻數(shù)據(jù)和視頻信息存儲(chǔ)在視頻表中，將運(yùn)動(dòng)對(duì)象圖片和根據(jù) MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)描述的圖像特征值信息存儲(chǔ)在圖片表中。

4.3 行為識(shí)別交互

系統(tǒng)的行為識(shí)別模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的交互也非常頻繁，詳細(xì)過(guò)程如下：①行為識(shí)別模塊需要讀取圖片表中的對(duì)象灰度圖，并得到對(duì)象圖片ID；②行為識(shí)別模塊處理對(duì)象灰度圖，識(shí)別出人體的行為，并結(jié)合對(duì)象圖片ID合成執(zhí)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作的視頻片段。

4.4 視頻片段查詢交互

視頻片段查詢交互的具體過(guò)程是：①將用戶選擇的事件時(shí)間、事件地點(diǎn)與視頻表中的相關(guān)數(shù)據(jù)相匹配，得到一組視頻ID；②結(jié)合視頻ID，將用戶上傳的圖片特征值信息與數(shù)據(jù)庫(kù)圖片表中的特征值信息進(jìn)行對(duì)比，得到一組對(duì)象圖片ID，并獲取視頻ID和對(duì)象ID；③根據(jù)用戶選擇的目標(biāo)人物行為名稱和由中間結(jié)果集得到的視頻ID，查詢對(duì)象ID對(duì)應(yīng)的視頻片段表，從而獲取命中的視頻片段內(nèi)容并將其展示到用戶客戶端。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于HBase的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)方案，在一定程度上解決了海量小視頻的存儲(chǔ)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]張洪磊.基于Hadoop的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

〔編輯：白潔〕

Abstract： In recent years， a series of construction are to the depth direction， video surveillance systems are widely used in various industries. In this context， how to effectively store surveillance video data has become a hot issue in this area. Describe the system starting from the relevant aspects of the system， mainly on the design process HBase based surveillance video storage solutions.

Key words： HBase； surveillance video； storage solutions； design process