吳國慶

摘 要：近年來，一系列建設都向縱深方向發(fā)展，監(jiān)控視頻系統(tǒng)被廣泛應用于各行業(yè)中。在此背景下，如何有效存儲監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)成為了這一領域的熱點問題。從系統(tǒng)的相關方面入手描述系統(tǒng)，主要闡述了基于HBase的監(jiān)控視頻存儲方案的設計過程。

關鍵詞：HBase；監(jiān)控視頻；存儲方案；設計過程

中圖分類號：TN948.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.007

1 系統(tǒng)應用架構(gòu)

基于HBase的監(jiān)控視頻存儲方案共分為6個層次。

1.1 硬件與虛擬化層

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

1.2 分布式文件系統(tǒng)層

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

1.3 數(shù)據(jù)庫層

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

1.4 業(yè)務邏輯層

該層的作用是進行與用戶管理、視頻檢索、人體行為識別和視頻預處理之類相關的操作，通過數(shù)據(jù)庫層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀寫操作。它主要提供數(shù)據(jù)入庫、人體行為識別、視頻查詢和視頻特征抽取之類的業(yè)務。

1.5 用戶接口層

該層的作用是接受用戶操作請求和查看系統(tǒng)反饋結(jié)果。使用Web服務器接受請求，并開展各種驗證和處理工作，借助動態(tài)頁面生成技術(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可以快速響應集群中機器的變化，從而提供相應的服務。

2 總體設計

2.1 視頻預處理模塊

這個模塊主要負責處理監(jiān)控視頻，提取出該視頻中的各種信息。

2.2 MPEG-7 標準化特征值處理模塊

這個模塊主要利用MPEG-7描述定義語言和與之配套的標準描述子來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 行為識別模塊

這個模塊主要負責識別運動對象和合成行為視頻片段。即首先判斷出對象圖片表達的行為，再將后者合成為行為視頻，并存儲其在數(shù)據(jù)庫中。

2.4 數(shù)據(jù)存儲模塊

這個模塊主要負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲，包括用戶信息、視頻信息、視頻片段信息和運動對象圖片等。

2.5 數(shù)據(jù)檢索模塊

這個模塊主要負責數(shù)據(jù)檢索工作，包括運動對象行為、MPEG-7 特征值、事件地點信息和事件時間信息的檢索這4個部分。

2.6 管理模塊

這個模塊主要是針對管理員設計的，它包括2部分，即用戶管理和系統(tǒng)管理。

3 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫模塊的總體設計思路是為系統(tǒng)提供持久化的數(shù)據(jù)支持。在設計數(shù)據(jù)庫時，要能夠完整地實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，并盡量提高系統(tǒng)的性能。其數(shù)據(jù)庫包括視頻表、圖片表、視頻片段表和用戶表4個主要內(nèi)容。

3.1 視頻表設計

視頻表主要是用來存儲與原始視頻相關的信息，將視頻發(fā)生的時間、視頻內(nèi)容記錄的地點和原始視頻數(shù)據(jù)作為列族video_infor中的一列存入視頻表中。當用戶通過客戶端檢索時，需要以事件時間和事件發(fā)生的地點這2個條件完成篩選工作。

3.2 圖片表設計

圖片表主要是保存運動對象的原始圖片和圖片的各種信息。在基于HBase的海量小視頻存儲和檢索系統(tǒng)中，考慮到一個運動對象對應多張運動對象圖片，所以，要提取運動對象每張圖片的特征，而系統(tǒng)會將每張運動對象的圖片特征值存儲在一個單獨的XML文件中。

3.3 視頻片段表設計

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

3.4 用戶表設計

用戶表主要用于記錄用戶的基本信息和用戶的歷史信息，具體設計如下。列和列族：用戶表中包括用戶昵稱、密碼和最后登錄的時間。對于最后登錄時間，可以利用HBase中的時間戳來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)庫模塊與系統(tǒng)業(yè)務邏輯交互設計

4.1 用戶信息交互

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

4.2 視頻預處理交互

數(shù)據(jù)庫模塊與視頻預處理模塊的交互主要是通過視頻表和圖片表完成的，具體的交互過程如下：視頻預處理模塊對從監(jiān)控攝像頭中獲取的原始視頻進行一系列的處理，將原始視頻數(shù)據(jù)和視頻信息存儲在視頻表中，將運動對象圖片和根據(jù) MPEG-7標準描述的圖像特征值信息存儲在圖片表中。

4.3 行為識別交互

系統(tǒng)的行為識別模塊與數(shù)據(jù)庫模塊的交互也非常頻繁，詳細過程如下：①行為識別模塊需要讀取圖片表中的對象灰度圖，并得到對象圖片ID；②行為識別模塊處理對象灰度圖，識別出人體的行為，并結(jié)合對象圖片ID合成執(zhí)行對應動作的視頻片段。

4.4 視頻片段查詢交互

視頻片段查詢交互的具體過程是：①將用戶選擇的事件時間、事件地點與視頻表中的相關數(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)庫圖片表中的特征值信息進行對比，得到一組對象圖片ID，并獲取視頻ID和對象ID；③根據(jù)用戶選擇的目標人物行為名稱和由中間結(jié)果集得到的視頻ID，查詢對象ID對應的視頻片段表，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

本文設計了基于HBase的監(jiān)控視頻存儲方案，在一定程度上解決了海量小視頻的存儲問題。

參考文獻

[1]張洪磊.基于Hadoop的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].杭州：浙江大學，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