基于HBase的監控視頻存儲方案設計

吳國慶

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

關鍵詞：HBase；監控視頻；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 系統應用架構

基于HBase的監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的監控視頻存儲系統提供主要的基礎環境支持。底層采用云計算技術，將整個計算環境建立在采用了虛擬化技術的PC機服務器集群上。

1.2 分布式文件系統層

該層的作用是為系統提供底層存儲平臺。HDFS可以提供高吞吐量的數據訪問，向數據庫層提供訪問、存儲接口，其他模塊則可以借用其在系統中存取數據。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，為系統提供了一定的存儲空間。

1.3 數據庫層

該層的作用是為系統提供數據存儲支持，向業務邏輯層提供數據持久化功能，并借助行關鍵字設置和索引機制形成數據訪問能力。將HBase作為數據庫，可以滿足系統各方面的需求，將系統中各種數據都存儲在數據庫層中。

1.4 業務邏輯層

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，通過數據庫層實現對數據的讀寫操作。它主要提供數據入庫、人體行為識別、視頻查詢和視頻特征抽取之類的業務。

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反饋結果。使用Web服務器接受請求，并開展各種驗證和處理工作，借助動態頁面生成技術展示結果。

1.6 分布式系統管理層

該層的作用是管理系統服務器集群，并提供全局配置信息管理功能。在系統中，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，并存儲其在數據庫中。

2.4 數據存儲模塊

這個模塊主要負責系統數據的存儲，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 數據檢索模塊

這個模塊主要負責數據檢索工作，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，即用戶管理和系統管理。

3 數據庫設計

數據庫模塊的總體設計思路是為系統提供持久化的數據支持。在設計數據庫時，要能夠完整地實現系統的功能，并盡量提高系統的性能。其數據庫包括視頻表、圖片表、視頻片段表和用戶表4個主要內容。

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，將視頻發生的時間、視頻內容記錄的地點和原始視頻數據作為列族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目是有限的，所以，將對象執行走、跑、跳等動作的視頻片段設置為列族video_segment中的一列，以展現系統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據，它可以作為后期系統分析資料使用。

4 數據庫模塊與系統業務邏輯交互設計

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的監控視頻存儲系統注冊或者修改用戶信息，并完成系統管理員對系統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

數據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，將原始視頻數據和視頻信息存儲在視頻表中，將運動對象圖片和根據 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

系統的行為識別模塊與數據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，并結合對象圖片ID合成執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據相匹配，得到一組視頻ID；②結合視頻ID，將用戶上傳的圖片特征值信息與數據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根據用戶選擇的目標人物行為名稱和由中間結果集得到的視頻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容并將其展示到用戶客戶端。

5 結束語

本文設計了基于HBase的監控視頻存儲方案，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的醫院數據中心系統設計與實現[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