作者: digoal

日期: 2016-11-20

标签: PostgreSQL , Haar wavelet , 图像搜索 , 图片去重 , 视频去重

背景

图像处理的业务场景比较多，例如 图像搜索、视频去重、人脸识别、美图、图片去重 等。

比如，视频去重，一些用户上传了较多的视频，同一部电影可能有不同的版本，分辨率不一样，音轨不一样，压缩比不一样。这种情况会导致服务端重复存储大量的视频。

又比如甄别黄色视频或黄色图片，鉴黄师的职业要消失了。

有什么方法可以得到重复的视频呢？ 如何鉴别黄色视频和图片呢？ 本文将给你揭晓。

另一方面，图片搜索是继文字搜索后又一个比较常用的搜索引擎。市面上常见的搜索引擎有谷歌、百度、搜狗等图片搜索引擎。 http://image.baidu.com/, http://images.google.com.hk。

例如在搜索引擎提供的接口中上层了一张雪人的图片，搜出来一堆和雪人近似的图片。

图片搜索是怎么做到的呢?

万能的PostgreSQL绝不落下这么好玩的东东，通过PG万能的API，可以扩展它的图片搜索功能。

如果你对PostgreSQL扩展开发感兴趣，可以参考我写的文章 《找对业务G点, 体验酸爽 - PostgreSQL内核扩展指南》。

PostgreSQL 图像搜索插件背景技术

PostgreSQL的图像搜索插件使用了非常主流的Haar wavelet技术对图像进行变换后存储，可以参考WIKI和一篇关于HW的文献。

• https://en.wikipedia.org/wiki/Haar_wavelet
• http://www.cs.toronto.edu/~kyros/courses/320/Lectures.2013s/lecture.2013s.10.pdf
• https://wiki.postgresql.org/images/4/43/Pgcon_2013_similar_images.pdf

截取几页，注意烧脑。

PostgreSQL 图像搜索插件介绍

依赖gd.h

# yum install -y gd-devel

下载安装imgsmlr

$ git clone https://github.com/postgrespro/imgsmlr
$ cd imgsmlr
$ export PGHOME=/home/digoal/pgsql9.5
$ export PATH=$PGHOME/bin:$PATH:.

$ make USE_PGXS=1
$ make USE_PGXS=1 install

安装插件

$ psql
psql (9.5.3)
Type "help" for help.
postgres=# create extension imgsmlr;
CREATE EXTENSION

imgsmlr新增了两个数据类型

gist 索引方法(支持pattern和signature类型), 以及KNN操作符，可以用于搜索相似度

新增了几个函数, 将图像的二进制转换为pattern类型，将pattern中存储的数据转换为signature类型

PostgreSQL 图像搜索插件测试

导入一些图片，例如（越多越好）

建立图片表

create table image (id serial, data bytea);

导入图片到数据库

insert into image(data) select pg_read_binary_file('文件路径');

将图片转换成 patten 和 signature

CREATE TABLE pat AS (
    SELECT
        id,
        shuffle_pattern(pattern) AS pattern, 
        pattern2signature(pattern) AS signature 
    FROM (
        SELECT 
            id, 
            jpeg2pattern(data) AS pattern 
        FROM 
            image
    ) x 
);

创建索引

ALTER TABLE pat ADD PRIMARY KEY (id);

CREATE INDEX pat_signature_idx ON pat USING gist (signature);

近似度查询，例如查询与id = :id的图像相似的图像，按相似度排行，取出前10条

SELECT
    id,
    smlr
FROM
(
    SELECT
        id,
        pattern <-> (SELECT pattern FROM pat WHERE id = :id) AS smlr
    FROM pat
    WHERE id <> :id
    ORDER BY
        signature <-> (SELECT signature FROM pat WHERE id = :id)
    LIMIT 100
) x
ORDER BY x.smlr ASC 
LIMIT 10

这里可以用到KNN索引，快速按相似度排行输出结果。

例子

视频去重业务

视频去重，可以抽取视频中的关键帧，自关联产生笛卡尔积，计算不同视频的任意两张图片的相似度，相似度达到一定阈值，可以认为是相同视频。

例子

创建图片表，并将所有视频的关键帧导入表中
create table image (id serial8 primary key, movie_id int, data bytea);

导入图片，假设为jpeg格式
... 略 ...

生成patten 和 signature
CREATE TABLE pat AS (
    SELECT
        id, movie_id,
        shuffle_pattern(pattern) AS pattern, 
        pattern2signature(pattern) AS signature 
    FROM (
        SELECT 
            id, movie_id,
            jpeg2pattern(data) AS pattern 
        FROM 
            image
    ) x 
);

计算不同视频的相似度

select t1.movie_id, t1.id, t1.signature<->t2.signature from 
pat t1 join pat t2 on (t1.movie_id<>t2.movie_id) 
order by t1.signature<->t2.signature desc 

or

select t1.movie_id, t1.id, t1.signature<->t2.signature from 
pat t1 join pat t2 on (t1.movie_id<>t2.movie_id) 
where t1.signature<->t2.signature > 0.9 
order by t1.signature<->t2.signature desc 

小结

1. PostgreSQL是一个非常强大的数据库，功能高度可定制。而且不需要动到PostgreSQL的内核。 安全可靠。

2. 使用图像搜索的技术就是PostgreSQL功能扩展的例子，速度杠杠的，还记得我以前给出的关于地理位置近邻查询的性能指标吗。 《PostgreSQL 百亿地理位置数据 近邻查询毫秒级反馈》。

3. 如果你对PostgreSQL扩展开发感兴趣，可以参考我写的文章 《找对业务G点, 体验酸爽 - PostgreSQL内核扩展指南》。