PostgreSQL 在视频、图片去重，图像搜索业务中的应用

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本文介绍如何使用PostgreSQL及其插件实现图像搜索和视频去重功能，包括使用Haarwavelet技术进行图像变换的方法，以及如何通过数据库查询找到相似度高的图像和重复的视频。

摘要： PostgreSQL 在视频、图片去重，图像搜索业务中的应用作者digoal日期2016-11-26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...

PostgreSQL 在视频、图片去重，图像搜索业务中的应用

作者

digoal

日期

2016-11-26

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

Datatype	Storage length	Description
pattern	16388 bytes	Result of Haar wavelet transform on the image
signature	64 bytes	Short representation of pattern for fast search using GiST indexes

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

Operator	Left type	Right type	Return type	Description
<->	pattern	pattern	float8	Eucledian distance between two patterns
<->	signature	signature	float8	Eucledian distance between two signatures

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

Function	Return type	Description
jpeg2pattern(bytea)	pattern	Convert jpeg image into pattern
png2pattern(bytea)	pattern	Convert png image into pattern
gif2pattern(bytea)	pattern	Convert gif image into pattern
pattern2signature(pattern)	signature	Create signature from pattern
shuffle_pattern(pattern)	pattern	Shuffle pattern for less sensitivity to image shift

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