畢業(yè)論文對(duì)臉部識(shí)別的分布式系統(tǒng)

1、對(duì)臉部識(shí)別的分布式并行系統(tǒng)摘要：這篇論文討論分布式并行系統(tǒng)對(duì)人臉識(shí)別。 臉部數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)系統(tǒng)中是如此巨大（超過(guò)一百萬(wàn)）以至于匹配和識(shí)別過(guò)程中無(wú)法只在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。 因此，集群系統(tǒng)必須被用來(lái)改善匹配速度。 but many current clusters existing have some problems and cannot fit our system.但目前許多集群現(xiàn)有的一些問(wèn)題，并不能符合我們的系統(tǒng)要求。 a special distributed parallel system was developed to complete face query and recogni

2、tion.一個(gè)特殊的分布式并行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用來(lái)對(duì)面部進(jìn)行查詢(xún)和識(shí)別。在這個(gè)系統(tǒng)中我們將利用the concept of parallel virtual machine and a kind of linked table structure adopted in this system not only decreased lots of moving overhead of adding or deleting nodes in the array structure but also truly realized the infinite extensibility.并行虛擬機(jī)的概念和

3、一種聯(lián)系表結(jié)構(gòu)，這樣不僅在陣列結(jié)構(gòu)減少了大量的移動(dòng)開(kāi)銷(xiāo)添加或刪除節(jié)點(diǎn)，但也真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)限的可擴(kuò)展性。 furthermore, key techniques such as distributed database, buffer and synchronization techniques in communication and multithreading in control flow were adopted to guarantee the normal running.此外，關(guān)鍵技術(shù)，如分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，緩沖區(qū)及同步技術(shù)在通信和多線程控制流等被采用，以保證正常運(yùn)行。 practica

4、l results proved that this parallel system could improve the matching speed for more than 4 times.實(shí)際結(jié)果證明，這種并行系統(tǒng)可提高匹配速度以上的4倍。 moreover, the greatest advantage of this system is not only increasing matching speed but also breaking the upper limit of face data capacity.此外，最大的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)系統(tǒng)不僅是提高匹配速度，而且打破了面對(duì)數(shù)據(jù)的

5、能力上限。 consequently, the face data capability of this system can be extended to arbitrary figure as bigger as possible.因此，在這個(gè)系統(tǒng)里面部數(shù)據(jù)的容量可以推廣到足夠大的數(shù)字。關(guān)鍵字：分布式并行系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，面部識(shí)別，并行虛擬計(jì)算機(jī)1 引言計(jì)算機(jī)的版本，面部的特征以及以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的自動(dòng)面部識(shí)別作為具有挑戰(zhàn)性任務(wù)將近研究了三十年。在這個(gè)階段里，我們獲得了許多重要有意義的結(jié)果見(jiàn)參考文獻(xiàn)1-3。并且面部識(shí)別的系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際和一些間接應(yīng)用中。比如，安全性系統(tǒng)，犯罪分子的確認(rèn)，可視

6、電話，以及醫(yī)療等領(lǐng)域。就我們所知道的，一個(gè)完整的面部識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該包括兩個(gè)階段：第一階段為尋找本地面孔，這的比較困難和復(fù)雜的，因?yàn)樵诒姸鄶?shù)據(jù)中不知道它的位置，方向，特點(diǎn)。第二步就是區(qū)分和識(shí)別面部圖象通過(guò)上一步所獲得的數(shù)據(jù)。這兩步都需要大量的計(jì)算，特別是在大型的面部數(shù)據(jù)庫(kù)里面（比如：超過(guò)一百萬(wàn)）參考文獻(xiàn)4。并且我們注意到了在過(guò)去關(guān)于面部識(shí)別的研究中，我們涉及到的是算法的局限性和在一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)上的執(zhí)行，比如：feret,orl,yale等等。但實(shí)際上的面部識(shí)別系統(tǒng)卻很少。這篇論文我們將討論一貫實(shí)際的面部識(shí)別的分布式并行系統(tǒng)。由于在匹配和識(shí)別過(guò)程中大量數(shù)據(jù)的計(jì)算以及龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)（超過(guò)一百萬(wàn)），一個(gè)資

7、源有限的計(jì)算機(jī)根本不能完成，所以我們將引進(jìn)并行計(jì)算。目前，主要存在這四種并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)4。第一個(gè)是mvp，它將這些問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)向量的操作。第二個(gè)是smp，它通過(guò)共享存儲(chǔ)來(lái)得到每個(gè)進(jìn)程。但是它對(duì)mvp的擴(kuò)展性不好，因?yàn)槎噙M(jìn)程將占滿(mǎn)所有的存儲(chǔ)空間導(dǎo)致效率下降。第三是mmp，每個(gè)進(jìn)程都有自己的存儲(chǔ)空間，所以這個(gè)系統(tǒng)能達(dá)到一個(gè)很高的處理效率。第四個(gè)是計(jì)算機(jī)機(jī)群，這會(huì)使大量獨(dú)立的計(jì)算機(jī)（或者是工作站）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接從而構(gòu)成一個(gè)大的系統(tǒng)。并且這個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是并行的，分布式的。它有以下一些優(yōu)點(diǎn)：（1）開(kāi)發(fā)周期短。硬，軟件平臺(tái)是圓滿(mǎn)才計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，所以研究過(guò)程將重點(diǎn)放到通信和并行程序。（2）以較低的

8、成本來(lái)共享大型機(jī)或者mmp。（3）通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成良好的擴(kuò)展性。由于上述計(jì)算機(jī)機(jī)群的優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)特殊的機(jī)群系統(tǒng)將被應(yīng)用到面部識(shí)別的系統(tǒng)中以提高匹配的速度。機(jī)群的結(jié)構(gòu)和原則用下圖來(lái)說(shuō)明。2. 機(jī)群結(jié)構(gòu)這個(gè)機(jī)群包括一個(gè)主服務(wù)器，四個(gè)從服務(wù)器以及一些客戶(hù)端。主，從服務(wù)器，客戶(hù)端通過(guò)100m的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連接，見(jiàn)圖1。具體連接見(jiàn)圖1a，圖1b，圖1c。3. 技術(shù)重點(diǎn)這個(gè)系統(tǒng)中有五個(gè)技術(shù)重點(diǎn)，它們是：分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，并行虛擬機(jī)，緩沖及通信同步，多線程控制流。（1） 分布式數(shù)據(jù)庫(kù) 這個(gè)系統(tǒng)里的面部數(shù)據(jù)庫(kù)很大，超過(guò)了一百萬(wàn)個(gè)面部。單個(gè)的計(jì)算機(jī)受到操作和硬件資源的限制不可能完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的查詢(xún)。單個(gè)計(jì)算機(jī)有

9、兩個(gè)問(wèn)題：首先，是查詢(xún)的速度；另外，就是數(shù)據(jù)庫(kù)的容量。有兩個(gè)措施可以解決這些問(wèn)題，一是采用高性能的計(jì)算機(jī)，比如：工作站，大型機(jī)；二是利用網(wǎng)絡(luò)通過(guò)pc機(jī)建立分布式系統(tǒng)。我們采用后面的這種方法因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)有很高的性?xún)r(jià)比和擴(kuò)展性。基于分布式系統(tǒng)信息的傳遞有一個(gè)通信瓶頸。為了降低通信消費(fèi)，主要的面部數(shù)據(jù)庫(kù)被分為五個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)。所以?xún)H當(dāng)面部特征數(shù)據(jù)被查詢(xún)時(shí)，主，從服務(wù)器要轉(zhuǎn)換，主服務(wù)器與客戶(hù)端因?yàn)橐D(zhuǎn)換。我們將分裂的過(guò)程定義如下：mfdb=sfdb(i) sfdb（i）屬于mfdb，其中i=1，2n （1）mfdb代表主面部數(shù)據(jù)庫(kù)，sfdb是子數(shù)據(jù)庫(kù)，且sfdb（i）表示第i個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)。見(jiàn)圖2（2） 并行

10、虛擬機(jī)在面部識(shí)別系統(tǒng)里的這些pc機(jī)群形成了一個(gè)并行虛擬機(jī)。有單一的主機(jī)和多從機(jī)的結(jié)構(gòu)。通過(guò)主機(jī)來(lái)建立并行虛擬機(jī)和并行虛擬表。并行虛擬機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3并行虛擬表也就是一個(gè)連接表，主節(jié)點(diǎn)裝著面部特征數(shù)據(jù)庫(kù)和文件信息數(shù)據(jù)庫(kù)。從節(jié)點(diǎn)裝著名稱(chēng)，ip，sub-face數(shù)據(jù)庫(kù)。連接表的結(jié)構(gòu)顯示可以無(wú)限的添加從節(jié)點(diǎn)并且能方便的刪除從節(jié)點(diǎn)，僅僅移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的指針就行了。圖4顯示了刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)的過(guò)程。（3） 通信同步與緩沖主，從以及主服務(wù)器與客戶(hù)端的通信是通過(guò)tcp套接字實(shí)現(xiàn)的。見(jiàn)圖5。從客戶(hù)端查詢(xún)的結(jié)果通過(guò)主的第一部分接受，并存放在主的查詢(xún)緩沖區(qū)。查詢(xún)緩沖區(qū)能存儲(chǔ)大量的客戶(hù)查詢(xún)結(jié)果，然后 查心的結(jié)果發(fā)送給每一個(gè)從

11、機(jī)，并保存在從的查詢(xún)緩沖里，當(dāng)然，主，從的查詢(xún)緩沖的結(jié)構(gòu)是相同的。在這之后，主，從開(kāi)始在各自的面部數(shù)據(jù)庫(kù)里同步的進(jìn)行面部的匹配和識(shí)別。當(dāng)匹配完成后，從詢(xún)的結(jié)果發(fā)送到主的第二部分并保存到主的結(jié)果緩沖中，然后主綜合結(jié)果并發(fā)送給各從機(jī)。同步通信見(jiàn)圖6。在初始化結(jié)束后，主的h-receive1和從的s-receive1處于同步狀態(tài)，并處于等待客戶(hù)端的查詢(xún)條件。當(dāng)客戶(hù)端通過(guò)c-send發(fā)送查詢(xún)條件時(shí)，主被從狀態(tài)h-receive1激活，但從仍然處于先前的同步狀態(tài)。然后，查詢(xún)條件通過(guò)h-send1發(fā)送到客戶(hù)端，才將它激活。此后開(kāi)始匹配和識(shí)別。匹配過(guò)程完成夠，主的h-receive2等待接收從的查詢(xún)結(jié)果，從將通過(guò)s-send發(fā)送查詢(xún)結(jié)果然后在變?yōu)闋顟B(tài)s-receive2同步狀態(tài)。（4） 多線程控制流多線程控制流的優(yōu)點(diǎn)為：（1）建立一個(gè)線程在已存在的進(jìn)程里，這樣比從新建立一個(gè)新的進(jìn)程花的時(shí)間要少。（2）很容易停止一個(gè)線程或該變兩個(gè)線程并且花的時(shí)間也要少。（3）多線程能提高通信的效率。見(jiàn)圖7說(shuō)明線程和進(jìn)程的關(guān)系和區(qū)別4執(zhí)行對(duì)面部識(shí)別的并行分布式系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使各個(gè)pc機(jī)相連接的。所以各個(gè)pc機(jī)在執(zhí)行的過(guò)程中都是對(duì)系統(tǒng)速度有