畢業(yè)論文對臉部識別的分布式系統(tǒng)

1、對臉部識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)對人臉識別。 臉部數(shù)據(jù)庫，在這個系統(tǒng)中是如此巨大（超過一百萬）以至于匹配和識別過程中無法只在一臺計算機(jī)上進(jìn)行。 因此，集群系統(tǒng)必須被用來改善匹配速度。 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.一個特殊的分布式并行系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)用來對面部進(jìn)行查詢和識別。在這個系統(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)減少了大量的移動開銷添加或刪除節(jié)點，但也真正實現(xiàn)了無限的可擴(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，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，這個系統(tǒng)不僅是提高匹配速度，而且打破了面對數(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，面部識別，并行虛擬計算機(jī)1 引言計算機(jī)的版本，面部的特征以及以計算機(jī)為基礎(chǔ)的自動面部識別作為具有挑戰(zhàn)性任務(wù)將近研究了三十年。在這個階段里，我們獲得了許多重要有意義的結(jié)果見參考文獻(xiàn)1-3。并且面部識別的系統(tǒng)已經(jīng)在實際和一些間接應(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，一個完整的面部識別系統(tǒng)應(yīng)該包括兩個階段：第一階段為尋找本地面孔，這的比較困難和復(fù)雜的，因為在眾多數(shù)據(jù)中不知道它的位置，方向，特點。第二步就是區(qū)分和識別面部圖象通過上一步所獲得的數(shù)據(jù)。這兩步都需要大量的計算，特別是在大型的面部數(shù)據(jù)庫里面（比如：超過一百萬）參考文獻(xiàn)4。并且我們注意到了在過去關(guān)于面部識別的研究中，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)庫上的執(zhí)行，比如：feret,orl,yale等等。但實際上的面部識別系統(tǒng)卻很少。這篇論文我們將討論一貫實際的面部識別的分布式并行系統(tǒng)。由于在匹配和識別過程中大量數(shù)據(jù)的計算以及龐大的數(shù)據(jù)庫（超過一百萬），一個資

7、源有限的計算機(jī)根本不能完成，所以我們將引進(jìn)并行計算。目前，主要存在這四種并行計算機(jī)系統(tǒng)見參考文獻(xiàn)4。第一個是mvp，它將這些問題轉(zhuǎn)化為對向量的操作。第二個是smp，它通過共享存儲來得到每個進(jìn)程。但是它對mvp的擴(kuò)展性不好，因為多進(jìn)程將占滿所有的存儲空間導(dǎo)致效率下降。第三是mmp，每個進(jìn)程都有自己的存儲空間，所以這個系統(tǒng)能達(dá)到一個很高的處理效率。第四個是計算機(jī)機(jī)群，這會使大量獨立的計算機(jī)（或者是工作站）通過網(wǎng)絡(luò)連接從而構(gòu)成一個大的系統(tǒng)。并且這個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是并行的，分布式的。它有以下一些優(yōu)點：（1）開發(fā)周期短。硬，軟件平臺是圓滿才計算機(jī)操作系統(tǒng)，所以研究過程將重點放到通信和并行程序。（2）以較低的

8、成本來共享大型機(jī)或者mmp。（3）通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來完成良好的擴(kuò)展性。由于上述計算機(jī)機(jī)群的優(yōu)點，一個特殊的機(jī)群系統(tǒng)將被應(yīng)用到面部識別的系統(tǒng)中以提高匹配的速度。機(jī)群的結(jié)構(gòu)和原則用下圖來說明。2. 機(jī)群結(jié)構(gòu)這個機(jī)群包括一個主服務(wù)器，四個從服務(wù)器以及一些客戶端。主，從服務(wù)器，客戶端通過100m的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連接，見圖1。具體連接見圖1a，圖1b，圖1c。3. 技術(shù)重點這個系統(tǒng)中有五個技術(shù)重點，它們是：分布式數(shù)據(jù)庫，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 這個系統(tǒng)里的面部數(shù)據(jù)庫很大，超過了一百萬個面部。單個的計算機(jī)受到操作和硬件資源的限制不可能完成對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的查詢。單個計算機(jī)有

9、兩個問題：首先，是查詢的速度；另外，就是數(shù)據(jù)庫的容量。有兩個措施可以解決這些問題，一是采用高性能的計算機(jī)，比如：工作站，大型機(jī)；二是利用網(wǎng)絡(luò)通過pc機(jī)建立分布式系統(tǒng)。我們采用后面的這種方法因為這個系統(tǒng)有很高的性價比和擴(kuò)展性?；诜植际较到y(tǒng)信息的傳遞有一個通信瓶頸。為了降低通信消費(fèi)，主要的面部數(shù)據(jù)庫被分為五個子數(shù)據(jù)庫。所以僅當(dāng)面部特征數(shù)據(jù)被查詢時，主，從服務(wù)器要轉(zhuǎn)換，主服務(wù)器與客戶端因為要轉(zhuǎn)換。我們將分裂的過程定義如下：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，sfdb是子數(shù)據(jù)庫，且sfdb（i）表示第i個子數(shù)據(jù)庫。見圖2（2） 并行

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

11、機(jī)，并保存在從的查詢緩沖里，當(dāng)然，主，從的查詢緩沖的結(jié)構(gòu)是相同的。在這之后，主，從開始在各自的面部數(shù)據(jù)庫里同步的進(jìn)行面部的匹配和識別。當(dāng)匹配完成后，從詢的結(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)，并處于等待客戶端的查詢條件。當(dāng)客戶端通過c-send發(fā)送查詢條件時，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，查詢條件通過h-send1發(fā)送到客戶端，才將它激活。此后開始匹配和識別。匹配過程完成夠，主的h-receive2等待接收從的查詢結(jié)果，從將通過s-send發(fā)送查詢結(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)點為：（1）建立一個線程在已存在的進(jìn)程里，這樣比從新建立一個新的進(jìn)程花的時間要少。（2）很容易停止一個線程或該變兩個線程并且花的時間也要少。（3）多線程能提高通信的效率。見圖7說明線程和進(jìn)程的關(guān)系和區(qū)別4執(zhí)行對面部識別的并行分布式系統(tǒng)這個系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)使各個pc機(jī)相連接的。所以各個pc機(jī)在執(zhí)行的過程中都是對系統(tǒng)速度有