Расширенный поиск по видео: Использование технологий Twelve Labs и Milvus для семантического поиска
Введение
Добро пожаловать в это полное руководство по реализации семантического поиска видео с помощью Twelve Labs Embed API и Milvus. В этом руководстве мы рассмотрим, как использовать возможности передовых мультимодальных вкраплений Twelve Labs и эффективной векторной базы данных Milvus для создания надежного решения для поиска видео. Интегрируя эти технологии, разработчики могут открыть новые возможности анализа видеоконтента, создавая такие приложения, как контентный поиск видео, рекомендательные системы и сложные поисковые системы, понимающие нюансы видеоданных.
В этом учебном пособии вы пройдете весь путь от настройки среды разработки до реализации функционального приложения семантического видеопоиска. Мы рассмотрим такие ключевые понятия, как генерация мультимодальных вкраплений из видео, их эффективное хранение в Milvus и выполнение поиска по сходству для извлечения релевантного контента. Независимо от того, создаете ли вы платформу для видеоаналитики, инструмент для обнаружения контента или расширяете существующие приложения возможностями видеопоиска, это руководство даст вам знания и практические шаги для использования объединенных преимуществ Twelve Labs и Milvus в ваших проектах.
Предварительные условия
Прежде чем мы начнем, убедитесь, что у вас есть следующее:
API-ключ Twelve Labs (зарегистрируйтесь на сайте https://api.twelvelabs.io, если у вас его нет) На вашей системе установлен Python 3.7 или более поздней версии.
Настройка среды разработки
Создайте новый каталог для вашего проекта и перейдите в него:
mkdir video-search-tutorial
cd video-search-tutorial
Создайте виртуальную среду (необязательно, но рекомендуется):
python -m venv venv
source venv/bin/activate # On Windows, use `venv\Scripts\activate`
Установите необходимые библиотеки Python:
pip install twelvelabs pymilvus
Создайте новый файл Python для вашего проекта:
touch video_search.py
Этот файл video_search.py будет основным скриптом, который мы будем использовать в учебнике. Далее задайте свой API-ключ Twelve Labs в качестве переменной окружения для безопасности:
export TWELVE_LABS_API_KEY='your_api_key_here'
Подключение к Milvus
Чтобы установить соединение с Milvus, мы будем использовать класс MilvusClient. Такой подход упрощает процесс подключения и позволяет нам работать с локальным файловым экземпляром Milvus, что идеально подходит для нашего учебника.
from pymilvus import MilvusClient
# Initialize the Milvus client
milvus_client = MilvusClient("milvus_twelvelabs_demo.db")
print("Successfully connected to Milvus")
Этот код создает новый экземпляр клиента Milvus, который будет хранить все данные в файле с именем milvus_twelvelabs_demo.db. Такой подход, основанный на файлах, идеально подходит для целей разработки и тестирования.
Создание коллекции Milvus для вкраплений видео
Теперь, когда мы подключились к Milvus, давайте создадим коллекцию для хранения наших видеовставок и связанных с ними метаданных. Мы определим схему коллекции и создадим ее, если она еще не существует.
# Initialize the collection name
collection_name = "twelvelabs_demo_collection"
# Check if the collection already exists and drop it if it does
if milvus_client.has_collection(collection_name=collection_name):
milvus_client.drop_collection(collection_name=collection_name)
# Create the collection
milvus_client.create_collection(
collection_name=collection_name,
dimension=1024 # The dimension of the Twelve Labs embeddings
)
print(f"Collection '{collection_name}' created successfully")
В этом коде мы сначала проверяем, существует ли коллекция, и удаляем ее, если она уже существует. Это гарантирует, что мы начнем с чистого листа. Мы создаем коллекцию с размером 1024, что соответствует размеру выходных данных эмбеддингов Twelve Labs.
Генерация вкраплений с помощью Twelve Labs Embed API
Чтобы сгенерировать вставки для наших видео с помощью Twelve Labs Embed API, мы воспользуемся Twelve Labs Python SDK. Этот процесс включает в себя создание задачи встраивания, ожидание ее завершения и получение результатов. Вот как это реализовать:
Во-первых, убедитесь, что у вас установлен Twelve Labs SDK, и импортируйте необходимые модули:
from twelvelabs import TwelveLabs
from twelvelabs.models.embed import EmbeddingsTask
import os
# Retrieve the API key from environment variables
TWELVE_LABS_API_KEY = os.getenv('TWELVE_LABS_API_KEY')
Инициализируйте клиент Twelve Labs:
twelvelabs_client = TwelveLabs(api_key=TWELVE_LABS_API_KEY)
Создайте функцию для генерации вкраплений для заданного URL-адреса видео:
def generate_embedding(video_url):
"""
Generate embeddings for a given video URL using the Twelve Labs API.
This function creates an embedding task for the specified video URL using
the Marengo-retrieval-2.6 engine. It monitors the task progress and waits
for completion. Once done, it retrieves the task result and extracts the
embeddings along with their associated metadata.
Args:
video_url (str): The URL of the video to generate embeddings for.
Returns:
tuple: A tuple containing two elements:
1. list: A list of dictionaries, where each dictionary contains:
- 'embedding': The embedding vector as a list of floats.
- 'start_offset_sec': The start time of the segment in seconds.
- 'end_offset_sec': The end time of the segment in seconds.
- 'embedding_scope': The scope of the embedding (e.g., 'shot', 'scene').
2. EmbeddingsTaskResult: The complete task result object from Twelve Labs API.
Raises:
Any exceptions raised by the Twelve Labs API during task creation,
execution, or retrieval.
"""
# Create an embedding task
task = twelvelabs_client.embed.task.create(
engine_name="Marengo-retrieval-2.6",
video_url=video_url
)
print(f"Created task: id={task.id} engine_name={task.engine_name} status={task.status}")
# Define a callback function to monitor task progress
def on_task_update(task: EmbeddingsTask):
print(f" Status={task.status}")
# Wait for the task to complete
status = task.wait_for_done(
sleep_interval=2,
callback=on_task_update
)
print(f"Embedding done: {status}")
# Retrieve the task result
task_result = twelvelabs_client.embed.task.retrieve(task.id)
# Extract and return the embeddings
embeddings = []
for v in task_result.video_embeddings:
embeddings.append({
'embedding': v.embedding.float,
'start_offset_sec': v.start_offset_sec,
'end_offset_sec': v.end_offset_sec,
'embedding_scope': v.embedding_scope
})
return embeddings, task_result
Используйте функцию для генерации вкраплений для ваших видео:
# Example usage
video_url = "https://example.com/your-video.mp4"
# Generate embeddings for the video
embeddings, task_result = generate_embedding(video_url)
print(f"Generated {len(embeddings)} embeddings for the video")
for i, emb in enumerate(embeddings):
print(f"Embedding {i+1}:")
print(f" Scope: {emb['embedding_scope']}")
print(f" Time range: {emb['start_offset_sec']} - {emb['end_offset_sec']} seconds")
print(f" Embedding vector (first 5 values): {emb['embedding'][:5]}")
print()
Эта реализация позволяет генерировать вставки для любого URL-адреса видео, используя Twelve Labs Embed API. Функция generate_embedding обрабатывает весь процесс, начиная с создания задачи и заканчивая получением результатов. Она возвращает список словарей, каждый из которых содержит вектор встраивания вместе с его метаданными (временной диапазон и область применения). Не забудьте обработать возможные ошибки, такие как проблемы с сетью или ограничения API, в производственной среде. Возможно, вам захочется реализовать повторные попытки или более надежную обработку ошибок в зависимости от конкретного случая использования.
Вставка эмбеддингов в Milvus
После генерации вкраплений с помощью Twelve Labs Embed API следующим шагом будет вставка этих вкраплений вместе с их метаданными в нашу коллекцию Milvus. Этот процесс позволяет нам хранить и индексировать наши видеовставки для последующего эффективного поиска по сходству.
Вот как вставить вставки в Milvus:
def insert_embeddings(milvus_client, collection_name, task_result, video_url):
"""
Insert embeddings into the Milvus collection.
Args:
milvus_client: The Milvus client instance.
collection_name (str): The name of the Milvus collection to insert into.
task_result (EmbeddingsTaskResult): The task result containing video embeddings.
video_url (str): The URL of the video associated with the embeddings.
Returns:
MutationResult: The result of the insert operation.
This function takes the video embeddings from the task result and inserts them
into the specified Milvus collection. Each embedding is stored with additional
metadata including its scope, start and end times, and the associated video URL.
"""
data = []
for i, v in enumerate(task_result.video_embeddings):
data.append({
"id": i,
"vector": v.embedding.float,
"embedding_scope": v.embedding_scope,
"start_offset_sec": v.start_offset_sec,
"end_offset_sec": v.end_offset_sec,
"video_url": video_url
})
insert_result = milvus_client.insert(collection_name=collection_name, data=data)
print(f"Inserted {len(data)} embeddings into Milvus")
return insert_result
# Usage example
video_url = "https://example.com/your-video.mp4"
# Assuming this function exists from previous step
embeddings, task_result = generate_embedding(video_url)
# Insert embeddings into the Milvus collection
insert_result = insert_embeddings(milvus_client, collection_name, task_result, video_url)
print(insert_result)
Эта функция подготавливает данные для вставки, включая все необходимые метаданные, такие как вектор встраивания, временной диапазон и URL-адрес исходного видео. Затем она использует клиент Milvus для вставки этих данных в указанную коллекцию.
Выполнение поиска по сходству
После того как мы сохранили в Milvus наши вкрапления, мы можем выполнить поиск по сходству, чтобы найти наиболее релевантные сегменты видео на основе вектора запроса. Вот как реализовать эту функциональность:
def perform_similarity_search(milvus_client, collection_name, query_vector, limit=5):
"""
Perform a similarity search on the Milvus collection.
Args:
milvus_client: The Milvus client instance.
collection_name (str): The name of the Milvus collection to search in.
query_vector (list): The query vector to search for similar embeddings.
limit (int, optional): The maximum number of results to return. Defaults to 5.
Returns:
list: A list of search results, where each result is a dictionary containing
the matched entity's metadata and similarity score.
This function searches the specified Milvus collection for embeddings similar to
the given query vector. It returns the top matching results, including metadata
such as the embedding scope, time range, and associated video URL for each match.
"""
search_results = milvus_client.search(
collection_name=collection_name,
data=[query_vector],
limit=limit,
output_fields=["embedding_scope", "start_offset_sec", "end_offset_sec", "video_url"]
)
return search_results
# define the query vector
# We use the embedding inserted previously as an example. In practice, you can replace it with any video embedding you want to query.
query_vector = task_result.video_embeddings[0].embedding.float
# Perform a similarity search on the Milvus collection
search_results = perform_similarity_search(milvus_client, collection_name, query_vector)
print("Search Results:")
for i, result in enumerate(search_results[0]):
print(f"Result {i+1}:")
print(f" Video URL: {result['entity']['video_url']}")
print(f" Time Range: {result['entity']['start_offset_sec']} - {result['entity']['end_offset_sec']} seconds")
print(f" Similarity Score: {result['distance']}")
print()
Эта реализация делает следующее:
- Определяет функцию perform_similarity_search, которая принимает вектор запроса и ищет похожие вкрапления в коллекции Milvus.
- Использует метод поиска клиента Milvus для поиска наиболее похожих векторов.
- Указывает выходные поля, которые мы хотим получить, включая метаданные о совпадающих видеосегментах.
- Приводится пример использования этой функции с видеозаписью запроса: сначала генерируется ее вложение, а затем она используется для поиска.
- Выводит результаты поиска, включая соответствующие метаданные и оценки сходства.
Реализовав эти функции, вы создали полный рабочий процесс для хранения в Milvus вкраплений видео и выполнения поиска по сходству. Такая настройка позволяет эффективно находить похожий видеоконтент на основе мультимодальных вкраплений, созданных с помощью Twelve Labs's Embed API.
Оптимизация производительности
Итак, давайте выведем это приложение на новый уровень! При работе с крупными коллекциями видео производительность имеет ключевое значение. Для оптимизации мы должны реализовать пакетную обработку для генерации и вставки в Milvus. Таким образом, мы сможем обрабатывать несколько видео одновременно, значительно сокращая общее время обработки. Кроме того, мы можем использовать функцию разделения Milvus для более эффективной организации наших данных, возможно, по категориям видео или временным периодам. Это ускорит выполнение запросов, позволив нам искать только в соответствующих разделах.
Еще один прием оптимизации - использование механизмов кэширования для часто используемых вкраплений или результатов поиска. Это может значительно улучшить время отклика для популярных запросов. Не забывайте настраивать параметры индекса Milvus в зависимости от конкретного набора данных и шаблонов запросов - небольшая настройка может значительно повысить производительность поиска.
Расширенные возможности
Теперь давайте добавим несколько крутых функций, чтобы наше приложение выделялось на фоне других! Мы можем реализовать гибридный поиск, сочетающий текстовые и видеозапросы. На самом деле, Twelve Labs Embed API также может генерировать текстовые вставки для ваших текстовых запросов. Представьте, что пользователи могут ввести как текстовое описание, так и пример видеоклипа - мы сгенерируем вкрапления для обоих и выполним взвешенный поиск в Milvus. Это даст нам очень точные результаты.
Еще одним замечательным дополнением стал бы временной поиск внутри видео. Мы могли бы разбивать длинные видео на более мелкие сегменты, каждый из которых имел бы свой собственный эмбеддинг. Таким образом, пользователи могли бы находить конкретные моменты в видео, а не только целые клипы. И почему бы не включить базовую видеоаналитику? Мы могли бы использовать вкрапления для группировки похожих сегментов видео, выявления тенденций или даже определения выбросов в больших коллекциях видео.
Обработка ошибок и ведение журнала
Давайте признаем, что все может пойти не так, и когда это происходит, мы должны быть готовы. Реализация надежной обработки ошибок имеет решающее значение. Мы должны обернуть наши вызовы API и операции с базой данных в блоки try-except, предоставляя пользователям информативные сообщения об ошибках, когда что-то не получается. Если речь идет о сетевых проблемах, то повторные попытки с экспоненциальным отступлением помогут справиться с временными сбоями.
Что касается протоколирования, то это наш лучший друг для отладки и мониторинга. Мы должны использовать модуль протоколирования Python для отслеживания важных событий, ошибок и показателей производительности нашего приложения. Давайте установим различные уровни ведения журнала - DEBUG для разработки, INFO для общей работы и ERROR для критических проблем. И не забудьте реализовать ротацию журналов для управления размерами файлов. Благодаря правильному ведению журналов мы сможем быстро выявлять и устранять проблемы, обеспечивая бесперебойную работу нашего приложения для поиска видео даже при увеличении его масштаба.
Заключение
Поздравляем! Вы создали мощное приложение для семантического поиска видео, используя API Embed от Twelve Labs и Milvus. Эта интеграция позволяет обрабатывать, хранить и извлекать видеоконтент с беспрецедентной точностью и эффективностью. Используя мультимодальные вкрапления, вы создали систему, которая понимает нюансы видеоданных, открывая захватывающие возможности для обнаружения контента, рекомендательных систем и расширенной видеоаналитики.
Продолжая разрабатывать и совершенствовать свое приложение, помните, что сочетание передовой генерации вкраплений Twelve Labs и масштабируемого векторного хранилища Milvus обеспечивает надежную основу для решения еще более сложных задач понимания видео. Мы призываем вас экспериментировать с обсуждаемыми расширенными возможностями и расширять границы возможного в области поиска и анализа видео.