多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

陳 華

華東交通大學(xué)理工學(xué)院，江西 南昌 330000

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息處理成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主要方向。數(shù)據(jù)量大，內(nèi)容復(fù)雜，而且要解決數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)保密等問題，推動(dòng)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)生。20世紀(jì)90年代以來，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)庫的需求及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的局限性使數(shù)據(jù)庫技術(shù)向非傳統(tǒng)應(yīng)用方面，即第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展，產(chǎn)生了新的智能數(shù)據(jù)庫、知識(shí)數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫和可擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫等。其中多媒體數(shù)據(jù)庫是90年代成為數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的熱點(diǎn)的。

媒體是信息的載體，多媒體是指多種媒體，如數(shù)字、文本、圖形、圖像和聲音的有機(jī)集成，而不是簡(jiǎn)單的組合。其中數(shù)字、字符等稱為格式化數(shù)據(jù)；文本、圖形、圖像、聲音、視頻等稱為非格式化數(shù)據(jù)，非格式化數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、處理復(fù)雜等特點(diǎn)。多媒體數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)格式化和非格式化的多媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和查詢。新型數(shù)據(jù)模型的發(fā)展，特別是擴(kuò)展的關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ?，意味著非格式化?shù)據(jù)的應(yīng)用需要更豐富結(jié)構(gòu)表示(如多媒體)的問題將能得到解釋。而計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、Internet技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，使得多媒體數(shù)據(jù)庫(MDB)能夠?qū)崿F(xiàn)。

1 多媒體數(shù)據(jù)庫的基本技術(shù)

1）數(shù)據(jù)模型。建立數(shù)據(jù)庫模型是實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵。目前實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)庫管理的途徑主要有4種：基于關(guān)系的模型，基于面向?qū)ο蟮哪Ｐ?，基于超文本模型或超媒體方法，開發(fā)全新的數(shù)據(jù)模型。這些都需要使用與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模。其中，基于超文本模型以此來現(xiàn)對(duì)多媒體的描述及操縱。在面向?qū)ο笳Z言中嵌入數(shù)據(jù)庫功能而形成多媒體數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵是如何在面向?qū)ο笳Z言中增加對(duì)持久性對(duì)象的存儲(chǔ)管理。此種方法亦受面向?qū)ο蠓椒ǖ南拗啤ｉ_發(fā)全新的數(shù)據(jù)模型從底層實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該方法首先建立一個(gè)包含面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫核心概念的數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的語言和相應(yīng)的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心。這種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、效率高，但難度大。

2）數(shù)據(jù)的壓縮與還原。多媒體的數(shù)據(jù)要占據(jù)很大的空司，如一段2mm左右的音樂要占據(jù)數(shù)十KB至數(shù)百KB的存儲(chǔ)空間，而一幅圖像則根據(jù)分辨率和尺寸要占據(jù)數(shù)MB至數(shù)十MB的存儲(chǔ)空間。所以，必須在存儲(chǔ)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，重放時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)還原。

3）存儲(chǔ)管理扣存取方法。動(dòng)態(tài)聲音和圖像形成的大對(duì)象即使進(jìn)行了壓縮，存儲(chǔ)量也十分驚人。大對(duì)象一般是進(jìn)行分頁面進(jìn)行管理的。

4）用戶界面。由于在多媒體計(jì)算機(jī)中增加了聲音和圖像接口，所以多媒體數(shù)據(jù)庫應(yīng)提供更加友好的用戶界面。多媒體宿主語言調(diào)用、SQL語言以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都將使用戶方便地接受和反饋信息。

5）分布式技術(shù)。傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)在管理多媒體數(shù)據(jù)時(shí)已不能滿足要求。我們不僅要解決數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)壓縮等問題，還必須解決多媒體數(shù)據(jù)集成和異構(gòu)全局多媒體數(shù)據(jù)語言查詢等問題。同時(shí)，多媒體數(shù)據(jù)對(duì)寬帶也有要求。

2 多媒體數(shù)據(jù)庫的幾種實(shí)現(xiàn)方法

1）完善面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。完善面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫使之適應(yīng)多媒體數(shù)據(jù)處理，以便逐步為用戶接受。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型中的對(duì)象、屬性、方法、消息及對(duì)象類的層次結(jié)構(gòu)和繼承等特點(diǎn)使其能夠較好地解決多媒體信息管理面臨的問題，因此受到人們的重視；

2）從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型發(fā)展多媒體數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——關(guān)系代數(shù)上，它為數(shù)據(jù)庫用戶提供了一種高級(jí)的、集合式的非過程數(shù)據(jù)庫語言，在常規(guī)數(shù)據(jù)的信息管理中發(fā)揮了巨大的作用。發(fā)展至今，關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型已具有了成熟的理論基礎(chǔ)、完備的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，但是當(dāng)它面對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域所涉及到的圖形、圖像、文字、聲音、動(dòng)畫時(shí)便顯得無法適應(yīng)。因此，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型為適應(yīng)多媒體數(shù)據(jù)的處理要求，必須從概念和體系結(jié)構(gòu)上作較大的擴(kuò)展和修改；

3）分布式超媒體數(shù)據(jù)庫。分布式超媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一種以超媒體信息管理技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式系統(tǒng)。由于多媒體數(shù)據(jù)具有形象直觀、語義豐富和時(shí)空關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)，并且若是在分布式環(huán)境下，則還必須將多媒體信息通過網(wǎng)絡(luò)予以分布，這將使得多媒體的空間同步或表現(xiàn)建模變得更為復(fù)雜，分布式超媒體數(shù)據(jù)庫表現(xiàn)的功能特點(diǎn)能較好地解決這些問題。分布式超媒體數(shù)據(jù)庫用超媒體結(jié)點(diǎn)和鏈分別描述實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。它是按主題、節(jié)點(diǎn)名和媒體對(duì)象做查詢對(duì)象，基于內(nèi)容的查詢可向用戶提供良好的人機(jī)交互方式，同時(shí)它采用超媒體瀏覽導(dǎo)航機(jī)制，除了具有一般的查詢功能以外，還具有瀏覽過濾功能，能自動(dòng)確定用戶感興趣的主題，采用宏文獻(xiàn)結(jié)構(gòu)來支持大型數(shù)據(jù)庫分布到網(wǎng)上。

4 多媒體數(shù)據(jù)庫的實(shí)例

1）圖像數(shù)據(jù)庫。圖像數(shù)據(jù)庫中的圖像和圖形具有一些不同于常規(guī)數(shù)據(jù)類型的特征，即數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，尺寸是可變的，數(shù)據(jù)量有大有小。所有的圖像與常規(guī)的字符數(shù)據(jù)平等處理，但圖像對(duì)象和特征的辨認(rèn)是不精確的，對(duì)圖像內(nèi)容的不精確的描述自然意味著查詢的不精確匹配。

2）視頻數(shù)據(jù)庫。一般認(rèn)為，用面向?qū)ο蠓椒ㄟm合于視頻數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)建模框架，為了從視頻數(shù)據(jù)庫中調(diào)出派生的場(chǎng)景，需要對(duì)每一場(chǎng)景進(jìn)行語義描述，所以模型中必須有減少場(chǎng)景描述程度的機(jī)制。不同的建?？蚣軐?duì)查詢語言影響較大，有關(guān)查詢語言的功能問題不能與數(shù)據(jù)模型剝離開來，對(duì)取出的場(chǎng)景在規(guī)定時(shí)間內(nèi)重放是必要的，利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行視頻索引將豐富視頻數(shù)據(jù)庫的檢索功能。我們需要開發(fā)一種新的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以保證最低的數(shù)據(jù)傳輸速度，不管被訪問的視頻圖像有多大，也不管用戶的數(shù)量有多大，視頻圖像的發(fā)送系統(tǒng)要求存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大且有足夠的帶寬傳輸，必須保證最低的傳輸速度，以保證圖像的質(zhì)量要有不同于傳統(tǒng)的事務(wù)管理方法，主要保證數(shù)據(jù)的添加。

3）音頻數(shù)據(jù)庫。在音頻數(shù)據(jù)庫中，對(duì)音頻數(shù)據(jù)如何存放才能方便分析、而且對(duì)音頻數(shù)據(jù)的檢索是音頻數(shù)據(jù)庫成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存放和處理方式是無法滿足這些要求的。

由于多媒體數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)字、字符、文字、圖形、圖像、語音處理和影視處理與數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立性、安全性等優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，使得多媒體數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用前景十分廣泛。

[1]李波.一種多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、檢索的新方法[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2000(2).

[2]諸峰.數(shù)據(jù)庫技術(shù)在現(xiàn)代應(yīng)用中的發(fā)展.21世紀(jì)青年學(xué)者論壇,2005,24(2).