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论多媒体数据库的关键技术问题
作者:曹会文  时间:2007/11/25 12:34:00  来源:论文天下论文网
[摘 要]多媒体数据库技术是计算机技术的重要组成部分,它能够同时获取、处理、编辑、存储和展示文字、声音、影像、图形等不同媒体,同时它具有多样性、集成性和交互性等特点。只有解决好多媒体的关键性技术问题,才能得到广泛应用,促进它更快发展。

[关键词]多媒体数据库;数据模型;面向对象;分布式数据库


1多媒体数据模型

多媒体数据模型主要采用文件系统管理方式、扩充关系数据库的方式和面向对象数据库的方式。

1.1文件系统管理方式

多媒体资料是以文件的形式在计算机上存储的,所以用各种操作系统的文件管理功能就可以实现存储管理。Windows的文件管理器或资源管理器不仅能实现文件的存储管理,而且还能实现有些图文资料的修改,演播一些影像资料。为了方便用户浏览多媒体资料,出现很多的图形、图象浏览工具软件。有些在Windows95下的浏览软件还和资源管理器结合起来,如ACDSee工具软件不仅可浏览BMP、GIF、JPEG、PCX、Photo-CD、PNG、TGA、TIFF and WMF 格式的图像,而且还具备资源管理器的查询、删除、复制等功能。如多功能影像处理及管理软件ImagePals,是在Windows 上影像工具软件,ImagePals提供了电子相簿(Album)、影像编辑(Image Editor)和屏幕捕捉(Screen Capture)等功能,此外还具有视窗及CD浏览器等。电子相薄(Album)是一个很具特色的应用程序,能对文件进行迅速、可视性的管理。文件系统方式存储简单,当多媒体资料较少时,浏览查询还能接受,但演播的资料格式受到限制,最主要的是当多媒体资料的数量和种类相当多时,查询和演播就不方便了。

1.2扩充关系数据库的方式

数据库的出现是为了解决文件管理数据的不足,同样,为了解决管理多媒体数据,人们很容易地会想到使用数据库。传统的关系数据模型建立在严格的关系代数的基础上的,解决了数据管理的许多问题,目前基于关系模型的数据库管理系统仍然是主流技术。但是平坦化的数据类型不适于表达复杂的多媒体信息,文本、声音、图像这些非格式化的数据是关系模型无法处理的;简单化的关系也会破坏媒体实体的复杂联系,丰富的语义性超过了关系模型的表示能力。出于保护原有投资市场的考虑,全球几家大的数据库公司都已将原有的关系数据库产品加以扩充,使之在一定程度上能支持多媒体的应用。用关系数据库存储多媒体资料的方法一般是:

1.2.1用专用字段存放全部多媒体文件;

1.2.2多媒体资料分段存放在不同字段中,播放时再重新构建;

1.2.3文件系统与数据库相结合,多媒体资料以文件系统存放,用关系数据库存放媒体类型、应用程序名、媒体属性、关键词等。

1.3面向对象数据库的方式

关系数据库在事物管理方面获得了巨大的成功,它主要是处理格式化的数据及文本信息。由于多媒体信息是非格式化的数据,多媒体数据具有对象复杂、存储分散和时空同步等特点,所以尽管关系数据库非常简单有效,但用其管理多媒体资料仍不太尽如人意。而面向对象数据库是指对象的集合、对象的行为、状态和联系是以面向数据模型来定义的。面向对象的概念是新一代数据库应用所需的强有力的数据模型的良好基础。面向对象的方法最适合于描述复杂对象,通过引入封装、继承、对象、类等概念,可以有效地描述各种对象及其内部结构和联系。多媒体资料可以自然地用面向对象方法所描述,面向对象数据库的复杂对象管理能力正好对处理非格式多媒体数据有益;根据对象的标识符的导航存取能力有利于对相关信息的快速存取;封装和面向对象编程概念又为高效软件的开发提供了支持。面向对象数据库方法是将面向对象程序设计语言与数据库技术有机地结合起来,是开发的多媒体数据库系统的主要方向。

为高效管理多媒体数据,基于关系数据库的应用系统逐渐演变到多媒体数据库管理系统用面向对象的概念扩充关系数据库。用面向对象的高级语言扩展基本关系类型,使其支持复杂对象,并对关系模型提供的操作加以扩充,利用关系数据库的优势管理多媒体资料。

2 数据的压缩和解压缩

由于多媒体信息,如声音、图像目前国际上的压缩标准有:

JPEG(Joint Photographic Experts Group),是由国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的。适合于连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像的国际标准。



MPEG(Moving Picture Experts Group),是ISO/IEC委员会的第11172号标准草案,包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分。MPEG要考虑到音频和视频的同步,联合压缩后产生一个电视质量的视频和音频、压缩形式的位速为1.5Mbps的单一流。

P×64,是CCITT的H.261号建议,P为可变参数,取值范围是1~30。该标准的目标是可视电话和电视会议,它可以覆盖整个ISDN(综合业务数字网)信道。当P=1或2时,只支持每秒帧数较少的视频电话,P>6时可支持电视会议。
  P×64标准和MPEG标准的数据压缩技术有许多共同之处,但P×64标准是为适应各种通道容量的传输,而MPEG标准是用狭窄的频带实现高质量的图像画面和高保真的声音传送。

3 多媒体数据的存储管理和存取方法

如何有效地按照多媒体数据的特性去存取多媒体数据呢?利用常规关系数据库管理系统来管理多媒体数据已经不能适应了,基于内容的多媒体信息检索研究应运而生。它支持其他多媒体信息技术,如超媒体技术、虚拟现实技术、多媒体通信网络技术等。多媒体内容的处理分为三大部分:内容获取、内容描述和内容操纵。也可将其看成是内容处理的三个步骤,即先对原始媒体进行处理,提取内容,然后用标准形式对它们进行描述,以支持各种内容的操纵。

内容获取(Populating) 通过对各种内容的分析和处理而获得媒体内容的过程。多媒体数据具有时空特性,内容的一个重要成分是空间和时间结构。内容的结构化(Structuring)就是分割(Segmenting)出图像对象、视频的时间结构、运动对象,以及这些对象之间的关系。特征抽取(Extraction)就是提取显著的区分特征和人的视觉(Visual)、听觉(Auditory)方面的感知特征来表示媒体和媒体对象的性质。

----内容描述(Description) 描述在以上过程中获取的内容。目前,MPEG-7专家组正在制定多媒体内容描述标准。该标准主要采用描述子(Descriptor) 和描述模式(Scheme) 来分别描述媒体的特性及其关系。

----内容操纵(Manipulating) 针对内容的用户操作和应用。有许多这方面的名词和术语。查询(Query)是面向用户的术语,多用于数据库操作。检索 (Retrieval) 是在索引(Index)支持下的快速信息获取方式。搜索(Search)常用于Internet的搜索引擎,含有搜寻的意思,又有在大规模信息库中搜寻信息的含义。

摘要(Summarization, Excerpt)对多媒体中的时基媒体(如视频和音频)是一种特殊的操作。我们熟知文献摘要的含义,在内容技术支持下,也可以对视频和音频媒体进行摘要,获得一目了然的全局视图和概要。同样,用户可以通过浏览(Browsing) 操作,线性或非线性地存取结构化的内容。另外,基于内容的技术不仅仅用在多媒体信息的检索和搜索方面,检索仅仅是信息存取的一个方面。过滤(Filtering)就是与检索相反的一种信息存取方式。用过滤技术可以实现个人化的信息服务。

4 分布式数据库技术

分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展起来的,是数据库技术与计算机网络技术的产物。分布式数据库系统是具有管理分布数据库功能的计算机系统。一个分布式数据库是由分布于计算机网络上的多个逻辑相关的数据库组成的集合,网络中的每个结(一般在系统中的每一台计算机称为结点node)具有独立处理的能力(称为本地自治),可执行局部应用,同时,每个结点通过网络通讯系统也能执行全局应用。所谓局部应用即仅对本结点的数据库执行某些应用。所谓全局应用(或分布应用)是指对两个以上结点的数据库执行某些应用。支持全局应用的系统才能称为分布式数据库系统。对用户来说,一个分布式数据库系统逻辑上看如同集中式数据库系统一样,用户可在任何一个场地执行全局应用。分布式数据库具有如下特点:

4.1本地自治(Local Autonomy);

4.2不依靠一个中心站点;

4.3能连续操作;它也是数据库技术的一个发展方向。

5 结 语

多媒体数据库技术随着计算机技术的发展显得越来越重要,应用领域会更加广阔,现在通信技术也得到突飞猛进的发展,以它为基础的多媒体数据库技术将改变我们未来的生活。
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[本文关键字] 多媒体数据库 数据模型 面向对象 分布式数据库 多媒体 数据库 技术问题
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