（计算机应用技术专业论文）面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用.pdf

面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与廊用 中文摘要 _ ”( 随着多媒体技术的出现，计算机的应用领域进一步拓宽，如计 算机广泛应用于电视会议、可视电话、商场导购、导游、计算机辅 助集成制造系统( c i m s ) 、地理信息系统( g i s ) 、计算机辅助教学 ( c a i ) 等。随着新的应用领域不断涌现和人们对复杂数据管理提 出的要求不断增加，对数据库管理系统( d b m s ) 的要求也越来越 高。 多媒体数据库自1 9 8 3 年由d ts i c h h r i t z i s ，s c h r i s t o d o u l a k i s 等 人提出概念以来，已经历了1 0 多年的发展，已有一些原型诞生。人 们正在积极研究多媒体数据库的各项技术及实现方案。但对多媒体 数据库研究仍处于摸索和发展阶段，还不完善和成熟。由于以关系 代数作为其理论基础的关系型数据库管理系统发展较为完善，所以 目前比较常用的多媒体数据库实现方式是：在关系模型的基础上加 以扩充和改造，借助文件系统和过程函数等来实现对非格式化数据 的管理。这种方式只实现多媒体数据的存取，但对多媒体数据对象 之间的空间关系、时间关系和语义关系不作模拟，因而不能对多媒 体d b m s 进行更多的语义上、时空上的处理。 于是人们在数据库域中引入面向对象的数据模型和方法，就出 现了面向对象数据库( o o d b ) 。o o d b 是一种可扩充的数据模型，它吸 收了语义数据模型的抽象机制，又借鉴了面向对象程序设计语言和 抽象数据结构的思想，能够更好地描述复杂的对象，更好地维护对 象语义信息。面向对象方法更接近人类思维方式，科学地描述了各 种对象及其内在结构和联系，适于表示和处理多媒体信息，是解决 多媒体数据库较为科学的方法和工具。7 文章通过对扩充关系模型、面向对象模型和超媒体模型三种多 媒体数据库的数据模型实现方式进行比较总结，并结合公安线索系 统的实际情况，提出了面向对象多媒体数据库的数据模型，然后使 用对象数据库j a s m i n e 工具，结合多媒体的应用和面向对象技术的 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 方法对模型加以实现。最后，文章将该模型应用于上海公安刑侦线 索系统，并加以验证。 本课题以上海市公安局刑侦线索系统为项目背景，使用美国c a 公司的纯面向对象数据库j a s m i n e 来解决线索系统中实现复杂对象 及对象间的关系的难题，并建立了公安线索多媒体数据库。这将使 计算机在公安领域的应用得到更大的扩展，从而大大提高公安业务 工作的质量和效率，加快整个公安工作现代化的步伐。 关链词：面向对象，多媒体数据库，数据模型，u 扎 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n i no b j e c t o r i e n t e dm u l t i m e d i a d a t a b a s e s y s t e m o fp o l i c e i n v e s t i g a t i o n a b s t r a c t w i t ht h e a p p e a r a n c e o f m u l t i m e d i a t e c h n o l o g y , t h ec o m p u t e ra p p l i c a t i o n f i e l dh a sb e e nm o r ee n l a r g e d n e wa p p l i c a t i o n sc o n t i n u a l l ye m e r g ei n t e l e v i s i o n c o n f e r e n c e ，v i d e o - t e l e p h o n e ，v i r t u a ls h o p p i n g g u i d a n c e ， c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r e s y s t e m ( c i m s ) ，g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) ，c o m p u t e r a i d e di n s t r u c t i o n ( c a i ) a n ds o o n a n d n e w r e q u i r e m e n t s o n m a n a g i n gc o m p l i c a t e dd a t aa n d o nf u n c t i o n so f d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m a r eb r o u g h tf o r w a r d t h ec o n c e p to fm u l t i m e d i ad a t a b a s ew a s b r o u g h tf o r w a r db yd t s i c h h r i t z i sa n ds c h r i s t o d o u l a l d s i th a sb e e n d e v e l o p e da b o u t t e ny e a r s ， a n dh a ss o m e p r o t o t y p es y s t e m m a n y r e l a t e dt e c h n o l o g yi sr e s e a r c h i n g ， b u tm u l t i m e d i ad a t a b a s ei ss t i l l p r i m a r y a sr d b m s b a s e do nr e l a t i o n a l g e b r a h a sb e e n d e v e l o p e dq u i t ep e r f e c t l y ，n o w t h em o s t p o p u l a r i m p l e m e n t s o l u t i o ni s e x t e n d i n g a n d r e f o r m i n g t h er e l a t i o n m o d e l ， r e c u r r i n g t of i l e s y s t e ma n dp r o c e d u r e t o m a n a g eu n f o r m a t t e d d a t a h o w e v e r , t h i ss o l u t i o nc a l lo n l ya c c e s st h em e d i ad a t a ，i tc a nn o ts i m u l a t e a n d p r o c e s s t h es p a c er e l a t i o n ，t i m er e l a t i o na n ds e m a n t i cr e l a t i o nb e t w e e n t h em u l t i m e d i ad a t a o b j e c t s s ot h e o b j e c t o r i e n t e dm o d e la n dm e t h o dw a sb r o u g h ti n t ot h e d a t a b a s ef i e l d ，c o m et oo o d b o o d bi sa ne x t e n d a b l ed a t am o d e l i t ， a b s o r b i n gt h ea b s t r a c tm e t h o do fs e m a n t i cd a t am o d e la n do fo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g l a n g u a g e ，c a nb e r e rd e s c r i b ec o m p l i c a t e do b j e c t s a n d k e e p t h es e m a n t i ci n f o r m a t i o no f o b j e c t s t h eo b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d i sc l o s e rt ot h eh u m a n s t h i n k i n gm a n n e r , a n d c a l ls c i e n t i f i c a l l yd e s c r i b ea l l k i n do f o b j e c t sa n di t si n n e rs t r u c t u r e ，i sf i tf o re x p r e s s i n ga n dp r o c e s s m e d i a i n f o r m a t i o n ，b e i n gam o r es c i e n t i f i cm e t h o d t or e a l i z em u l t i m e d i a d a t a b a s e w i mt h ec o m p a r i n gt h et h r e es o l u t i o no f m u l t i m e d i ad a t a b a s e e x t e n d e dr e l a t i o nm o d e l ，o b j e c t - o r i e n t e dm o d e la n d s u p e r - m e d i am o d e l t h i s p a p e rb r i n g sf o r w a r do b j e c t - o r i e n t e dm u l t i m e d i ad a t a b a s em o d e l a c c o r d i n g t ot h e r e q u i r e m e n to f p o l i c ei n v e s t i g a t i o ns y s t e m ，t h e nc o m b i n e t h em u l t i m e d i a a p p l i c a t i o na n do b j e c t o r i e n t e dm e t h o dt or e a l i z et h e m o d e l a tt h ee n d ，t h e p a p e ra p p l i e st h i sm o d e l t ot h ep o l i c ei n v e s t i g a t i o n s y s t e mo fs h a n g h a it op r o v ei t sv a l i d i t y t h i s p a p e r , t a k i n g t h e p r o j e c t o fp o l i c e i n v e s t i g a t i o ns y s t e mo f s h a n g h a ia s b a c k g r o u n d ，m a k i n g u s eo ft h ep u r e o b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s e r e l e a s e d b yc a ，r e s o l v et h eh a r dp r o b l e mo fe x p r e s s i n g c o m p i c a t e d o b j 。c t sa n dt h e i rr e l a t i o n i tw i l le n l a r g et h ec o m p u t e r a p p l i c a t i o ni nd o i l c e s y s t e m ，i m p r o v et h eq u a l i t ya n d e f f i c i e n c yo f p o l i c ew o r k ，a n d q u i c k e n t h e p r o c e s so f m o d e r n i z a t i o ni np o l i c ed e p a r t m e n t w a n gw e i q i a n g ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e d b y ：s u nl i ，c h e nj i a x u n k e y w o r d s ：o b j e c t - o r i e n t e d ，m u l t i m e d i ad a t a b a s e ，d a t am o d e l ，u m l 4 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 引言 随着计算机多媒体技术的日益推广，人们对各种复杂媒体数据 管理提出的要求不断增加，对数据库管理系统( d b m s ) 的要求也 越来越高，于是就出现了多媒体数据库。 多媒体数据库的概念自1 9 8 3 年由d ts i c h h r i t z i s ，s c h r i s t o d o u l a k i s 等人提出至今，已经历了1 0 多年的发展，目前已有 不少的成果。但人们对多媒体数据库研究仍处于摸索和发展阶段， 还不完善和成熟。经过研究，目前在实际应用中以扩充关系模型的 多媒体数据库占多数。但是由于多媒体中非结构化信息的特点和关 系数据库固有的缺陷，更适于采用面向对象模型来实现多媒体数据 库。 但目前人们对面向对象多媒体数据库系统的研究大多还停留在 理论阶段，而没有实现过程。本文充分利用美国c a 公司的面向对象 数据库j a s m i n e 工具，根据多媒体数据的特点和实际应用的需求， 将面向对象的多媒体数据库的数据模型分为四层，使每层实现不同 功能，从而简化了多媒体数据库对非结构化数据的存储、管理和表 示，更好地维护多媒体对象地语义信息。文本提供该数据模型各层 的详细实现过程，并将其应用于公安线索系统加以验证。 文章第一章首先介绍了多媒体技术的基本概念，及其今后的发 展。而多媒体数据库技术是多媒体数字化的一个重要方向。其后介 绍了多媒体数据库的概念、基本功能和关键技术。第二章分别比较 和评价了三种主要的多媒体数据库数据模型的特点、优势和不足， 论述了它们的实现途径，指出用面向对象数据模型来实现多媒体数 据库较为理想。第三章介绍了面向对象数据库j a s m i n e 及其相关技 术。第四章结合多媒体的应用和面向对象技术的特点，提出面向对 象的多媒体数据库的数据模型，并利用对象数据库j a s m i n e 为工具， 详细介绍模型的实现过程。第五章介绍了的公安线索多媒体数据库 系统的系统框架、建模过程和页面设计等过程。该系统是建立在多 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 媒体数据库的基础上的应用，同时也从验证了前面提出的理论与方 法。 本文所中提出的技术和方法，很多是带有探索性质的，尚有不少 深度领域没有触及，相信随着研究的深入，本文提出的技术观点会 得到修正和改善。希望各位专家老师能多提宝贵意见。 面向对蒙的公安线索多媒体数据库系统的研究与心用 第一章多媒体技术和多媒体数据库的发展 1 1 多媒体技术 多媒体技术是2 0 世纪9 0 年代计算机技术的主要特征，也是计 算机发展史上的一次重要革命。它使计算机具有综合处理声音、文 字、图像和视频的能力，它以形象丰富的声、文、图信息和方便的 交互性，极大地改善了人机界面，改变了使用计算机的方式，从而 为计算机进入人类生活和生产的各个领域打开了方便之门，给人们 的工作、生活和娱乐带来了深刻的变化。 1 1 1 多媒体和多媒体技术概念 什么是多媒体呢? 媒体( m e d i u m ) 是指人们用于表达、传播、交 换信息的手段或媒介。书籍、报刊、广播、电影、电视等都是媒体。 国际上通常将媒体分为五种：感觉媒体( 如动画和声音) 、表示媒体 ( 如文字) 、显示媒体( 如显示器) 、存储媒体( 如磁盘和光盘) 和 传输媒体( 如卫星通讯) 。 从广义上讲，多媒体是指“可以处理、存储并传播文字、图形 图像、声音和视频等多种信息的综合媒体”。例如电视和电影通过文 字、声音、图形图像、动画等多种媒体手段，向用户传播了生动的 信息等，也可称为多媒体。 而狭义上的多媒体是指“基于计算机的、集各种媒体于一身的、 向用户传播生动信息的综合媒体”。也就是说多媒体是“利用计算机 的图形( i m a g e ) 、动画( a n i m a t i o n ) 、视频( v i d e o ) 、音频( a u d i 0 ) 和文本( t e x t ) 的采集和编辑等多种功能，将信息通过编辑、合成、 存储等技术处理后所形成的能够以交互方式向用户输出各种信息的 综合媒体”，因此也称为计算机多媒体。 作为计算机多媒体，其主要有以下三个特征： ( 1 ) 计算机性，所有的操作必须借助计算机完成，计算机是多媒 体的第一基础； 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与成用 ( 2 ) 整体性，多媒体是各种信息组合的有机整体； ( 3 ) 交互性，信息采用交互方式输出，用户通过键盘、鼠标操作 和语音输人等方式与计算机对话，随机性控制信息输出的进程与方 向。 什么使多媒体技术呢? 多媒体技术通常指多媒体计算机技术 ( m u l t i m e d i ac o m p u t i n gt e c h n o l o g y ) ，其定义为：计算机综合处 理多媒体信息：文本、图形、图像、音频和视频，使多种信息建立 逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。 1 多媒体技术增强了计算机的信息处理能力，使得计算机系统能 以人类习惯的方式提供信息服务。由多媒体计算机技术构成的信息 系统，我们称之为多媒体系统。概括地说，多媒体系统具有三大特 点： ( 1 ) 集成性：多媒体系统与用户交流的信息是声图文并茂的。 而这些信息来自于多种信源。如视频设备，音频设备以及计算机本 身。 ( 2 ) 交互性：传统的信息媒介，如电视、广播等，人们只能调 节接收频率，却无法控制其内容。而以计算机为平台的多媒体系统， 不仅能提供电视、广播的信息服务，而且人可以通过对计算机编程 与计算机对话，从而成为人机交流中的主动者。虽然目前这种交流 中的交互能力还受到计算机技术的限制，机器还没有足够的智能更 好地理解用户，但是多媒体计算机系统扩大了这种交流的形式，提 供了更好的交互能力。 ( 3 ) 数字化：虽然当前多媒体技术的发展不拘一格，但从计算 机技术的角度看，多媒体技术必将走向全数字化的道路。这意味着 各种信息、图像、文字、声音等都将以数字化的形式存贮和处理。 只有这样，才能真正对信息进行控制，并将各种信息融为一体。 多媒体技术为计算机拓宽了应用领域，它将把计算机从办公 室、互联网、带到家庭、商业、教育、娱乐等生活中的各个领域。 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 1 1 2 多媒体技术的应用 多媒体在通信系统中的应用 多媒体技术使计算机能同时处理视频、音频和文本等多种信息； 网络通信技术打消了地域限制，提高了信息的瞬时性；多媒体通信 技术把两者结合在一起。目前，多媒体通信仍处于起步阶段，主要 应用于可视电话、视频会议、多媒体邮件等。 多媒体信息服务 多媒体信息服务系统综合处理文字、图形、影像、动画和音频 等信息。使之在不同的界面上流通，并具有传送、转换及同步功能。 目前，主要应用如；多媒体电子出版物；软件出版网上信息服务等。 多媒体在工业领域中的应用 多媒体技术在工业生产实时监控，尤其在生产现场设备故障诊 断和生产过程参数监测等方面有着重大的实际应用价值。在一些危 险环境中，多媒体实时监控系统将起到重要的作用。在今后几年中多 媒体技术、特别是分布式多媒体系统在工业监控系统中一定会得到 普通重视。 多媒体在医疗中的应用 多媒体医疗影像系统在媒体种类、媒体介质、媒体存储及管理 方式、诊断辅助信息、直观性和实时性等方面都使传统诊断技术相 形见绌。多媒体数据库技术从根本上解决了医疗影像的存储管理问 题。多媒体和网络技术的应用还使远程医疗从理想变成现实，这 必将极大地改善人类的医疗条件，提高医疗水平。 多媒体在教学中的应用 多媒体教学方式符合人们的认知规律，扩充了教学手段。通过 多媒体的模拟功能，可以把由于受条件限制无法直接展示的东西， 用多媒体形式展示出来。多媒体教学方式既可模拟现象，又可模拟 过程。对实验性强的学科而言，可以让学生先在计算机上模拟，然 后再真实地作实验，既减少了实验器材的不必要损坏，也使学生节 血向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 省了实验时间。许多中小学都在考虑建立多媒体教室，着手开展网 上教学，建立网校。可以预见，今后多媒体技术必将越来越多地应 用于现代教学实践中，并将推动整个教育事业的发展。 多媒体在公安系统中的应用 多媒体技术现已逐渐应用到一些公安信息管理系统中。如派出 所综合管理系统，重点人口管理系统等，增加了人物图像显示。指 纹识别，语音识别等多媒体技术的成熟发展不仅能方便公安犯罪人 员信息管理，还能为公安刑侦破案提供可靠的理论依据，大大提高 了公安人员的工作效率。因此，多媒体技术引入将进一步提高我国 公安计算机的应用水平。 1 1 3 多媒体技术发展趋势 数字化和协同化是多媒体技术的主要发展趋势，前者的发展如 多媒体数据库技术的发展、多媒体信息检索技术和多媒体搜索引擎 技术的发展、多媒体信息发布和出版技术( 包括电子商务技术) 的发 展、数字图书馆技术的发展，等等。后者如协同工作环境、协同远 超学习环境、远程医疗环境、移动工作环境、虚拟环境，等等。随 着多媒体技术的应用不断深入，两者的互动发展将成为未来多媒体 技术的主要发展趋势。 1 数字化 随着i p 电话、数字电视、m p 3 播放器的出现，多媒体技术和数 字化技术逐渐结合起来。其中多媒体数字化技术的核心是数字图书 馆技术，其基础是多媒体数据库技术。当然，这里讲的是一个广义 的数字图书馆技术，它涉及多媒体信息的管理、检索、维护和基于 w e b 的出版技术等。此外，作者认为在数字化技术中，多媒体计算 机充分利用计算机的快速运算能力，综合处理声、文、图信息，用 交互弥补了计算机智能的不足。因此，进一步发展计算机对多媒体 信息的处理智能化，是多媒体数字化的一个重要要求。 2 协同化 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 目前多媒体计算机硬件体系结构、多媒体计算机的视频音频接 口软件不断改进，尤其是采用了硬件体系结构和软件、算法相结合 的方案，使多媒体计算机的性能指标进一步提高。多媒体计算机的 发展中，还有一些问题有待解决，如：要满足计算机支撑的协同工 作环境( c s c w - - - - c o m p u t e rs u p p o s e d c o l l a b o r a t i v ew o r k ) 的要求， 还需进一步的研究；多媒体信息空间的组合方法，要解决多媒体信 息交换，信息格式的转换以及组合策略；由于网络延迟，存储器的 存储等待，传输中的不同步以及多媒体等时性的要求等，因此还需 要解决多媒体信息的时空组合问题，系统对时间同步的描述方法以 及在动态环境下实现同步的策略和方案。这些问题解决后，多媒体 计算机将形成更完善的计算机支撑的协同工作环境，消除了空间距 离的障碍，也消除了时间距离的障碍，为人们提供更完善的信息服 务。 1 2 多媒体数据库 1 2 1 多媒体对数据库的影响 多媒体数据库的概念自1 9 8 3 年由d ts i c h h r i t z i s s c h r i s t o d o u l a k i s 等人提出至今，已经历了1 0 多年的发展，而且已 有一些原型诞生。多媒体数据库与其他数据库相比，它强调的是信 息载体的多样性、交互性以及集成性。对各种各样的信息进行管理、 运用和共享的数据库就是多媒体数据库。 2 1 目前，多媒体数据主要 指文本、图形、声音、视频等多种形式数据的综合。对多媒体数据， 应当把它当成一个整体来研究，因为在多媒体系统中，任何单一媒 体所提供的信息是不完整的。多媒体数据一般可以分为两大类：格 式化数据和非格式化数据。这就要求多媒体数据库不仅能很好地处 理格式化数据，而且能很好地处理非格式化数据。格式化数据结构 简单，处理方便。目前的关系数据库主要以鼗貉化数据为处理对象。 非格式化数据不仅数据量大，而且有具有复合性、分散性和时序等 特点。复合性指的是多媒体数据是由各种形式的数据组合而成。分 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 散性指的是多媒体数据库可以分布在不同的机器，不同的设备。时 序性指的是多媒体信息实体之间的联系和时序有关，表现时，要保 证它们之间的同步关系。多媒体数据的这些特点，对数据库提出了 新的要求，即不但要对多媒体数据进行内部概念模拟，而且要对外 部表达进行模拟。 在传统数据库中，通常只考虑对数据的内容与结构建模，数据 模型从不涉及数据的外观表示。数据表示的格式通常是由程序员设 计或由表格报表生成工具来辅助生成的，这是因为格式化数据的 表示很简单。它们可以表示为表格或嵌套表格的形式。然而，对于 非格式化的多媒体数据来说，事情没有这么简单。由于数据对象的 多样化和复杂化，因而使m d b m s 在多媒体数据的存储、控制、查询 和表示等方面有许多新颖之处，而又有较大的难度。在多媒体应用 系统中，要求它的数据库管理系统的应用目标是使用户能通过一个 统一的多媒体数据库管理系统( 如b m s ) 来操作、管理和维护多种媒 体形式的数据，并且可以通过各种方式去检索、观察和组合多媒体 数据，实现对多媒体数据的共享。 1 2 2 多媒体数据库管理系统基本功能1 2 1 多媒体数据库管理系统m d b m s 的基本功能应包括以下几点： 1 多媒体数据库管理系统必须能表示和处理各种媒体的数据。 多媒体数据在计算机内的表示方法决定于各种媒体数据所固有的特 性和关联。对常规的格式化数据，使用常规的字段( f i e l d ) 表示。 对非格式化数据，如图形、图像、声音等，就要根据该系统的特点 来决定表示方法。 2 多媒体数据库管理系统必须能反映和管理各种媒体数据的 特性，或各种媒体数据之间的控件或时间的关联。在客观世界里， 各种媒体信息有其本身的特性，各种媒体信息之间存在定的自然 关联。在计算机系统中也应反映和管理这些特性和关联。例如，图 像数据包括图像的大小，图像中各像素点的灰度等级和颜色级别等 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 等，这些特性不但是图像显示的必要参数，也是图像查询的依据。 3 多媒体数据库管理系统除必须满足物理数据独立性和逻辑数 据独立性外，还应满足媒体数据独立性，且能支持分布式环境。所 谓物理数据独立性，是指当物理数据组织( 存储模式) 改变时，不 影响概念数据组织( 逻辑模式) 。所谓逻辑数据独立性，是指当概念 数据组织改变时，不影响用户程序使用的视图( 外模式) 。所谓媒体 数据独立性，是指在多媒体数据库管理系统的设计和实现时，要求 系统能保持各种媒体独立性和透明性，即用户的操作可最大限度地 忽略各种媒体的差别，而不受具体媒体的影响和约束：同时要求它 不受媒体变换的影响，实现复杂数据的统一管理。由于多媒体数据 库的数据种类繁多，语义关联丰富，内部结构表示各异，故各种模 式及映像比传统数据库复杂得多，涉及的数据量也大得多，要真正 做到物理数据独立性、逻辑数据独立性和媒体数据独立性并非易事。 4 多媒体数据库管理系统的数据操作功能必须强，而且具有良 好的用户界面，支持多媒体的特殊查询及良好的处理接口，所以多 媒体数据库的某些操作除了与传统数据库相同之外，要有许多新的 操作，这些新的操作主要有： ( 1 ) 适合非格式化数据的搜索功能。例如，对图像等非格式化 数据做整体和部分搜索；允许通过范围，知识和其他描述符的确定 值和模糊值检索各种媒体数据；允许同对搜索多个数据库中的数据； 允许通过对非格式化数据的分析，建立图示等索引来检索数据；允 许通过举例查询和通过主题描述查询使复杂查询简单化。 ( 2 ) 提供浏览功能。例如，允许你浏览数据库信息的目录结构； 允许你浏览某一具体题目和此题目有关的一般信息；允许浏览数据 库去寻找用户假设的信息支持。 ( 3 ) 提供构造解功能。例如，使用一系列的应用约束和触发条 件，解决要求访问大容量数据的问题和数据库的一致性问题；提供 演练和推理功能，用逻辑推导方法得到需要的信息；提供某种机制 ( 例如过程或函数) ，完成安全、灵活的多媒体数据访问和处理任务， 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 获得所需要的解。 ( 4 ) 对非格式化数据应视不同多媒体提供不同的操作。例如， 图像数据覆盖( o v e r l a y ) ，邻接( a b u t m e n t ) ，镶嵌( m o s a i c ) ， 交接( o v e r l a p ) ，比例( s c a l e ) ，剪裁( c r o p ) ，颜色转换定位等； 声音数据，声音合成，声音信号的调度，声调和调和声音强度的调 整等。 ( 5 ) 网络功能。多媒体数据由于它的数据来源、应用、数据量 等原因，往往被分布于网络的不同接点上。对于此种情况，应解决 分布在网络上的多媒体数据库中数据的定义、存储、操作问题，并 对数据的一致性，安全性，井并发性进行管理。 ( 6 ) 开放功能。提供多媒体数据库的应用程序接口a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 。 ( 7 ) 事务( t r a n s a c t i o n ) 和版本( v e r s i o n ) 管理功能等。 1 2 3 多媒体数据库要解决的关键技术 尽管人们在积极研究多媒体数据库的各项技术及实现方案，但 对多媒体数据库仍是处于摸索和发展阶段，还不完善和成熟。研究 开发多媒体数据库主要应解决的以下关键技术问题： ( 1 ) 多媒体数据模型 多媒体数据模型主要采用关系数据模型的扩充和采用面向对象 的设计方法。由于用传统的关系模型难以描述多媒体信息和对多媒 体数据对象的操作。目前在关系模型扩充方面除了引入抽象数据类 型，外较多的采用语义模型的方法。关系模型主要描述数据的结构， 而语义模型则主要表达数据的语义。语义模型的层次高于关系模糊， 后者可以作为前者的基础。目前的研究表明，采用面向对象的方法 来描述和建立多媒体数据模型是较好的方法面向对象的主要概念包 括对象、类、方法、消息、封装和继承集，可以方便地描述复杂的 多媒体信息。 ( 2 ) 数据的压缩和解压缩 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 由于多媒体数据，如声音、图像及视频等数据量大，存储和传 输需要很大的空间和时间因此必须考虑对数据进行压缩编码。压缩 方法要考虑到复杂性，实现速度及压缩质量等问题。 ( 3 ) 多媒体数据的存储管理和存取方法 目前常用的有分页管理b + 和h a s h 方法等。在多媒体数据库中 还要引入基于内容的检索方法，失量空间模型信息索引检索技术， 超位检索技术及智能索索引技术等。 ( 4 ) 多媒体信息的再现及良好的用户界面 在多媒体数据库中应提供多媒体宿主语言调用，还应提供对声 音，图像，音频和视频的再现功能。 ( 5 ) 分布式技术 多媒体数据通信对网络带宽有较高的要求，需要相应的高速网 络。此外还要解决数据集成，异构多媒体数据语言查询，调度和共 享等问题。 由于研究多媒体数据库在理论上和实践上都存在较大困难，因 此国内外目前研制开发许多商品化的系统都只能称作为多媒体信息 管理系统，因为它们具备了管理多种媒体的能力，但用理想的多媒 体数据库还有一定差距。多媒体数据库不只是具有存储管理多媒体 信息的能力，还应该能把多种媒体统一起来，支持对各种媒体信息 的语义查询和检索。 1 3 小结 本章首先介绍了多媒体技术的基本概念，及其在各领域中的应 用，并指出多媒体技术的今后发展趋势一一数字化和协同化。多媒 体数据库技术是多媒体数字化的一个重要方向。本章把多媒体技术 引入数据库中来，对数据库管理系统提出了新的要求，即多媒体数 据库系统的基本功能。接着，本章简单阐述了目前在研究和开发多 媒体数据库系统需要着手解决的一些关键技术。 第二章多媒体数据库数据模型的研究 2 1数据模型 2 1 1 数据模型概述 数据模型是数据库的描述机制。它用形式化的方法来描述数据 的逻辑结构和各种操作，它从不同的角度和级别描述数据库的内容 以及数据间的联系方式数据库结构和信息组织方式。数据模型 是数据库系统设计的关键。不论传统数据库，还是多媒体数据库数 据模型都是核心。它将用户与存储设备管理及存储结构的细节隔离 开，并抽象出数据的静态和动态属性。 数据模型由数据对象类型的集合、数据操作的集合和完整性规 则的集合组成。数据对象类型集合描述了数据库的构造；操作的集 合给出了对数据库的运算体系：通用完整性规则给出了一般性语义 约束。它们分别对应系统的静态特征、动态特征和完整性约束条件。 其中，数据对象类型包括多媒体数据对象、对象间关系和对象的属 性等，是对象类型的集合，用数据描述语言( d d l ) 表达；数据操作是 数据库中对象的实例允许执行的操作的集合，包括对象间的相互作 用、对象的操作和用户交互等，由数据操纵语言( d m l ) 和查询语言( q l ) 表示。完整性集合结出了一般性的语义约束，给定数据结构中数据 及其联系所具有的约束和依存规则，用以保证数据的正确、有效、 相容。 数据模型是一组抽象概念的集合，这些概念可以表达现实世界 对象、他们的属性、以及彼此的关系。这些抽象概念能在数据库系 统中得到物理的实现。通过数据模型的中介，对现实世界对象的提 问和操作被转换为对其抽象表现的操作，这些操作继而又被转换为 对抽象表现的物理实现。 2 - 1 2 数据模型分类 数据库的数据模型可分为三类：一是面向记录的传统数据模型， 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与戍用 如网络、层次和关系模型。如今只有关系模型仍被广泛采用，关系 模型是传统数据库领域中最重要和使用最广泛的数据模型，已成为 数据库的基本模型；二是面向用户的语义数据模型。它不受具体实 现结构的限制，注重描述数据及其之间的语义；三是采用面向对象 技术，面向对象数据模型是在前两类数据模型基础上发展起来的， 它以客观自然的方法来描述现实世界中各种实体及实体间的联系， 是目前最理想的多媒体数据库的概念模型和实现技术。 传统的关系数据模型以集合论和一阶逻辑为数学基础，以规范 化关系为基础，以二维表形式把数据的简单视图提供给用户。它的 数据结构简单，数据独立性很高，具有坚实的理论基础和易学易用 功能强大的描述性语言。然而，它试图用一个统一的模式、统一的 框架来描述、组织、处理客观世界的所有对象，只适于管理结构化 数据。而多媒体数据库中存在大量的非结构化数据以及大量复杂对 象的模拟、操作和推理，关系数据模型无法适应描述多媒体数据的 需求。 语义数据模型以一种自然的机制来说明数据库的设计，提供不 受具体的实现结构限制，更多地面向用户的模型。语义模型提供了 强有力的抽象构造机制并支持派生，如概括、聚合、联合和分类等， 可以更准确地表示数据及数据问的语义关系，主要的语义数据模型 包括e r 模型、事件模型、函数模型等。语义模型试图从数据的内 容和关系中获得更多意义来增强对可操作信息的表示，但对多媒体 信息的处理来说则显得乏力。如e r 模型只包含实体和关系，没有 方法和函数。并且在将e r 模型转化为关系模型时会失去数据关 系的大部分信息。 面向对象( o o ) 数据库系统是数据库技术与0 0 技术相结合的产 物是目前最理想的多媒体数据模型。它综合了面向对象编程技术 和传统数据模型的优点，利用高度抽象能力和柔性，突出应用特点。 o o 模型一改传统的计算机思维模式，以自然、直观、科学的思维模 式去看待、描述、定义和处理现实世界，把世界看成由对象组成的 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 大系统。对象包含静态结构、动态行为和约束条件三大要素。0 0 数 据库可支持对象、复合对象、封装、类、继承、重载、滞后联编、 动态性等基本概念。 2 2 多媒体数据库的数据睫型 多媒体数据库的数据模型包括不同类型的信息。多媒体对象的 细= 宵化的结构，如图像的存储格式、分辨率、每像素比特数以及压 缩信息，对于视频包括时间跨度、帧分辨率、彩色模式及压缩信息 等；多媒体对象的属性，如对象的名称；多媒体对象和现实世界对 象的关系，如存在于、代表；现实世界对象的属性、关系和操作等。 2 2 1 多媒体数据库的数据模型结构 多媒体数据库的数据模型一般可分为概念数据模型( c d m ) 、逻辑 数据模型( l d m ) 和物理数据模型( p d m ) 三个层次。其中，c d m 是面向 用户、面向现实世界的数据模型，用来描述一个多媒体对象的概念 化结构，它与具体的m d b m s 无关，但它是l d m 和p d m 的基础，是实 现m d b m s 的依据；l d m 是用户从数据库中看到的数据模型，它与m d b m s 有关，用c d m 表示的数据必须转化为用l d m 表示的数据，才能在m d b m s 中实现；p d m 描述数据的存储结构，每种l d m 在实现时，都有其对 应的p d m 。多媒体概念数据模型应与多媒体数据库相匹配这些数 据库来自各种媒体上的所有逻辑与物理表示的集成。因此，如何把 各种媒体的概念数据模型集成为统一的多媒体概念数据模型是建立 多媒体数据库的关键。 多媒体数据库的建模要经过两个步骤才能将现实世界的描绘转 化为应用于计算机的模型。首先将概念模型化，其次将它变成逻辑 表示模型。如图2 1 所示。 概念数据模型 逻辑与物理数据模型 “圃- 匝亘 _ 匝 卫匝亘卜回 1 四匝亘卜回 隐圈塑禹磊三司l 数据模型r _ 1 多骤停甄猸厍哪廿i l 一、 图2 1 多媒体数据库的建模过程 2 。2 2 多媒体数据库数据模型的实现方式 目前，多媒体数据库数据模型的实现方式主要有三种： ( 1 ) 基于关系模型加以扩充和改造，实现对非格式化数据的管 理。 ( 2 ) 基于面向对象模型实现面向对象的多媒体数据库管理系统。 ( 3 ) 基于超文本超媒体模型实现对多媒体信息的组织和管理。 三种模型的比较见下表1 ： 数据模型类型数据表示实体数据间的联系关联机制 关系模型表、元组、列表主关键字段或索引 机制提供不同表之 间的关联 面向对象模型对象、属性对象( 联系)通过封装机制将对 象的数据及其属性 封装在一起，对象 间通过消息相联系 超媒体型节点链通过“链机制”直 接联系 表2 1 数据模型比较表 1 以关系模型为基础，扩充面向对象的特征 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与避虽 在处理以数字字符数据为主的大多数事务处理应用领域中， 关系数据库( r d b ) 无论在理论和实际应用上都取得了巨大的成功。但 是由于r d b 系统有限和封闭的数据模型导致其表达能力不足。它的 以下弱点使之无法满足描述多媒体数据的要求： ( 1 ) 以记录为基本结构，不能表示实体也不能以自然的方式描 述实体间的联系。 ( 2 ) 仅提供格式化数据类型，且不允许用户定义新的数据类型， 不具有处理非格式化多媒体数据的能力。 ( 3 ) 语义表达能力差，记录的属性间的联系及其在记录中的作用 不明确，事务处理模式太简单。 r d b 在理论和实践中已积累了相当成功的经验，是一种成熟的 技术，并且被工业界广泛接受；而面向对象模型能对多媒体信息的 语义关系、时态关系、空间关系进行更多的模拟。许多数据库应用 领域既需要关系数据库管理系统的安全性、完整性、可靠性和s q l 功能，同时也需要面向对象数据库管理系统( o o d b m s ) 的复杂数据管理 能力。如果将已有的r d b 与o o d b 方法结合起来，就可使多媒体数据 库管理系统( m d b m s ) 执行更多的处理工作。由此，人们开发了对象一 关系数据库管理系统，将对象技术与关系技术集成在一个产品中， 虽然在分布管理和直观查询环境方面还有缺陷。但它也不失为在关 图2 2 扩充关系数据库的多嫌体赣据库 界面层 关系层 扩展关系层 物理层 面向对象的公安线索多媒体数据库系统的研究与应用 系数据库基础上实现多媒体数据库的一种有效解决方案。现在已出 现了一些商用对象关系数据库系统如i n f o r m i x - - o n i i n e 、i n g r e s 、 o r a c l e 等。 对于关系数据库的扩充，又分为以下三种情况： ( 1 ) 扩展现有的数据类型。即在常规使用的数值型、字符串型、 布尔型、日期型等数据类型的基础上增加图像、图形、声音、视 频等数据类型。目前的做法是在已有的r d b 上扩充多媒体数据接口， 即采用外挂式多媒体数据库支撑环境对原数据库系统进行无损的、 低代价的多媒体升级。对大多数r d b 来说，现在大都是利用标准的 扩展字段描述多媒体数据，增加关系模型的语义表达能力。例如 v i s u m f o x p r o 的g e n e r a l 字段。o r a c l e 、s y b a s e 都采用大二进制 对象( b l o b - - b i n a r yl a r g eo b j e c t ) 存放各种多媒体数据。这些b l o b 可达2 g b ，可以存储其他任意类型的二进制数据。采用b l o b 存储和 管理多媒体对象，将常规数据用r d b 处理，