第八章.多媒体数据库概述

第8章

多媒体数据库技术概述1第8章

多媒体数据库技术概述8.1多媒体数据管理的问题28.1多媒体数据管理的问题计算机的世界真实世界设计者的映射表示法传统数据库38.1多媒体数据管理的问题(续)计算机的世界真实世界投影表示法多媒体数据库图像声音视频48.1多媒体数据管理的问题(续)多媒体数据与多媒体数据管理：静态与动态数据

字符数据：同关系数据库中的字符数据。多媒体数据库仍然需要对其进行管理。文本数据：书籍、文献、档案等。声音数据：音乐、语音等。图形数据：GIS/CAD等。通常是用符号或特定的数据结构表示的。图像数据：照片、图片等。指位图式图像。视频数据：引入了时间属性，在时间空间上进行管理。58.1多媒体数据管理的问题(续)多媒体带来的问题

数据量大（量的差异也大）媒体种类多

多解查寻(非精确匹配/相似性查询)用户接口的支持(操作与表示技术)多媒体信息分布(WWW网络信息空间)处理时间长(长事务)服务质量的要求(及时、逼真或满意)版本控制问题(历史版本/选择版本)6第8章

多媒体数据库技术概述8.2多媒体数据库体系结构78.2多媒体数据库体系结构多媒体数据库的一般结构形式

联邦型集中统一型客户/服务器型超媒体型88.2多媒体数据库体系结构(续)联邦型结构每一种媒体的数据库都有自己独立的数据库管理系统：每一种媒体数据库的设计不必考虑与其他媒体的匹配和协调。对多媒体的联合操作交给用户去完成用户有灵活性。但是，对多种媒体的联合操作、合成处理和概念查询等都比较难以实现，为此要求较高的标准化程度。98.2多媒体数据库体系结构(续)用户图像数据库图像DBMS视频数据库视频DBMS声音数据库声音DBMS文本数据库文本DBMS用户应用程序联邦型结构108.2多媒体数据库体系结构(续)集中统一型结构单一的多媒体数据库和单一的多媒体数据库管理系统：各种媒体被统一地建模，对各种媒体的管理与操纵被集中到一个数据库管理系统之中，各种用户的需求被统一到一个多媒体用户接口上，多媒体的查询检索结果可以统一地表现。实际上，这种多媒体数据库系统是很难实现的，目前还没有一个比较恰当而且效率比较高的方法来管理所有的多媒体数据。面向对象方法为建立这样的系统带来了一线曙光。118.2多媒体数据库体系结构(续)用户声音数据文本数据多媒体数据库管理系统视频数据图像数据其它媒体数据集中统一型结构128.2多媒体数据库体系结构(续)客户/服务型结构各种单媒体数据仍然相对独立，系统将每一种媒体的管理与操纵各用一个服务器来实现，所有服务器的综合和操作也用一个服务器完成，与用户的接口采用客户进程实现，客户与服务器之间通过特定的中件系统连接。这种体系结构必须采用标准化的和开放的接口界面，否则，对多种媒体的联合操作、合成处理和概念查询等都比较难以实现。138.2多媒体数据库体系结构(续)客户/服务型结构用户图像数据库图像服务器视频数据库视频服务器声音数据库声音服务器文本数据库文本服务器用户接口客户进程用户用户接口客户进程用户接口客户进程用户多媒体数据库服务器及中间件148.2多媒体数据库体系结构(续)超媒体型结构强调对数据时空索引的组织。依据如下：数据库分散在网络上（信息空间）,没有必要建立一个统一多媒体数据库系统,能够通过超链建立起各种数据的时空关系.目前的WWW使我们看到了这种数据库的雏形.158.2多媒体数据库体系结构(续)多媒体数据库的层次结构168.2多媒体数据库体系结构(续)多媒体数据库的层次结构传统数据库的层次对抽象化的字符和数值进行比较、排序、查找和增删改等操作数据库物理模式概念模式外部模式外部模式外部模式用户用户用户178.2多媒体数据库体系结构(续)多媒体数据库的层次结构多媒体数据库的层次划分（示例）.最高层支持多媒体的综合表现和用户的查询描述：多媒体用户接口层：完成查询描述和结果描述。中间增加对多媒体数据的关联和超链的处理。（建立数据模型）概念数据模型层：对现实世界用多媒体数据信息进行的描述。是在全局概念下的一个整体视图通过概念数据模型为上层的用户接口、下层的多媒体数据存储和存取建立起一个在逻辑上统一的通道。存取与存储数据模型层：通过存取与存储数据模型，描述媒体数据的逻辑位置安排、相互的内容关联、特征与数据的关系以及超链的建立等。完成多媒体数据的逻辑存储与存取。底层增加对多媒体数据的控制与支持:媒体支持层:建立在多媒体操作系统之上,对不同性质媒体分别进行相应的分割、识别、变换等操作。188.2多媒体数据库体系结构(续)多媒体数据库的层次结构多媒体数据库的层次划分（示例）

.多媒体用户接口层用户第4层概念数据模型层第3层存取与存储数据模型层第2层媒体支持层第1层19第8章

多媒体数据库技术概述8.3多媒体数据模型20数据模型：计算机所能接受的-----对现实世界中所要研究对象相关被操作特性的抽象描述。21数据模型：数据结构数据操纵完整性约束规则228.3多媒体数据模型(续)对关系数据库的要求：第一范式（1NF）：在关系模式R中的每一个具体关系r中，如果每个属性值都是不可再分的最小数据单位，则称R是第一范式的关系。（不允许表中表）238.3多媒体数据模型(续)NF2

(NonFirstNormalForm)数据模型:在关系模型的基础上通过扩展来提高关系数据库处理多媒体数据的能力----打破关系数据库中关于1NF的要求，允许在表中可以有表。248.3多媒体数据模型(续)主要手段：在关系数据库中引人抽象数据类型（如，标准的扩展字段），能够定义和表示多媒体信息对象。258.3多媒体数据模型(续)主要特点：优点：利用关系数据库特有的优势。缺点：建模能力不强，在反映多媒体数据各成分间的空间关系、时间关系和媒体对象的处理方法方面仍有困难。在特殊媒体的基于内容查询方面、存储效率方面等，都有很大的困难。268.3多媒体数据模型(续)NF2数据模型(NonFirstNormalForm)属性CGeneral属性A属性B带结构数据对关系进行扩展可以利用标准的扩展字段，例如：FoxproinGeneral字段；Paradoxforwindows的动态注释，格式注释，图形，BLOB（大二进制对象,BinaryLargeObject）等278.3多媒体数据模型(续)超媒体数据模型：网状结构，由节点和链组成的有向图。节点：信息单位（信息元）。链：用来表示媒体间的时空关系。支持开放性信息建模，支持浏览和搜索等新型操作。288.3多媒体数据模型(续)文献模型：层次状树形结构。

例如：逻辑结构：教科书、章、节、小节、段落段落一般为页块对象。非页块对象须定义一个属性，用来说明该对象与它的下层子对象之间的从属关系布局结构：页、框架和块等298.3多媒体数据模型(续)文献模型： 严格地说，文献不是一种数据库，而更像一个实际的应用。此结构符合一般的文献或文章的组织。308.3多媒体数据模型(续)专有媒体数据模型：针对特定领域的多媒体数据库建立符合自己特性的数据模型，以完成特定的任务。例如，如下为5级模式和4级映射的体系结构：模式及映射用户视图语意特征视图图像特征视图特征表示视图特征组织任务空间推理图像知识形成结构图像理解图像数据形成结构图像数据存储检索查寻的例子查寻带轮子的物体查寻(image-object,wheel)查寻(image-object,circle)查寻(image-object,color-of-circle)查寻(image-object,color-data-structure)318.3多媒体数据模型(续)多媒体对象：十分复杂面向对象数据模型：理想的多媒体数据模型表示方法面向对象数据模型328.3多媒体数据模型(续)面向对象数据模型

对象、属性、方法、消息

对象类、类层次和继承性

语意关联的描述：聚集、概括、相互作用关联、示例关联、has_method/has_rule关联等。

运算体系：类和对象的定义、查询和操纵。338.3多媒体数据模型(续)面向对象多媒体数据模型的可以实现如下功能：聚集层次：不同媒体信息的有机组合关系建模设施：进行复杂交叉关系的建模方法管理：通过具体媒体技术实现多媒体数据的存取多种属性的支持和语义信息的维护：构造包含语义信息的类属性及操作方法的结构支持特性传播：通过自动继承超类的内容，实现特性传播支持模式的演进：动态修改层次各节点的模式(如产品结构更改)版本管理：支持版本的创建和控制、版本变化的通知并发控制和数据恢复：多用户访问数据共享：进行灵活的读写控制快速存储和灵活交付：实现物理表示与逻辑表示的映射348.3多媒体数据模型(续)面向对象数据模型：人规则1姓名出生年月相片求年龄课程名课程学生学号选修选修教师工资选用拥有连环画页插图页号文字声音说明教材书名称价钱作者has_rulehas_method35第8章

多媒体数据库技术概述8.4基于内容检索36web上出现大量多媒体信息例如:遥感、医疗、安全、商业等部门，都会产生大量信息。37基于内容检索所谓基于内容的检索（ContentBasedRetrieval，CBR)就是指根据媒体和媒体对象的内容语义及上下文联系进行检索。

多媒体数据库特征/属性多媒体数据提取匹配38多媒体特征音频静态图像视频文本图形难以用文字描述，但可以进行关键字属性描述39多媒体特征（续）提取关键字属性的方式手工方式

简单方便；人员要求高；工作量大；不确定性高自动方式混合方式自动提取是人们研究和应用的目标40基本方法格式化数据的内容检索基于关键字的检索全文本检索基于文件模型等方法非格式化数据的检索依据实例检索,分为:准确实例检索准确查询实例模糊实例检索依照例子查找与它相似的图像描绘示例检索给出所需图像的粗略结构41系统实例IBM公司开发的QBIC通过友好的界面为用户提供颜色、纹理、草图、形状等多种检索方法。系统以示例方式进行查询，查找物体的移动，摄影机的操作。42系统实例美国加州大学伯克利分校与加州水资源部合作Chabot计划对水利资源部大量图像提供基于内容的有效检索手段43系统实例麻省理工学院Photobook可以利用人脸Face(脸)、shape(形状)、texture(纹理)进行基于内容的检索。Virage系统又进一步发展了将多种检索特征的融合。44系统实例澳大利亚NewSouthWales的NUTTAB系统用于食品成分数据库的检索458.4基于内容检索多媒体数据的用户接口46多媒体用户接口层用户第4层概念数据模式层第3层存取与存储数据模型层第2层媒体支持层第1层所处层次478.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口字符数值型接口示例型接口用户表现接口488.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口字符数值型接口KeywordAttr1日出海边海燕SELECTimagetoWin1:segFROMimageDBWHEREkeyword=“日出”498.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口示例型接口示例图像结果图像示例图像的查寻508.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口示例型接口语意结构示例518.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口示例型接口结构示例的举例——查询居民建筑物528.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口示例型接口图像数据库特征数据库示例查询模块查询格式化图像数据库的示例接口知识辅助模块插入模块用户示例图像新图像图像处理模块538.4基于内容检索(续)多媒体数据的用户接口用户表现接口查询结果