多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)綜述

李磊 山東省青島第二衛(wèi)生學(xué)校，山東省 膠州市 266300

多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)綜述

李磊 山東省青島第二衛(wèi)生學(xué)校，山東省 膠州市 266300

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，多媒體數(shù)據(jù)越來越多地被引入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而形成了多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)。由于多媒體數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、內(nèi)容復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和利用，是多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)要解決的主要問題。本文在介紹多媒體數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)庫(kù)管理帶來的問題的基礎(chǔ)上，綜述了多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)及其關(guān)鍵技術(shù)。

多媒體數(shù)據(jù)；多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)；關(guān)鍵技術(shù)

隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展以及社會(huì)信息化程度的不斷提高，承載信息的媒體也逐步表現(xiàn)出多樣化、數(shù)字化、交互化和集成性等特點(diǎn)，如圖形、圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫等被稱為多媒體數(shù)據(jù)的載體。

1.多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)

多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)是與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，它是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和管理而出現(xiàn)的一種新型的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。在多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中，媒體可以進(jìn)行追加和變更，并能實(shí)現(xiàn)媒體的相互轉(zhuǎn)換，用戶在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作中，可最大限度的忽略媒體間的差別，實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的媒體獨(dú)立性。

簡(jiǎn)單的說，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)是按一定方式組織在一起的可以共享的相關(guān)多媒體數(shù)據(jù)的集合，簡(jiǎn)稱MDB（Multimedia Database）。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中的主流數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)——關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(kù)相比，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是非格式化的、不規(guī)則的且數(shù)據(jù)量大，沒有統(tǒng)一的取值范圍，沒有相同的數(shù)量級(jí)，也沒有相似的屬性集。

2.多媒體數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及給數(shù)據(jù)庫(kù)管理帶來的問題

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中引入多媒體數(shù)據(jù)并對(duì)其操作，是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。這不是一個(gè)只要把多媒體數(shù)據(jù)加入到數(shù)據(jù)庫(kù)中就可以完成的問題。由于多媒體數(shù)據(jù)具有不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的一些特點(diǎn)，這樣給數(shù)據(jù)庫(kù)的管理就帶來了許多問題，主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 多媒體數(shù)據(jù)量大且媒體之間的差異也極大，從而影響數(shù)據(jù)庫(kù)的組織和存儲(chǔ)方法

一幅彩色圖像，即使在壓縮的情況下，也需要幾K甚至幾十K或幾百K字節(jié)的數(shù)據(jù)量，而字符型數(shù)值等數(shù)據(jù)可能僅有幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量。只有組織好多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，選擇設(shè)計(jì)好合適的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)，才能保證磁盤的充分利用和應(yīng)用的快速存取。

2.2 數(shù)據(jù)非格式化

多媒體數(shù)據(jù)基本上都是二進(jìn)制形式，數(shù)據(jù)本身沒有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即為非格式化數(shù)據(jù)或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。必須另外加入一些描述和解釋，否則難以利用。這種描述和解釋不是數(shù)據(jù)本身，而是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，即元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)的生成是多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理中的一個(gè)重要而突出的問題。

2.3 媒體種類的增多增加了數(shù)據(jù)處理的困難。

每一種多媒體數(shù)據(jù)類型都要有自己的一組最基本的概念（操作和功能）、適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存取方法、以及高性能的實(shí)現(xiàn)。但除此之外也要有一些標(biāo)準(zhǔn)的操作，包括各種多媒體數(shù)據(jù)通用的操作及多種新類型數(shù)據(jù)的集成。不同媒體類型對(duì)應(yīng)不同數(shù)據(jù)處理方法，這便要求多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能不斷擴(kuò)充新的媒體類型及其相應(yīng)的操作方法。

2.4 不同的查詢機(jī)制和方法

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢只處理精確概念和查詢，相對(duì)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。但在多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中非精確匹配和相似性查詢將占相當(dāng)大的比重。媒體的復(fù)合、分散、時(shí)序性質(zhì)及其形象化的特點(diǎn)，注定要使數(shù)據(jù)庫(kù)不再是只通過字符進(jìn)行查詢，而必須要采用特征匹配和模糊匹配的查詢機(jī)制和方法。

3. 多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)

多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)所不具有的特性和結(jié)構(gòu)以及要實(shí)現(xiàn)的功能要求，因此，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)包含了許多不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的新技術(shù)，其中主要技術(shù)有多媒體數(shù)據(jù)建模技術(shù)、多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)、多媒體數(shù)據(jù)的壓縮/還原技術(shù)和多媒體數(shù)據(jù)查詢技術(shù)，其關(guān)鍵內(nèi)容是多媒體數(shù)據(jù)建模技術(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)建模

數(shù)據(jù)模型（Data Model）是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中用于提供信息數(shù)據(jù)表示和操作手段的形式構(gòu)架，數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、和完整性約束三部分組成。

多媒體數(shù)據(jù)要比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)復(fù)雜的多，因此在選擇數(shù)據(jù)模型時(shí)必須考慮這些特性。多媒體數(shù)據(jù)模型要支持非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如視頻、聲音）的表示及其屬性特征的描述；支持多媒體的表現(xiàn)建模，即多媒體數(shù)據(jù)模型應(yīng)能表示各種媒體對(duì)象間的語(yǔ)義關(guān)系、時(shí)態(tài)關(guān)系和空間關(guān)系。多媒體數(shù)據(jù)模型主要采用關(guān)系數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)充、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和超媒體數(shù)據(jù)模型。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)

多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)是指根據(jù)多媒體數(shù)據(jù)的使用頻率和速度等要求，將數(shù)據(jù)采用分級(jí)存儲(chǔ)的方案。由于多媒體數(shù)據(jù)量非常龐大，考慮到系統(tǒng)的性能價(jià)格比，往往可以將少數(shù)極常用的數(shù)據(jù)存于RAM 中，常用的數(shù)據(jù)存于硬盤，而光盤和磁帶庫(kù)則作為二、三級(jí)庫(kù)。大對(duì)象一般是分頁(yè)面進(jìn)行管理的。多媒體對(duì)象的存儲(chǔ)關(guān)鍵問題是能夠快速定位，對(duì)超媒體文檔和超媒體數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行隨機(jī)存取。目前比較流行的存取方法是B+樹和Hash方法。為滿足視頻等連續(xù)媒體的時(shí)域約束需要，還應(yīng)設(shè)法提高磁盤的讀寫速度，減少讀寫的延時(shí)及抖動(dòng)。

3.3 數(shù)據(jù)的壓縮與還原技術(shù)

多媒體數(shù)據(jù)壓縮與還原技術(shù)是指數(shù)據(jù)壓縮比、壓縮/解壓縮速度以及簡(jiǎn)捷的算法。以壓縮/解壓縮后的數(shù)據(jù)是否與壓縮前的原始數(shù)據(jù)完全一致作為標(biāo)準(zhǔn)，可以把數(shù)據(jù)壓縮方法劃分為無失真壓縮(可逆壓縮)和失真壓縮(不可逆壓縮)兩類。多媒體信息的數(shù)據(jù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)媒體，例如：一幅1024×768 ×24位色的圖像需要2.4M字節(jié)存儲(chǔ)，相當(dāng)于一本一百萬字的小說的存儲(chǔ)容量。因此在計(jì)算機(jī)中，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如文字、數(shù)值是編碼后進(jìn)行存放，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如圖形、圖像、視頻和音頻也必須進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)。比如要實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的管理，首先必須解決的問題就是壓縮編碼和解碼，目前MPEG、AVI、H.261以及Quick Time等壓縮標(biāo)準(zhǔn)的壓縮比例可以達(dá)到50：1～200：1。由于多媒體數(shù)據(jù)的壓縮，在對(duì)它們進(jìn)行編輯時(shí)，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度會(huì)引起變化，這不僅會(huì)給數(shù)據(jù)重新存入帶來問題，還會(huì)引起媒體間的不同步，故還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆绞?，?duì)被編輯的媒體進(jìn)行局部的重編碼，以保持原來的大小。

3.4 數(shù)據(jù)查詢技術(shù)

多媒體查詢技術(shù)(MSQL)是指多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)采用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言的技術(shù)。MSQL是一個(gè)功能強(qiáng)大的查詢語(yǔ)言，它有助于用戶高效操縱多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用程序間的相互獨(dú)立，并且對(duì)于用戶是友好的。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言不僅能用關(guān)鍵字進(jìn)行檢索，還可以處理基于內(nèi)容的非精確查詢或模糊查詢。

4.結(jié)束語(yǔ)

多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)是一門非常綜合的技術(shù)，它幾乎涵蓋了計(jì)算機(jī)及電子領(lǐng)域的所有學(xué)科。隨著社會(huì)信息化程度的提高和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、生活的影響也越來越大?，F(xiàn)在，無論是數(shù)字圖書館、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘、科學(xué)可視化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療、媒體服務(wù)等學(xué)科都能找到多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)直接或潛在的應(yīng)用價(jià)值。因此，無論從研究?jī)r(jià)值還是應(yīng)用前景上看，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究都處于信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展前沿，并將在研究的挑戰(zhàn)性、活躍性及應(yīng)用的廣泛性方面起著舉足輕重的領(lǐng)導(dǎo)作用。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.038