多媒體數據庫系統的研究與設計

陳 華

華東交通大學理工學院，江西 南昌 330000

0 引言

隨著信息技術的發展，信息處理成為計算機應用的主要方向。數據量大，內容復雜，而且要解決數據共享、數據保密等問題，推動了數據庫系統的產生。20世紀90年代以來，不同的應用領域對數據庫的需求及傳統數據庫的局限性使數據庫技術向非傳統應用方面，即第三代數據庫系統發展，產生了新的智能數據庫、知識數據庫、多媒體數據庫、面向對象數據庫和可擴充數據庫等。其中多媒體數據庫是90年代成為數據庫領域的熱點的。

媒體是信息的載體，多媒體是指多種媒體，如數字、文本、圖形、圖像和聲音的有機集成，而不是簡單的組合。其中數字、字符等稱為格式化數據；文本、圖形、圖像、聲音、視頻等稱為非格式化數據，非格式化數據具有數據量大、處理復雜等特點。多媒體數據庫實現對格式化和非格式化的多媒體數據的存儲、管理和查詢。新型數據模型的發展，特別是擴展的關系模型和面向對象模型，意味著非格式化數據的應用需要更豐富結構表示(如多媒體)的問題將能得到解釋。而計算機多媒體技術、Internet技術、網絡技術與傳統數據庫技術相結合，使得多媒體數據庫(MDB)能夠實現。

1 多媒體數據庫的基本技術

1）數據模型。建立數據庫模型是實現多媒體數據庫的關鍵。目前實現多媒體數據庫管理的途徑主要有4種：基于關系的模型，基于面向對象的模型，基于超文本模型或超媒體方法，開發全新的數據模型。這些都需要使用與之對應的數據模。其中，基于超文本模型以此來現對多媒體的描述及操縱。在面向對象語言中嵌入數據庫功能而形成多媒體數據庫的關鍵是如何在面向對象語言中增加對持久性對象的存儲管理。此種方法亦受面向對象方法的限制。開發全新的數據模型從底層實現多媒體數據庫系統，該方法首先建立一個包含面向對象數據庫核心概念的數據模型，設計相應的語言和相應的面向對象數據庫管理系統的核心。這種方式系統結構清晰、效率高，但難度大。

2）數據的壓縮與還原。多媒體的數據要占據很大的空司，如一段2mm左右的音樂要占據數十KB至數百KB的存儲空間，而一幅圖像則根據分辨率和尺寸要占據數MB至數十MB的存儲空間。所以，必須在存儲時進行數據壓縮，重放時進行數據還原。

3）存儲管理扣存取方法。動態聲音和圖像形成的大對象即使進行了壓縮，存儲量也十分驚人。大對象一般是進行分頁面進行管理的。

4）用戶界面。由于在多媒體計算機中增加了聲音和圖像接口，所以多媒體數據庫應提供更加友好的用戶界面。多媒體宿主語言調用、SQL語言以及虛擬現實技術都將使用戶方便地接受和反饋信息。

5）分布式技術。傳統的分布式系統在管理多媒體數據時已不能滿足要求。我們不僅要解決數據模型和數據壓縮等問題，還必須解決多媒體數據集成和異構全局多媒體數據語言查詢等問題。同時，多媒體數據對寬帶也有要求。

2 多媒體數據庫的幾種實現方法

1）完善面向對象數據庫。完善面向對象數據庫使之適應多媒體數據處理，以便逐步為用戶接受。面向對象數據庫模型中的對象、屬性、方法、消息及對象類的層次結構和繼承等特點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）從關系數據庫模型發展多媒體數據庫。傳統的關系數據庫模型建立在嚴格的數學基礎——關系代數上，它為數據庫用戶提供了一種高級的、集合式的非過程數據庫語言，在常規數據的信息管理中發揮了巨大的作用。發展至今，關系數據庫模型已具有了成熟的理論基礎、完備的數據庫管理技術和廣泛的應用領域，但是當它面對應用領域所涉及到的圖形、圖像、文字、聲音、動畫時便顯得無法適應。因此，傳統的關系數據庫模型為適應多媒體數據的處理要求，必須從概念和體系結構上作較大的擴展和修改；

3）分布式超媒體數據庫。分布式超媒體數據庫系統是一種以超媒體信息管理技術為基礎的分布式系統。由于多媒體數據具有形象直觀、語義豐富和時空關聯等特點，并且若是在分布式環境下，則還必須將多媒體信息通過網絡予以分布，這將使得多媒體的空間同步或表現建模變得更為復雜，分布式超媒體數據庫表現的功能特點能較好地解決這些問題。分布式超媒體數據庫用超媒體結點和鏈分別描述實體和實體之間的聯系。它是按主題、節點名和媒體對象做查詢對象，基于內容的查詢可向用戶提供良好的人機交互方式，同時它采用超媒體瀏覽導航機制，除了具有一般的查詢功能以外，還具有瀏覽過濾功能，能自動確定用戶感興趣的主題，采用宏文獻結構來支持大型數據庫分布到網上。

4 多媒體數據庫的實例

1）圖像數據庫。圖像數據庫中的圖像和圖形具有一些不同于常規數據類型的特征，即數據是靜態的，尺寸是可變的，數據量有大有小。所有的圖像與常規的字符數據平等處理，但圖像對象和特征的辨認是不精確的，對圖像內容的不精確的描述自然意味著查詢的不精確匹配。

2）視頻數據庫。一般認為，用面向對象方法適合于視頻數據庫的數據建模框架，為了從視頻數據庫中調出派生的場景，需要對每一場景進行語義描述，所以模型中必須有減少場景描述程度的機制。不同的建?？蚣軐Σ樵冋Z言影響較大，有關查詢語言的功能問題不能與數據模型剝離開來，對取出的場景在規定時間內重放是必要的，利用圖像處理技術進行視頻索引將豐富視頻數據庫的檢索功能。我們需要開發一種新的存儲系統體系結構以保證最低的數據傳輸速度，不管被訪問的視頻圖像有多大，也不管用戶的數量有多大，視頻圖像的發送系統要求存儲數據量大且有足夠的帶寬傳輸，必須保證最低的傳輸速度，以保證圖像的質量要有不同于傳統的事務管理方法，主要保證數據的添加。

3）音頻數據庫。在音頻數據庫中，對音頻數據如何存放才能方便分析、而且對音頻數據的檢索是音頻數據庫成功實現的關鍵，傳統的數據存放和處理方式是無法滿足這些要求的。

由于多媒體數據庫對數字、字符、文字、圖形、圖像、語音處理和影視處理與數據庫的獨立性、安全性等優點的結合，使得多媒體數據庫的應用前景十分廣泛。

[1]李波.一種多媒體數據存儲、查詢、檢索的新方法[J].計算機工程與科學,2000(2).

[2]諸峰.數據庫技術在現代應用中的發展.21世紀青年學者論壇,2005,24(2).