基于BLOB的圖像查詢系統應用研究

王 輝，李晉光

（1.西安工業大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032；2.陜西汽車集團有限責任公司 陜西 西安 710200）

為了能夠更好地錄入、查詢、發布更新和管理德龍、奧龍、德御各種不同系列車型及其所包含配件的詳細數據信息和圖像信息，滿足當前和未來汽車配件信息持續增加的需求，設計開發和實現基于BLOB的圖像查詢系統。圖像數據庫技術一直致力于解決海量數字圖像的有效存儲和管理問題，是數據庫技術的繼承和發展[1]。本文就是以關系數據庫理論為基礎，采用擴充的關系數據庫模式并引入圖像數據庫的概念，使用多個小的圖像數據表和圖像數據索引表，除了傳統的關系數據庫的查詢功能外還具有對圖像的操作、查詢和相似檢索功能，解決了圖像數據的錄入檢索以及圖像熱點操作問題，既保證系統的安全性和數據的完整性，也滿足了系統的速度和效率，是進行圖像數據在數據庫系統中處理與使用的有效方法。

基于BLOB的圖像查詢系統以Oracle數據庫管理系統為基礎并結合PowerBuilder開發工具，實現對德龍、奧龍、德御等不同車型所包含配件的數據管理及圖像處理，系統特點如下：

1）安全性：系統設置不同的權限，不同級別的用戶權限不同，防止未經允許的用戶訪問系統，保證系統具有較高的安全性[2]；

2）穩定性：為了確保系統能長期穩定運行，系統能隨時進行數據備份，保證數據的完整，確保管理系統能夠安全穩定運行；

3）可擴展性：系統具有語言設置功能，開發初期制作出不同系列車型的汽車零配件中英文對照系統、并預留多種語言接口，使用戶能夠方便快捷地查詢各種零配件的不同語言的名稱，具有良好的擴展性。

1 系統功能

根據基本業務流程，基于BLOB的圖像查詢系統將系統數據按照系列車型、零部件的關系逐步細化，定義出不同車型下的零件和車型之間的從屬關系，錄入不同系列車型的概要信息以及所包含零部件的圖號、圖像、零件號、價格等明細數據，總結成對應零配件圖像信息和熱點位置，供用戶查詢。系統功能模塊如圖1所示。

基于BLOB的圖像查詢系統具有樹狀查詢功能，用戶可根據系列車型、零件的樹狀結構關系，分類查詢出相關零件類型，按零部件名稱、圖號、名稱拼音碼等數據自由組合查詢出相關零件的詳細數據信息和圖像信息。為了能夠直觀地看出零件信息，系統具有圖像查詢及熱點操作功能，通過點擊零部件圖中的熱點位置，可直觀、快速地顯示零件詳細信息以及應用車型信息，使查詢工作更為高效，因此如何錄入、查詢圖像以及圖像的熱點處理是本文論述的一個關鍵問題。

圖1 系統功能模塊圖Fig.1 Diagram of system function module

2 設計與研究

在利用Oracle進行數據庫系統的開發過程中，對于海量圖像數據的管理可采用圖像文件庫結構，即表+實體的方法。圖像數據以文件形式存放于指定的計算機目錄下，在數據庫表中建立文字信息的主關鍵字和圖像數據文件的存儲路徑。在此基礎上，在圖像數據輸入模塊中，除輸入存放圖像文件之外，還應填數據庫表對應項，建立文字信息和圖像信息之間的關聯。在信息查詢模塊中，通過數據表查到需要的文字信息后，根據查詢到的主關鍵字作為相應的圖像文件顯示。

在這種管理模式下，因為大量圖像文件存放在一個子目錄下，容易造成磁盤空間的浪費，并帶來大量的磁盤碎片，導致系統存取效率降低、性能下降，直接影響圖像的存取和顯示速度。另外，該方式的最大缺陷是難以保證整個數據庫管理系統中數據的完整和安全。普通的文件系統在安全方面沒有任何措施給予保障，任何一個進入計算機系統的人都可以對文件進行移位、刪除、修改等操作，系統在運行中就會出現因找不到相應的圖像文件而出現錯誤或無圖像問題[3]。

因此由于圖像文件庫結構中圖像數據與數據庫系統的脫離這一本質缺點，導致圖像文件庫的安全性與完整性方面無法保證，給數據的維護增加了難度，同時也給數據的安全帶來隱患，要真正做到各類圖像數據在數據庫中安全管理，只有用數據庫系統來處理圖像數據才能從根本上克服以上問題。隨著數據庫管理系統功能的不斷增強、性能的不斷完善，將各類數據完全由數據庫管理系統統一存儲和管理，已成為技術發展的趨勢。只有這樣，數據庫管理系統的強大功能才能得到充分發揮，數據的安全性才能得到充分的保障，使得諸如數據庫復制、數據的轉移等許多工作，變得非常簡單容易。基于BLOB的圖像查詢系統中零配件圖像的處理就采用了圖像數據庫的設計實現方法。

2.1 圖像數據庫的設計

圖像數據庫技術一直致力于解決海量數字圖像的有效存儲和管理問題，是數據庫技術的繼承和發展，實質上屬于擴充的關系數據庫，它采用的是一種支持大型非結構化數據存儲與管理的方法——BLOB技術。這種方法旨在通過擴充的數據庫管理系統提供的統一的數據管理與存取機制，不僅能處理數值、文字等簡單的數據對象，而且能將其他復雜的數據對象作為一個數據庫操作的原子單元進行存儲、存取和恢復。

對BLOB數據的存取可以通過擴展的SQL語言來實現，每個BLOB數據字段最大容量可達2 GB。實際上在一些數據庫系統中并不將其稱為BLOB字段，對應如Access中的OLE對象和備注類型、VFP中的MEMO類型、Oracle7中的 Long Raw 類型、Sybase中的 LONG VARCHAR、SQL Server中 的IMAGE等，但從廣義上講，它們都屬于BLOB類型[4]。因此，本文討論的BLOB技術完全可以應用于其他數據庫系統中。在Oracle數據庫中有以下幾種LOB型數據：

乳腺脂肪壞死患者一般有乳腺外傷史，外傷導致乳房局部脂肪組織壞死、纖維組織增生、鈣化而形成小腫塊，有時不易與乳腺癌鑒別。

CLOB：和Oracle7的Long型相似，CLOB可以存儲單字節型數據。

NCLOB：NCLOB存儲定寬的多字節國家字符集數據。

BLOB：和Oracle7中的Long Raw類型相似?？梢源鎯o結構的二進制數據。Oracle8沒有對這種數據進行解釋，只是按照原來的形式存儲和檢索它。

BFILE：BFILE允許對Oracle數據庫以外存儲的大型二進制文件進行只讀形式的訪問。和其他3種LOB類型數據不同的是，BFILE類型數據存儲在一個單獨的文件中，該文件不由Oracle來維護。

在Oracle數據庫中，雖然BLOB數據類型支持圖像數據的存取，但通常的非格式化的圖像數據是沒有辦法直接存儲到數據庫的BLOB字段中的。在實際應用中，只有對圖像文件以32 k字節為單位切割成多段分別轉化成BLOB數據類型后，才可以進行存儲。此外，圖像數據放入主數據表中，將會造成數據庫主數據表查找效率顯著降低和響應時間的增長，如何解決這個問題是整個系統的關鍵。因此在基于BLOB的圖像查詢系統的設計中必須采用一系列相關技術支持，設計出合理的數據庫結構，解決上述可能產生的問題并完成圖像數據的處理。

在基于BLOB的圖像查詢系統的數據庫結構設計中，對數據庫中原有的數據表不作任何改動，增加圖像數據庫表和圖像數據索引表。其中圖像數據庫表需要主關鍵字和圖像數據兩個主要字段，“圖像數據”字段為大二進制數據類型（BLOB），主關鍵字類型及取值與原主數據表一致。從邏輯上分析，圖像數據庫表的主關鍵字與主數據庫表中的關鍵字已經建立了聯系，可以通過主數據庫表直接找到所需的圖像數據。圖像數據庫表與主數據庫表的分離解決了主數據庫表查找時間問題。但是對于基于BLOB的圖像查詢系統，其圖像數據庫表是巨大的。因此在涉及圖像的查找時仍會出現效率降低的問題。解決這一問題的方法是將圖像數據庫表按類型分解成多個規模較小的表，每個小表的結構與圖像數據庫表結構相同。在主數據庫表與這個多個圖像數據庫表之間使用圖像數據索引表建立聯結。其圖像數據庫結構如圖2所示。

圖2 圖像數據庫系統結構圖Fig.2 Image database structure

2.2 圖像數據庫的實現

由于圖像數據庫的數據管理方式的設計實現與普通數據庫的設計實現有一定的區別，所以本文以基于關系數據庫的圖像查詢系統的PowerBuilder應用開發為例給出它的實現過程。

步驟一：建立具有BLOB字段的Oracle數據庫，按照如下步驟來完成各個操作：

1）創建表空間：

2）創建表：

在數據庫中定義與BLOB數據類型相等的數據類型。選擇Oracle為數據源，Oracle支持BLOB數據類型，使PB處理圖像的能力得到更好的發揮，這樣就為管理圖像數據、大文件提供了支持。

這個數據庫表parts第一列存儲主鍵，第二列存儲名稱，另外三列存儲LOB型數據。定義parts圖片數據表如表1所示：

表1 配件圖像數據表Tab.1 Parts image table

3）創建新的用戶：如 user1/pass1，賦予 connect，resource權限。

4）創建邏輯目錄：

BFILE類型有著特殊性，跟CLOB和BLOB不同，實際的數據文件存儲在操作系統的外面。BFILE有兩個特點：1.沒有事務性控制2.bfile是只讀的，不能用dbms_lob或Oracl8 oci進行修改。 為了訪問外部文件，服務器需要知道文件在操作系統中的位置。因此建立一個目錄：

create DIRECTORY utils AS'/home/utils'；

utils表示目錄邏輯名，'/home/utils'是實際目錄。

步驟二：連接Oracle數據庫，在ODBC中配置數據源。

步驟三：讀取JPG文件并插入到Oracle的picture table中。

1）從控件欄中讀取JMP的文件名，分別定義所需變量包括字符型 （存儲圖片編號），整形 （存儲用于循環等臨時數值），長整形（存儲文件長度等），BLOB型（存儲圖像數據）。

2）利用文件操作函數獲取文件長度，文件句柄，測試文件長度如果大于32 kB，則以32 kB為單位讀取，然后進行拼接操作，并存儲在BLOB型變量中。

3）將已存在的BLOB變量中的BLOB數據寫入數據庫中，可以使用在PowerScript中的UPDATEBLOB語句[5]。但是打算寫入BLOB數據的這一條記錄必須已經輸入數據，也就是說必須先輸入圖片編號關鍵字然后才可以使用UPDATE的方式寫入BLOB數據。

步驟四：顯示JMP文件需從數據庫中讀出BLOB數據寫入本地的文件中，方法與讀文件相似，讀出之后，可利用PowerBuilder提供的圖片控件進行顯示。

2.3 圖像熱點查詢的研究與實現

當圖像在數據庫中的錄入、查詢解決后，就要實現配件圖像的熱點處理問題。為了能夠直觀地查看零配件信息，可以通過點擊部件圖中的熱點位置，便可直觀、快速地顯示零件詳細信息，以及應用車型信息，使查詢工作更為高效[6]。作者在熱點處理中用到了 getrow（）、scrolltorow（）、SelectRow（）等函數，熱點處理的程序如下所示：

3 結束語

使用關系數據庫管理系統處理圖像數據，是數據庫應用系統在圖像領域的新發展。本文通過基于BLOB的圖像查詢系統的研究，得到了圖像數據在數據庫系統中處理與使用的有效方法。圖像文件庫系統雖然可以以高效的方式處理圖像數據，但在其自身的系統安全性和數據完整性上存在難以克服的缺陷，在使用中會出現圖像文件被破壞而引起系統出錯的現象。因此作者在基于BLOB的配件圖像查詢系統中，采用了圖像數據庫設計實現配件查詢系統中圖像的錄入和熱點處理，圖像數據庫系統使用多個小的圖像數據表和圖像數據索引表，即保證系統的安全性和數據的完整性，也滿足了系統要求的速度和效率，是進行圖像數據在數據庫系統中處理與使用的有效方法，而且其設計思想和實現步驟簡單，可以方便的應用在各種實際的系統中，具有一定的應用價值。

但是，也應當清醒的認識到對于大數據量的圖像數據的存儲，還有許多問題要進行研究。一個問題就是大對象數據的特殊操作實現，因為LOB型數據是二進制的大對象，它不能簡單的按照一般數據的操作符來進行計算。比如要查出一個數據表中含有大對象的圖像，如果圖像很大，又要進行瀏覽，那怎么辦呢？如果直接進行讀取那速度是難以忍受的。只有采取分塊或添加索引影像的方法，由此會帶來許多需要研究的問題。

另外一個重要的問題是對海量圖像數據庫的性能優化，原先的優化方法如索引優化等仍然適用，但是現在遇到了新的問題：海量圖像數據是龐大的，那么對海量圖像數據的操作（尤其是檢索）開銷巨大，那么如何降低這種開銷，縮短操作時間，又是一個重要課題。

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