多媒体数据库技术

1、媒体资产管理技术媒体资产管理技术Media Asset Management第第7章：章：多媒体数据库多媒体数据库技术技术第7章 多媒体数据库多媒体数据库技术技术v多媒体数据库技术是多媒体数据库技术是数据库技术数据库技术与与多媒体技术多媒体技术结合的结合的产物。产物。v多媒体数据库要解决三个难题。多媒体数据库要解决三个难题。w 第一是信息媒体的第一是信息媒体的多样化多样化，多媒体数据的存储、组织、使，多媒体数据的存储、组织、使用和管理。用和管理。w 第二要解决多媒体第二要解决多媒体数据集成数据集成或表现集成，实现多媒体数据或表现集成，实现多媒体数据之间的交叉调用和融合，集成粒度越细，多媒体一体

2、化表之间的交叉调用和融合，集成粒度越细，多媒体一体化表现才越强，应用的价值也才越大。现才越强，应用的价值也才越大。w 第三是多媒体数据与人之间的第三是多媒体数据与人之间的交互性交互性，也就是多媒体数据，也就是多媒体数据的的检索检索问题，其中包括基于元数据的检索模式和基于内容问题，其中包括基于元数据的检索模式和基于内容的检索模式。的检索模式。MEDIA ASSET MANAGEMENT MEDIA ASSET MANAGEMENT 第7章 多媒体数据库多媒体数据库技术技术关系数据库概述关系数据库概述 1多媒体数据库概述多媒体数据库概述 2面向对象数据库技术面向对象数据库技术 3分布式多媒体数据库

3、分布式多媒体数据库 4检索技术简介检索技术简介 57.1.1 关系数据库基本知识v数据库的数据模型先后经历了数据库的数据模型先后经历了网状模型网状模型、层次模型层次模型、关系模型关系模型和和面向对象模型面向对象模型等阶段。其中关系模型等阶段。其中关系模型因为有完整的理论基础，取代了网状模型和层次模因为有完整的理论基础，取代了网状模型和层次模型，目前关系数据库在实际应用中居于主导地位。型，目前关系数据库在实际应用中居于主导地位。MEDIA ASSET MANAGEMENT 面向对象模型面向对象模型 关系模型关系模型 层次模型层次模型 网状模型网状模型 7.1.1 关系数据库基本知识v1. 关系数

4、据库的特征关系数据库的特征v数据结构化数据结构化。按照某种数据模型组织成为一个结构化按照某种数据模型组织成为一个结构化的数据整体。它不仅描述了数据本身的的数据整体。它不仅描述了数据本身的特性特性，而且描，而且描述了数据与数据之间的各种述了数据与数据之间的各种联系联系，这使数据库具备了，这使数据库具备了复杂的内部组织结构。复杂的内部组织结构。v实现数据共享实现数据共享。实现了多个应用程序、多种语言及多实现了多个应用程序、多种语言及多个用户共享一个库中的数据，甚至在一个单位或更大个用户共享一个库中的数据，甚至在一个单位或更大的范围内共享，因而大大提高了数据的的范围内共享，因而大大提高了数据的利用率

5、利用率，提高，提高了工作效率。了工作效率。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.1.1 关系数据库基本知识v减少数据冗余度减少数据冗余度。由于数据库实现了数据共享，因而。由于数据库实现了数据共享，因而减少了数据的重复存储，节省了存储空间，减少了数据的重复存储，节省了存储空间，减少了数减少了数据冗余据冗余。v数据独立性数据独立性。数据库技术中的数据与程序。数据库技术中的数据与程序相互独立相互独立，互不依赖，不因一方的改变而改变另一方，这大大简互不依赖，不因一方的改变而改变另一方，这大大简化了应用程序设计与维护的工作量，同时数据也不会化了应用程序设计与维护的工作量，同时数据也不会随程序

6、的结束而消失，可随程序的结束而消失，可长期保留长期保留在计算机系统中。在计算机系统中。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.1.1 关系数据库基本知识姓名姓名 地址年龄月薪 工龄张非张非北京北京 2750004李奎李奎上海上海2965003王西风王西风广州广州38800010MEDIA ASSET MANAGEMENT n 数据库示例数据库示例v2. 关系数据库的基本组成关系数据库的基本组成v 关系数据库由一组数据表组成。表中的每行称为关系数据库由一组数据表组成。表中的每行称为记录记录，每列，每列称为称为字段字段。v 表是一组彼此相关的记录的组合。表是一组彼此相关的记录的组合。w

7、例如，有一张包含公司中员工信息的表。每条记录里都存储了公司一例如，有一张包含公司中员工信息的表。每条记录里都存储了公司一名员工的姓名、地址和月薪等数据。名员工的姓名、地址和月薪等数据。7.1.1 关系数据库基本知识v3. DBS和和DBMSv数据库系统（数据库系统（DBS）是采用了数据库（是采用了数据库（DB）技术的）技术的计算机系统。计算机系统。DBS是一个实际可运行的，按照数据库是一个实际可运行的，按照数据库方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统，方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统，它是数据库、硬件、软件和数据库管理员的集合体。它是数据库、硬件、软件和数据库管理员的集合体。

8、v数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）是指数据库系统中对数是指数据库系统中对数据进行管理的软件系统，它是据进行管理的软件系统，它是DBS的核心组成部分。的核心组成部分。对对DB的一切操作，包括定义、查询、更新及各种控的一切操作，包括定义、查询、更新及各种控制，都是通过制，都是通过DBMS进行的。进行的。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.1.2 关系数据库管理系统RDBMSv 通常利用数据库管理系统来处理诸如人们用文件柜来完成的通常利用数据库管理系统来处理诸如人们用文件柜来完成的那样一些任务。从某种意义上来说，数据库就像一个那样一些任务。从某种意义上来说，数据库就像一个大文

9、件大文件柜柜，只不过是一个内建的，只不过是一个内建的文件编排系统文件编排系统而已。电子化处理记而已。电子化处理记录相对手工处理记录有很多优点：录相对手工处理记录有很多优点：MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.1.3 关系数据库的数据模型v关系数据库是一些相关的表和其他数据库对象的集合关系数据库是一些相关的表和其他数据库对象的集合。该定义表达了三部分含义：。该定义表达了三部分含义：w 第一第一，在关系数据库中，信息被存放在二维表格结构的表（，在关系数据库中，信息被存放在二维表格结构的表（table）中，一个关系数据库包含了多个数据表，而每一个）中，一个关系数据库包含了多个数据表，而

10、每一个表又包含行（记录）和列（字段），可以将表想象为一个电表又包含行（记录）和列（字段），可以将表想象为一个电子表格，其中与行对应的是子表格，其中与行对应的是记录记录，与列对应的是，与列对应的是字段字段；w 第二第二，这些表之间是相互，这些表之间是相互关联关联的，表之间的这种关联性是由的，表之间的这种关联性是由主键和外键所体现的参照关系来实现的；主键和外键所体现的参照关系来实现的；w 第三第三，数据库不仅包合表，而且包含了其他数据库对象，如，数据库不仅包合表，而且包含了其他数据库对象，如视图视图、存储过程存储过程、索引索引等。等。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.1.3 关系数

11、据库的数据模型v主关键字主关键字（primary key，也称主键）是指表中的某一，也称主键）是指表中的某一列，该列的值可唯一标识一行。列，该列的值可唯一标识一行。v外部关键字外部关键字（foreign key，也称外键）是指如果表中含，也称外键）是指如果表中含有与另一个表的主关键字相对应的列组，那么该列组就有与另一个表的主关键字相对应的列组，那么该列组就被称为外部关键字。从该定义可以看出，外部关键字也被称为外部关键字。从该定义可以看出，外部关键字也是由一个或多个列组成。是由一个或多个列组成。v如果两个表中具有相同的列或列组，那么该列或列组就如果两个表中具有相同的列或列组，那么该列或列组就被称

12、为这两个表的被称为这两个表的公共关键字公共关键字（common key）。如果）。如果公共关键字是其中一个表的主关键字，那么该公共关键公共关键字是其中一个表的主关键字，那么该公共关键字在另一个表中就被称为外部关键字。字在另一个表中就被称为外部关键字。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.1.4 RDBMS的特点vRDBMS的特点如下的特点如下：v数据完整性：数据完整性：所有所有RDBMS都使用都使用SQL或其变体来控或其变体来控制包含在任意数据库中的数据。制包含在任意数据库中的数据。RDBMS必须保证数必须保证数据的完整性。据的完整性。v数据的安全性：数据的安全性：多数多数RDBM

13、S都坚持把实际数据和业都坚持把实际数据和业务逻辑区分开，以确保数据库中的数据可以保持持久务逻辑区分开，以确保数据库中的数据可以保持持久状态。状态。MEDIA ASSET MANAGEMENT MEDIA ASSET MANAGEMENT 第7章 多媒体数据库多媒体数据库技术技术关系数据库概述关系数据库概述 1多媒体数据库概述多媒体数据库概述 2面向对象数据库技术面向对象数据库技术 3分布式多媒体数据库分布式多媒体数据库 4检索技术简介检索技术简介 57.2 多媒体数据库概述v多媒体数据库（多媒体数据库（MMDB）与传统的关系数据库相比）与传统的关系数据库相比，具有，具有数据量大数据量大、数据类

14、型多数据类型多、数据类型之间差距数据类型之间差距大大、多媒体数据的输入和输出复杂多媒体数据的输入和输出复杂的特点。当今时的特点。当今时代，网络技术与信息传输技术的发达，更增加了多代，网络技术与信息传输技术的发达，更增加了多媒体数据的复杂性。媒体数据的复杂性。v一般来讲，多媒体数据有一般来讲，多媒体数据有静态静态与与动态动态之分，静态数之分，静态数据有据有字符字符、数值数值、文本文本、图形图形、图像图像等静态的数据等静态的数据，而动态数据有，而动态数据有音频音频、视频视频、动画动画等。等。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.1 多媒体数据的特点v多媒体数据库信息媒体的多媒体数

15、据库信息媒体的多样性多样性MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.1 多媒体数据的特点v（1）数据量大数据量大w 图像、声频和视频对象一般需要大的存储容量。图像、声频和视频对象一般需要大的存储容量。v（2）数据长度可变数据长度可变w 多媒体数据的数据量大小可变，且无法预先估计。多媒体数据的数据量大小可变，且无法预先估计。v（3）多数据流多数据流w 多媒体展示时涉及多种数据类型的静态和连续媒体的集多媒体展示时涉及多种数据类型的静态和连续媒体的集成及显示。成及显示。v（4）数据流的连续记录和检索数据流的连续记录和检索w 多媒体数据要求连续记录（存储）和播放（检索），否多媒体数据要求连

16、续记录（存储）和播放（检索），否则将导致严重失真，大大影响效果，使用户无法接受。则将导致严重失真，大大影响效果，使用户无法接受。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.2 MMDB的主要需求v多媒体数据库（多媒体数据库（MMDB）就是要实现对结构化和）就是要实现对结构化和非结构化的多媒体数据的非结构化的多媒体数据的存储存储、管理管理和和查询查询，其主，其主要需求有：要需求有：v1. MMDB应能够应能够表示表示多种媒体的数据，如图形、多种媒体的数据，如图形、图像、声音等。非结构化数据表示起来比较复杂，图像、声音等。非结构化数据表示起来比较复杂，需要根据多媒体系统的特点来决定表示方

17、法。需要根据多媒体系统的特点来决定表示方法。 v2. MMDB应能够应能够协调处理协调处理各种媒体数据，正确识各种媒体数据，正确识别各种媒体数据之间在空间或时间上的关系。别各种媒体数据之间在空间或时间上的关系。v3. 除必须满足物理数据独立性和逻辑数据独立性除必须满足物理数据独立性和逻辑数据独立性外，还应该满足外，还应该满足媒体数据独立性媒体数据独立性。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.2 MMDB的主要需求v4. 更强的更强的数据查询和操纵数据查询和操纵。多媒体数据既有其外。多媒体数据既有其外在的表现形式，又有其自身内在的结构。在的表现形式，又有其自身内在的结构。 v5

18、. 媒体的媒体的集成和编辑集成和编辑。媒体的有机组合（集成）。媒体的有机组合（集成）是多媒体数据库系统的一项重要而且难度较大的功是多媒体数据库系统的一项重要而且难度较大的功能。能。 v6. 网络功能网络功能。应解决分布在网络上的。应解决分布在网络上的MMDB中的中的数据的定义、存储、操作问题，并对数据的一致性数据的定义、存储、操作问题，并对数据的一致性、安全性、并发性进行管理。、安全性、并发性进行管理。v7. 多媒体数据库系统（多媒体数据库系统（MMDBS）应具有）应具有开放功开放功能能，提供，提供MMDB的应用程序接口的应用程序接口API。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.

19、2.2 MMDB的主要需求v8. 交互性强交互性强。最常见的是用鼠标选择调用有关的。最常见的是用鼠标选择调用有关的信息，供用户观察、决策。信息，供用户观察、决策。v9. MMDB还应提供还应提供数据和版本管理数据和版本管理功能。功能。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.3 MMDBS的层次结构v MEDIA ASSET MANAGEMENT 用户层用户层 W1 检索检索 1 检索检索 2 检索检索 n 数据模型数据模型多媒体多媒体 数据存储数据存储（索引）（索引） 时态时态 模型模型 检检索索 图图像像 视视频频 音音频频 Wn W2 过滤层过滤层 网络层网络层 数据描数据

20、描述层述层 物理存物理存储视图储视图 W1 Wn W2 W1 Wn W2 通信网络通信网络 7.2.3 MMDBS的层次结构（1）物理存储层物理存储层：描述如何在文件系统中存储多媒体数据。描述如何在文件系统中存储多媒体数据。（2）数据描述层数据描述层：也是核心层。这一层负责对原始信息的解也是核心层。这一层负责对原始信息的解释和描述，并处理索引提出的数据快速存取请求。释和描述，并处理索引提出的数据快速存取请求。（3）网络层网络层：媒体对象可能存储在不同的系统中，用户可以媒体对象可能存储在不同的系统中，用户可以在计算机网络上进行数据存取。在计算机网络上进行数据存取。（4）过滤层过滤层：负责分析和处

21、理用户的查询要求。用户可以用负责分析和处理用户的查询要求。用户可以用不同的方法查询数据库，这取决于用户所需要信息的类型。不同的方法查询数据库，这取决于用户所需要信息的类型。（5）用户层用户层：应用和用户之间的接口，负责实现数据库中数应用和用户之间的接口，负责实现数据库中数据的浏览以及人机交互。据的浏览以及人机交互。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v（1）支持）支持结构化数据结构化数据（如字符数值）和（如字符数值）和非结构化数非结构化数据据（如视频、声音、图象等）的表示及其属性特征的（如视频、声音、图象等）的表示及其属性特征的描述。描述。v（2）支持）支持

22、多媒体的表现多媒体的表现（Presentation）建模，）建模，即多媒体数据模型应能表示各媒体对象间的语义关系即多媒体数据模型应能表示各媒体对象间的语义关系、时态关系和空间关系。、时态关系和空间关系。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v目前开发出来的目前开发出来的MMDBS大多是专用的大多是专用的MMDB，对，对信息的处理进行了折中，信息的处理进行了折中，缺乏通用性缺乏通用性。在多媒体数据。在多媒体数据模型方面主要存在以下问题：模型方面主要存在以下问题：w （1）没有表示多媒体数据模型经典）没有表示多媒体数据模型经典完善的理论及技术完善的理论及技术。在。

23、在建立多媒体数据模型时，虽然可能借助其它方面的研究成建立多媒体数据模型时，虽然可能借助其它方面的研究成果，但表示多媒体数据的统一完善的理论还没有形成。果，但表示多媒体数据的统一完善的理论还没有形成。w （2）目前研究者各自从不同的方向对多媒体数据模型进行）目前研究者各自从不同的方向对多媒体数据模型进行探讨，所建立的多媒体数据模型一般也只能反映和强调多探讨，所建立的多媒体数据模型一般也只能反映和强调多媒体数据的某一类特征，其应用也媒体数据的某一类特征，其应用也侧重于某一类领域侧重于某一类领域。w （3）受目前图像理解、计算机视觉、人工智能等学科发展）受目前图像理解、计算机视觉、人工智能等学科发展

24、水平的限制。图像数据水平的限制。图像数据自动语义识别自动语义识别和和视频数据自动分段视频数据自动分段，以及，以及抽取高级语义特征抽取高级语义特征还存在不少困难。还存在不少困难。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v建立多媒体数据模型的方法可以概括为如下几种：建立多媒体数据模型的方法可以概括为如下几种：w 扩充关系的模型扩充关系的模型：在传统关系数据库的基础上加以扩充，：在传统关系数据库的基础上加以扩充，使之支持多媒体数据类型。使之支持多媒体数据类型。w 基于面向对象语言的模型基于面向对象语言的模型：在面向对象语言中嵌入数据库：在面向对象语言中嵌入数据库功能而

25、形成功能而形成MMDB。 w 基于超文本或超媒体的模型基于超文本或超媒体的模型：此种模型由节点和链组成，：此种模型由节点和链组成，节点是信息单位（信息元），链用于组织信息，表达信息节点是信息单位（信息元），链用于组织信息，表达信息间的关系，把节点连接成网状结构。间的关系，把节点连接成网状结构。 w 开发全新的数据模型开发全新的数据模型：该方法从低层来实现：该方法从低层来实现MMDBS，首，首先建立一个包含面向对象数据库核心概念的数据模型，然先建立一个包含面向对象数据库核心概念的数据模型，然后设计相应的语言和相应的面向对象数据库管理系统的核后设计相应的语言和相应的面向对象数据库管理系统的核心。心

26、。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v1. 扩充关系的模型扩充关系的模型：v传统的关系模型结构简单，是单一的二维表，很难用传统的关系模型结构简单，是单一的二维表，很难用于空间数据和时态数据，缺乏演绎和推理操作，表达于空间数据和时态数据，缺乏演绎和推理操作，表达数据特性的能力有限。数据特性的能力有限。v在基于在基于RDB的的MMDB中，必须对现有的关系模型进中，必须对现有的关系模型进行扩充，使它不但能支持结构化数据，也能处理非结行扩充，使它不但能支持结构化数据，也能处理非结构化数据，分为以下三种扩充方式：构化数据，分为以下三种扩充方式： MEDIA ASS

27、ET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v（1）扩展现有的数据类型）扩展现有的数据类型 v一般是利用一般是利用标准扩展字段标准扩展字段（General）来描述多媒体）来描述多媒体数据。数据。w 在在Oracle和和Sybase系统中采用系统中采用二进制大对象二进制大对象（BLOB）存放）存放各种多媒体数据（可达各种多媒体数据（可达2GB）。）。w 常规数据用关系数据库处理，多媒体数据则存储在数据库常规数据用关系数据库处理，多媒体数据则存储在数据库之外的图像或视频服务器上，关系数据库中包括了之外的图像或视频服务器上，关系数据库中包括了BLOB的位置信息，这些位置信息相当于的位置信息

28、，这些位置信息相当于指向多媒体文件的指针指向多媒体文件的指针。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v（2）扩充用户自定义的数据类型）扩充用户自定义的数据类型v用户自定义一个抽象数据类型作为另一关系的值，而用户自定义一个抽象数据类型作为另一关系的值，而不仅仅是采用系统己定义的数据类型。不仅仅是采用系统己定义的数据类型。 w 例如，用函数定义的扩展系统允许用户将程序加到一个关系例如，用函数定义的扩展系统允许用户将程序加到一个关系上，使系统的查询语言具备调用程序的能力。这种方法旨在上，使系统的查询语言具备调用程序的能力。这种方法旨在扩充关系数据库，使之支持扩充关系

29、数据库，使之支持ADT（抽象数据类型）（抽象数据类型）的定义和的定义和使用。使用。w 以极小的代价拓宽的对多种媒体的管理能力。以极小的代价拓宽的对多种媒体的管理能力。w 但由于基于二维构造的多媒体数据模型无法反映各媒体之间但由于基于二维构造的多媒体数据模型无法反映各媒体之间的的空间、时间空间、时间和和语义语义关系，有关的处理必须用其它应用程序关系，有关的处理必须用其它应用程序来实现，所以在多媒体数据的来实现，所以在多媒体数据的同步和集成同步和集成方面存在很多问题方面存在很多问题，且对多媒体数据的，且对多媒体数据的基于内容的检索和查询基于内容的检索和查询更加难以实现。更加难以实现。MEDIA A

30、SSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v3）扩充嵌套语义，采用）扩充嵌套语义，采用NF2数据模型数据模型。w 传统的关系模型要求关系数据库中的所有关系必须满足传统的关系模型要求关系数据库中的所有关系必须满足第一第一范式范式（FirstNormalForm，1NF），即一个关系中的所有属），即一个关系中的所有属性都必须是原子型的，表中不能有表。性都必须是原子型的，表中不能有表。w 由于由于MMDB具有各种各样的媒体数据，格式、大小都不相同具有各种各样的媒体数据，格式、大小都不相同，因此必须打破关系数据库中关于范式的要求，允许表中有，因此必须打破关系数据库中关于范式的要求，允许

31、表中有表，即采用表，即采用非第一范式非第一范式（NonFirstNormalForm，NF2）模型）模型，也叫，也叫嵌套关系数据模型嵌套关系数据模型。NF2模型提供描述属性嵌套定义模型提供描述属性嵌套定义的手段，一个对象的值也可以是一个对象。的手段，一个对象的值也可以是一个对象。 w 虽然虽然NF2方法可以利用关系数据库传统优势，延用关系数据方法可以利用关系数据库传统优势，延用关系数据库语言或其他通用语言。但无法增强建模能力，不能较好地库语言或其他通用语言。但无法增强建模能力，不能较好地反映多媒体数据所反映多媒体数据所特有的时空关系特有的时空关系，同时，同时多媒体对象多媒体对象的存取的存取、检

32、索或其它处理上仍存在相当大的困难。、检索或其它处理上仍存在相当大的困难。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v2面向对象的数据模型面向对象的数据模型w 面向对象数据库建立在对象模型的基础上，以定义对象的属面向对象数据库建立在对象模型的基础上，以定义对象的属性、集合、行为、状态和联系等为主要描述方式，引入了性、集合、行为、状态和联系等为主要描述方式，引入了类类、对象、方法、消息、封装、继承、对象、方法、消息、封装、继承等概念。等概念。w 面向对象的方法为新一代的多媒体数据模型打下了良好的基面向对象的方法为新一代的多媒体数据模型打下了良好的基础，许多多媒体资料可

33、以抽象为被础，许多多媒体资料可以抽象为被类型链类型链连接在一起的结点连接在一起的结点网络，可以自然地用面向对象方法所描述。网络，可以自然地用面向对象方法所描述。w 这种机制可以很好地满足这种机制可以很好地满足MMDB在在建模建模方面的要求，并且能方面的要求，并且能更好地实现数据库的更好地实现数据库的存储、查询存储、查询以及其他操作。以及其他操作。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v其特点主要表现为：其特点主要表现为：v （1）面向对象模型支持）面向对象模型支持“聚合聚合”与与“概括概括”的概念，从而可的概念，从而可以更好地处理多媒体数据等复杂对象的结构语义

34、。以更好地处理多媒体数据等复杂对象的结构语义。v （2）面向对象模型支持）面向对象模型支持抽象数据类型抽象数据类型和和用户定义的方法用户定义的方法，便，便于系统支持定义新的数据类型和操作。于系统支持定义新的数据类型和操作。v （3）面向对象系统的数据抽象、功能抽象与消息传递的特点）面向对象系统的数据抽象、功能抽象与消息传递的特点使对象在系统中是独立的，具有使对象在系统中是独立的，具有良好的封闭性良好的封闭性，封闭了多媒体，封闭了多媒体数据之间的类型及其它方面的巨大差异，并且容易实现并行处数据之间的类型及其它方面的巨大差异，并且容易实现并行处理，也便于系统模式的扩充和修改。理，也便于系统模式的扩

35、充和修改。v （4）面向对象系统的对象类、类层次和继承性的特点，不仅）面向对象系统的对象类、类层次和继承性的特点，不仅减少了冗余减少了冗余和由此引起的一系列问题，还非常有利于和由此引起的一系列问题，还非常有利于版本控制版本控制。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.4 多媒体数据模型v （5）面向对象系统中实体是独立于值存在的，因而）面向对象系统中实体是独立于值存在的，因而避免了避免了关关系数据库中讨论的系数据库中讨论的各种异常各种异常。v （6）面向对象系统的查询语言通常是沿着系统提供的内部固）面向对象系统的查询语言通常是沿着系统提供的内部固有联系进行的，有联系进行的，避免了

36、避免了大量的大量的查询优化工作查询优化工作。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.5 MMDBMS的体系结构v1 1组合型结构组合型结构v通过整合技术连接的。如图，组合型结构中可以拥通过整合技术连接的。如图，组合型结构中可以拥有多个独立的媒体数据库，每一种媒体数据库的设有多个独立的媒体数据库，每一种媒体数据库的设计都有自己独立的数据库管理系统。计都有自己独立的数据库管理系统。MEDIA ASSET MANAGEMENT 用户应用程序用户应用程序 文本数文本数据库据库 音频数音频数据库据库 图形数图形数据库据库 图像数图像数据库据库 视频数视频数据库据库 文本数文本数据库管据库管

37、理系统理系统 音频数音频数据库管据库管理系统理系统 图形数图形数据库管据库管理系统理系统 图像数图像数据库管据库管理系统理系统 视频数视频数据库管据库管理系统理系统 7.2.5 MMDBMS的体系结构v2 2集中统一型结构集中统一型结构v各种媒体被集中统一地建在单一的各种媒体被集中统一地建在单一的MMDB里，由单里，由单一的一的MMDBMS统一管理和操纵。统一管理和操纵。v实际较难实现。实际较难实现。MEDIA ASSET MANAGEMENT 用户应用程序用户应用程序 多媒体数据库管理系统多媒体数据库管理系统 文本数据、音频数据、图形数据、图像数据、视频数据文本数据、音频数据、图形数据、图像

38、数据、视频数据 7.2.5 MMDBMS的体系结构v3 3客户服务型结构客户服务型结构v 各种单媒体数据仍然相对独立，各用一个服务器来实现管理各种单媒体数据仍然相对独立，各用一个服务器来实现管理和操纵，客户与服务器之间通过特定的中间件系统连接。和操纵，客户与服务器之间通过特定的中间件系统连接。MEDIA ASSET MANAGEMENT 用户应用程序用户应用程序 用户接口程序用户接口程序 多媒体数据库服务器多媒体数据库服务器 文本数文本数据库据库 音频数音频数据库据库 图形数图形数据库据库 图像数图像数据库据库 视频数视频数据库据库 文本服文本服务器务器 音频服音频服务器务器 图形服图形服务器

39、务器 图像服图像服务器务器 视频服视频服务器务器 7.2.5 MMDBMS的体系结构v4 4超媒体型结构超媒体型结构v 数据库分散到网络上，把它看成一个信息空间，只要设计好数据库分散到网络上，把它看成一个信息空间，只要设计好访问工具就能够访问和使用这些信息。在多媒体的数据模型访问工具就能够访问和使用这些信息。在多媒体的数据模型上，通过超链接建立起各种数据的时空关系。上，通过超链接建立起各种数据的时空关系。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 网络服务器网络服务器 媒体数据库媒体数据库 网络服务器网络服务器 媒体数据库媒体数据库 媒体媒体数据库数据库 网络服务器网络服务器 网络服务器网

40、络服务器 媒体数据库媒体数据库 网络服务器网络服务器 媒体数据库媒体数据库 7.2.6 MMDBMS的查询管理v数据库的数据库的查询查询是数据库最重要的功能之一。是数据库最重要的功能之一。vMMDBMS查询系统需完成以下几个方面的设计：查询系统需完成以下几个方面的设计：用户查询接口用户查询接口、多媒体数据提交多媒体数据提交、提交过程干预提交过程干预。v用户查询接口应允许用户根据内容、实例、时间、用户查询接口应允许用户根据内容、实例、时间、空间及其可能的组合进行查询。空间及其可能的组合进行查询。v对实例查询，用户接口需从适当的设备中获得实例对实例查询，用户接口需从适当的设备中获得实例对象（如实例

41、对象可通过扫描仪或存储的文件获得对象（如实例对象可通过扫描仪或存储的文件获得）。）。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.2.6 MMDBMS的查询管理v 查询生成器查询生成器产生一个适当的可被查询处理器处理的查询；产生一个适当的可被查询处理器处理的查询；查查询处理器询处理器访问需要的元数据并作出反应；访问需要的元数据并作出反应；响应表示响应表示模块向用模块向用户提供显示和反馈。如果用户对响应不满意，可户提供显示和反馈。如果用户对响应不满意，可重新重新设计并设计并生成新的查询。生成新的查询。MEDIA ASSET MANAGEMENT 用户查用户查询接口询接口 查询生查询生成器成器

42、 响应表响应表示示 查询再查询再生成生成 索引存索引存取取 数据存数据存取取 查询处查询处理器理器 MEDIA ASSET MANAGEMENT 第7章 多媒体数据库多媒体数据库技术技术关系数据库概述关系数据库概述 1多媒体数据库概述多媒体数据库概述 2面向对象数据库技术面向对象数据库技术 3分布式多媒体数据库分布式多媒体数据库 4检索技术简介检索技术简介 57.3 面向对象的数据库技术v 面向对象数据库系统（面向对象数据库系统（OODB）的思想产生于上世纪）的思想产生于上世纪80年代年代初。结合特定应用领域，分为：初。结合特定应用领域，分为：多媒体数据库多媒体数据库（结合多媒体（结合多媒体技

43、术）、技术）、空间数据库空间数据库（结合空间信息学和（结合空间信息学和GIS）、）、演绎数据演绎数据库库（结合人工智能）、（结合人工智能）、工程数据库工程数据库（结合软件工程）等。（结合软件工程）等。v 与传统数据库相比，它们既具有与传统数据库相比，它们既具有多样性多样性（学科交叉的必然结（学科交叉的必然结果），又有果），又有统一性统一性，建立它们的主要目的是为了，建立它们的主要目的是为了处理海量信处理海量信息息和和复杂数据结构复杂数据结构。MEDIA ASSET MANAGEMENT 新型数据库新型数据库 面向对象数据库面向对象数据库 传统数据库传统数据库 改进改进 扩充扩充 7.3 面向对

44、象的数据库技术v 与扩充的与扩充的RDB不同，不同，OODB倾向于以数据模型入手，重新考倾向于以数据模型入手，重新考虑虑系统结构系统结构、对象类层次的、对象类层次的存储结构存储结构、存取方法存取方法和和继承性继承性的的实现方法、用户定义的数据类型和方法的处理策略、必要的实现方法、用户定义的数据类型和方法的处理策略、必要的版本控制和友好的用户界面，建立一个版本控制和友好的用户界面，建立一个全新的全新的DBMS。v 对于大型应用而言，对于大型应用而言，OODB技术是解决多媒体数据库中复杂技术是解决多媒体数据库中复杂关系的关系的最根本的解决办法最根本的解决办法。MEDIA ASSET MANAGEM

45、ENT 7.3.1 OODB的特点v首先，它是一个数据库管理系统，具有数据库管理首先，它是一个数据库管理系统，具有数据库管理系统的基本功能：系统的基本功能：w 一是一是永久性永久性，数据库中的数据永久保存；，数据库中的数据永久保存；w 二是二是存储管理存储管理，包括索引管理、数据聚集、数据缓冲、存，包括索引管理、数据聚集、数据缓冲、存取路径选择、查询优化等；取路径选择、查询优化等；w 三是三是能并发控制能并发控制，提供高于当前已有数据库管理系统同样，提供高于当前已有数据库管理系统同样级别的、对多个用户并发操作的支持；级别的、对多个用户并发操作的支持；w 四是四是故障恢复能力故障恢复能力，提供不

46、低于当前已有的数据库管理系，提供不低于当前已有的数据库管理系统同样级别的、将数据库从故障后的错误状态中恢复到某统同样级别的、将数据库从故障后的错误状态中恢复到某个正确状态的功能；个正确状态的功能；w 五是五是交互式查询功能交互式查询功能，且是非过程化的、高效的、独立于，且是非过程化的、高效的、独立于应用的。应用的。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.1 OODB的特点v 其次，它是一个其次，它是一个面向对象的系统面向对象的系统，具有支持，具有支持OODB模型，支模型，支持复杂对象，具有运用各种构造机制从简单对象组成复杂对持复杂对象，具有运用各种构造机制从简单对象组成复杂对象的

47、能力。象的能力。v 复杂对象构造能力加强了对客观现实世界的模拟能力，且复杂对象构造能力加强了对客观现实世界的模拟能力，且方方法自然法自然、易理解易理解、具有对象标识具有对象标识，对象标识独立于其值而存，对象标识独立于其值而存在的特性，可以极大地加快查询速度。在的特性，可以极大地加快查询速度。v 对象既封装了对象既封装了数据数据，又封装，又封装操作操作，实现了，实现了信息隐藏信息隐藏，使用户，使用户不必知道操作的实现细节，只利用设计者提供的消息即可访不必知道操作的实现细节，只利用设计者提供的消息即可访问对象。问对象。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.1 OODB的特点v OO

48、DB与传统的与传统的RDB相比，其优势主要体现在：相比，其优势主要体现在：v 1. OODB更易于掌握更易于掌握w OODB可可基于面向对象程序设计语言基于面向对象程序设计语言，如，如C+。熟悉面向对象程序设。熟悉面向对象程序设计语言的人能很方便地掌握并使用这类系统。计语言的人能很方便地掌握并使用这类系统。v 2. 支持复杂应用支持复杂应用w 面向对象模型主要用于复杂应用。将特定对象放入高缓冲区或内存，面向对象模型主要用于复杂应用。将特定对象放入高缓冲区或内存，使系统性能得到优化使系统性能得到优化。v 3. 存储大型数据结构存储大型数据结构w OODB不仅能存储复杂的应用数据，而且还能不仅能存

49、储复杂的应用数据，而且还能存储较大的数据结构存储较大的数据结构。OODB不会因为有大量对象的存在而降低了性能。不会因为有大量对象的存在而降低了性能。v 4. 直接引用对象直接引用对象w OODB支持对象的直接引用支持对象的直接引用，减少了系统的数据冗余，提供了数据共，减少了系统的数据冗余，提供了数据共享能力，有利于数据完整性维护，同时还大大提高了搜索和导航访问享能力，有利于数据完整性维护，同时还大大提高了搜索和导航访问能力。能力。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.1 OODB的特点v 5. 优良的应用开发环境优良的应用开发环境w RDB的应用开发离不开数据操作语言和相应的宿

50、主语言等。的应用开发离不开数据操作语言和相应的宿主语言等。OODB的的应用开发并没有这些限制。应用开发并没有这些限制。v 6. 简化并发控制简化并发控制w 在在RDB中，并发控制理论实现起来却比较复杂。而中，并发控制理论实现起来却比较复杂。而OODB的并发控制的并发控制以对象为封锁单位，相关数据由对象本身的结构决定，一些控制可由以对象为封锁单位，相关数据由对象本身的结构决定，一些控制可由对象的方法和触发器完成，并发控制简单而有效。对象的方法和触发器完成，并发控制简单而有效。v 7. 实现无缝连接实现无缝连接w OODB的产生主要是为了解决的产生主要是为了解决“阻抗失配阻抗失配”，它强调高级程序

51、设计语，它强调高级程序设计语言与数据库的无缝连接。由于实现了无缝连接，使得言与数据库的无缝连接。由于实现了无缝连接，使得OODB能够支持能够支持非常复杂的数据模型，从而特别适用于工程设计领域。非常复杂的数据模型，从而特别适用于工程设计领域。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.1 OODB的特点v OODB技术可望成为继技术可望成为继RDB技术之后的技术之后的新一代新一代数据管理技术。数据管理技术。v 存在的问题如下：存在的问题如下：v 1. 性能方面：性能方面：由于由于OODB中数据被存放在许多地方，因此，中数据被存放在许多地方，因此，有效对象聚集是性能好坏的关键因素。有效对

52、象聚集是性能好坏的关键因素。v 2. 模式修改：模式修改：当需要当需要OODB的升级或新版本时，数据库的模的升级或新版本时，数据库的模式修改或重构将是个问题。式修改或重构将是个问题。v 3. 标准化：标准化：标准化和形式化是标准化和形式化是OODB研究和发展的一个重要研究和发展的一个重要方向。方向。v 4. 技术仍须趋向成熟：技术仍须趋向成熟：OODB的发展有赖于面向对象语言的的发展有赖于面向对象语言的发展。随着面向对象语言的发展，发展。随着面向对象语言的发展，OODB将趋于成熟。将趋于成熟。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.2 OODB的系统结构v现有现有OODB管理系统

53、功能各异，因而有各种不同的系管理系统功能各异，因而有各种不同的系统结构。下面介绍一种由统结构。下面介绍一种由美国美国MCC公司公司研制的研制的ORION系统系统的系统结构。的系统结构。vORION系统系统由由4个子系统构成：个子系统构成：MEDIA ASSET MANAGEMENT 消息处理子系统消息处理子系统 对象子系统对象子系统 事务子系统事务子系统 存储子系统存储子系统 7.3.2 OODB的系统结构vORION系统系统由由4个子系统构成：个子系统构成：w （1）消息处理子系统消息处理子系统：处理发送到系统中的所有消息。：处理发送到系统中的所有消息。w （2）对象子系统对象子系统：提供高

54、级数据管理功能，包括查询优化：提供高级数据管理功能，包括查询优化、模式管理、长数据管理（包括全文检索），以及支持版、模式管理、长数据管理（包括全文检索），以及支持版本对象、复合对象和多媒体对象。本对象、复合对象和多媒体对象。w （3）存储子系统存储子系统：完成对存储在磁盘上对象的存取，它包：完成对存储在磁盘上对象的存取，它包括两个子系统括两个子系统页缓冲区管理和磁盘段管理，分别负责页缓冲区管理和磁盘段管理，分别负责内存页缓冲区管理和磁盘中页段管理。内存页缓冲区管理和磁盘中页段管理。w （4）事务管理子系统事务管理子系统：采用锁和日志技术协调系统的并发：采用锁和日志技术协调系统的并发控制与恢复机

55、制。控制与恢复机制。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.2 OODB的系统结构vORION系统的客户机系统的客户机/服务器视图服务器视图 ：MEDIA ASSET MANAGEMENT 消息处理子系统消息处理子系统 对象子系统对象子系统 客户客户事务子系统事务子系统 客户客户存储子系统存储子系统 通信子系统通信子系统 服务器事务子系统服务器事务子系统 服务器存储子系统服务器存储子系统 7.3.3 OODBS的存储管理v存储管理是一个数据库系统的存储管理是一个数据库系统的物理实现层物理实现层，存储管理，存储管理设计与实现的好坏直接设计与实现的好坏直接影响着影响着系统的系统的性能

56、性能、安全安全与与恢恢复复，并与整个系统的总体结构和数据模型息息相关。，并与整个系统的总体结构和数据模型息息相关。v存储管理主要涉及存储管理主要涉及对象存储对象存储、聚簇策略聚簇策略和和索引索引等内容等内容。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.3 OODBS的存储管理v1 1对象存储对象存储v（1）对象数据的存储结构）对象数据的存储结构w 对象的存储由两部分组成对象的存储由两部分组成w 第一部分是第一部分是数据库类的结构信息数据库类的结构信息和和语义关联语义关联，包括数据项，包括数据项构成、函数动作及与其它类的语义关联等。同一类的所有构成、函数动作及与其它类的语义关联等。同一

57、类的所有对象具有相同的结构和行为，因此这些信息只需存储一次对象具有相同的结构和行为，因此这些信息只需存储一次，我们把它们存放在该类的数据字典中。函数体的源代码，我们把它们存放在该类的数据字典中。函数体的源代码和目标代码则分别存于系统的源代码库和目标代码库中。和目标代码则分别存于系统的源代码库和目标代码库中。w 第二部分是该类第二部分是该类对象的实例数据对象的实例数据，它们被一一存放在对象，它们被一一存放在对象库中。库中。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.3 OODBS的存储管理v（2）对象数据的存储）对象数据的存储w 一个一个OODB系统包含系统包含若干个磁盘卷若干个磁盘卷

58、，每个磁盘卷包含若干，每个磁盘卷包含若干个页面，对象存储在页面上。页面包含一个页首和一组页个页面，对象存储在页面上。页面包含一个页首和一组页槽。对象的物理地址由磁盘卷号、页面号和页槽号组成。槽。对象的物理地址由磁盘卷号、页面号和页槽号组成。页槽用于记录对象在页面中的位置，也就是距离页面开始页槽用于记录对象在页面中的位置，也就是距离页面开始处的偏移量。当向一个空页面中插人第一个对象（即对象处的偏移量。当向一个空页面中插人第一个对象（即对象0）时，对象）时，对象0紧接页首位置，其位置由页槽紧接页首位置，其位置由页槽0记录。记录。w 对象标识符对象标识符（Object Identifier，OID）

59、被用来唯一标识数）被用来唯一标识数据库中的每个对象，对象标识符分为物理对象标识符和逻据库中的每个对象，对象标识符分为物理对象标识符和逻辑对象标识符。辑对象标识符。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.3 OODBS的存储管理v通常，根据对象的大小，将对象进行分类，如果对象通常，根据对象的大小，将对象进行分类，如果对象大小超过页面的大小，那么称其为大小超过页面的大小，那么称其为大对象大对象；否则，称；否则，称为为小对象小对象。v大对象的存储方法主要分为两种：大对象的存储方法主要分为两种：基于块基于块的大对象存的大对象存储方法和储方法和基于段基于段的大对象存储方法。目前，许多对象的

60、大对象存储方法。目前，许多对象存储系统都采用存储系统都采用基于段基于段的大对象存储方法。基于段的的大对象存储方法。基于段的大对象存储方法是将大对象存储在物理上相邻的若干大对象存储方法是将大对象存储在物理上相邻的若干磁盘块上的存储方法。磁盘块上的存储方法。v对于合成对象，对于合成对象，OODB系统采用把系统采用把主体对象主体对象与与成员对成员对象象分开存储的策略。主体对象中相应位置存放成员对分开存储的策略。主体对象中相应位置存放成员对象的标识符（象的标识符（OID），成员对象则存放在其对应的数），成员对象则存放在其对应的数据文件中。据文件中。MEDIA ASSET MANAGEMENT 7.3.