多媒体数据库

10.7.1　多媒体数据库

一、多媒体数据

以前我们接触的数据库其管理的内容就是数字和字符等简单的数据类型，而多媒体数据库则不同，它管理的对象是图像、声音等复杂的多媒体信息。用以管理多媒体数据的数据库系统就是多媒体数据库系统（Multimedia Database，MD）。多媒体数据与传统数据有很大的差异，主要有如下特点：

■ 数据量大：多媒体数据的数据量一般是很大的，1分钟的视频和音频数据就需要几十兆的数据空间。

■ 结构复杂：多媒体数据大多数是非结构化的数据，有时候数据是多种类型数据的集成，而且来源不同的媒体具有不同的形式和格式。它们可以是由文字、图像、声音等组成的复杂对象，即使是一幅动画也是由许多画面合成的。

■ 时序性：有时候各种媒体合成的时候，需要有一定的同步机制。如一幅画面的配音或文字需要与画面同步，不能超前也不能滞后，而传统数据没有这些要求。

■ 数据传输的连续性：多媒体数据如声音或视频数据的传输都必须是连续的、稳定的，不能间断。

正是多媒体数据的这些不同于其他数据的特征，使得传统的数据库很难管理这些多媒体数据。因此多媒体数据库应该有自己的管理方式，而不能简单地通过扩充传统数据库来满足多媒体应用的要求。

二、多媒体数据库的组成和特点

和传统数据库一样，多媒体数据库也是由数据库、数据库管理系统、数据库管理员、数据库应用程序和用户五部分组成的，只是有的部分与传统数据库有着本质的差别。其中，多媒体数据库是按照一定的组织规则存储在计算机上的多媒体数据的集合；多媒体数据库管理系统是操纵和管理多媒体组成的数据库软件，它用于定义、建立、操纵、控制、管理和使用多媒体数据库，实现对常规数据和复杂对象的一体化管理；多媒体数据库管理员、多媒体数据库应用程序以及用户的功能和职责与一般的数据库系统类似。但是多媒体数据库具有一些与传统数据库不同的特征：

（1）信息媒体的多样性。在多媒体数据库中存储的信息格式是多样化的，不仅有传统数据库里面存储的格式化数据，也有声音、图形、图像、动画、视频等非格式化的数据，它们所需要的存储容量特别大，为了能够对多媒体信息进行有效的存储、高速的处理和传输，除了要采用大容量的存储器和高速传输的通信网之外，有效的数据压缩技术也是非常关键的。

（2）多媒体数据的冗余性。某些动态多媒体对象在一段时间内其发生的变化是很微小的，其大部分内容都保持不变，即数据具有冗余性，因此存在数据压缩的可能性。

（3）处理过程的交互性和时序性。多媒体数据库的一个重要特点就是交互性和时序性。交互性使得系统能够与用户交流；时序性是指多媒体信息的展示与时间相关，需考虑媒体内和媒体间的协调。

（4）多媒体的分布性。多媒体数据库中的数据一般都是分布在多个结点上的，为了更好地进行数据的分布和共享，我们需要一个快速高效的多媒体网络来连接各个结点。

（5）多种技术的集成性。在多媒体数据库系统中包含了计算机领域内较新的软件技术、硬件技术和网络通信技术，并将不同性质的设备和信息媒体集成为一体，以数据管理系统为中心综合处理各种信息。

三、多媒体数据库管理系统

从上述的介绍我们可以看出，多媒体数据库由于其管理的数据的特殊性，其系统要复杂得多。对于多媒体数据库到底应该具有哪些功能，还没有一个统一的标准，但从实际应用考虑应该有如下基本功能：

（1）系统应能够有效地表示多媒体数据。能够对多媒体数据根据应用需求的不同，而采取不同的表示方法。如果感兴趣的是它的内部结构而且主要按其内部结构成分检索，则可以按一定方法将其映射成包含所有子部分的一张表，用格式化的结构表示。如果仅是对媒体的整体内容操作，则简单地存储或链接其源文件到数据库即可。

（2）系统应能够处理多媒体数据，正确识别和表现多媒体数据的特征，多媒体间的空间或时间的关联，如正确表达相关媒体信息集成在一个空间内的有关特性以及多媒体数据组合在一起的同步。

（3）多媒体数据库应该提供传统数据库可以实现的搜索、浏览、删除等操作，同时多媒体数据库还应该提供针对各种媒体的特殊操作，如声音的合成、图形的缩放等。

（4）多媒体数据库管理系统应具有开放功能，我们应该能够通过多媒体数据库的接口编写自己的应用程序。此外，系统还应该提供特种事务处理和版本管理功能。

四、多媒体数据库的数据模型

传统的关系模型，很难描述像多媒体这样具有复杂内部结构非结构化的数据类型，也很难描述媒体间的时空关系。多媒体数据模型的特点是需要对媒体的表现形式建模。表现形式包括媒体数据的合成再现、加工再现和交互式创造再现。媒体数据的内容和表现是其不同的两个方面，应该统一在一个数据模型中。这就需要我们寻找新的，不同于传统模型的适用于多媒体数据处理的模型。支持多媒体数据的模型主要有以下几种：

（1）面向对象的数据模型。这种方法倾向于从媒体的数据模型入手，采用面向对象方法中对象、方法、属性、消息、对象类的层次结构和继承特点描述多媒体的数据模型。这种模型能够提供对复杂对象的描述和对象间关系的表示能力，能更好地处理复杂的多媒体对象的结构语义，便于支持新的数据类型及其操作，也便于系统模式的扩充和修改。但面向对象数据模型还没有一个统一的标准，现实技术还不太成熟。

（2）扩展的关系数据模型。关系数据库只能描述字符和数字等符号媒体信息，无法描述图像、视频、声音等多媒体信息，但是关系型数据库的理论比较成熟，这种扩充关系数据库的方法容易实现。在实际应用中常扩展关系模型以支持不同媒体数据类型，可以实现对多媒体数据的存取，可以描述媒体的部分特征。但存在对多媒体信息的建模能力差，无法反映多媒体信息间的空间关系、时间关系与语义关系等缺点，也难以实现基于内容的查询和检索。

（3）对象关系模型。对象关系模型结合了面向对象和关系模型的特点，允许用户定义新的数据类型和操作，可以定义抽象数据类型表示具有内部结构的复杂的多媒体数据以提供对复杂对象的描述，用户自定义函数为操作不同媒体类型的数据提供了方便。同时对象关系模型又可以利用关系数据库技术提供对数据的存取管理功能，是目前多媒体数据库系统可采用的一种实用和有效的数据模型。

（4）超媒体数据模型。结点和链是超媒体数据模型的两个核心概念。超媒体数据模型是由结点和链组成的具有网状结构的有向图。在有向图中，结点是信息的单位，可以包括文本、图像、视频、声音、动画等各种媒体信息；链用来组织信息，表达信息间的关系。用户能够通过链由一个信息结点转移到另一个信息结点，实现对不同媒体的操作。但这种模型不能提供对不同媒体数据统一的定义，不同媒体数据也没有统一的结构。在实际中，多媒体数据库系统也可以采用多种数据模型，把上述几种模型结合使用。