多媒体技术——多媒体数据库

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1、2018/10/21,陈文华,1,多 媒 体 技 术,电子教学课件,第7章,2018/10/21,陈文华,2,第7章 多媒体数据库,多媒体数据库介绍7.1 概述7.2 多媒体数据库的特点7.3 多媒体数据对数据库的影响7.4 多媒体数据库系统的功能7.5 基于内容的多媒体检索技术7.6 基于内容检索的过程,2018/10/21,陈文华,3,第7章 多媒体数据库,研制和开发新一代数据库管理系统即多媒体数据库管理系统。支撑多媒体数据库管理系统的相关技术主要包括：大容量可读写的光盘、磁盘存储器、高速通信网络、计算机图形学、图像和声音处理、数据压缩、关系型和面向对象的数据库以及用户接口技术等。,201

2、8/10/21,陈文华,4,7.1 概 述,7.1.1 基本概念7.1.2 数据库技术的产生与发展7.1.3 数据模型结构1. 数据处理的三个世界2. 数据模型的分类7.1.4 时空编组7.1.5 多媒体数据库系统结构1. 数据库系统的层次模式结构2. 多媒体数据库的体系结构,2018/10/21,陈文华,5,7.1.1 基本概念,1. 数据与信息数据实际上是描述事物的符号记录。信息是人们消化理解了的有价值的数据，是能够反映事物或现象的本质和特征及其内在联系的数据。数据处理是指将数据转换成信息的过程。在数据处理的一系列活动中，数据收集、存储、传播、检索、分类等操作是基本环节，这些基本环节统称为

3、数据管理。,2018/10/21,陈文华,6,7.1.1 基本概念,数据与信息之间的关系可以表示为：信息 = 数据数据处理2. 数据库数据库是长期储存在计算机外存、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可被多个用户共享使用。3. 数据库系统及组成,2018/10/21,陈文华,7,7.1.1 基本概念,数据库系统是指具有管理和控制数据库功能的计算机系统。数据库系统由5部分组成： （1）硬件系统是整个数据库系统的基础，需要有足够大容量的内存和磁盘等存取设备等。 （2）数据库集合是若干个设计合理、满足应用需要的数

4、据库。 （3）数据库管理系统是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，是数据库系统的核心组成部分。,2018/10/21,陈文华,8,7.1.1 基本概念,（4）相关软件是支持软件，如操作系统等。 （5）数据库管理员是全面负责建立、维护和管理数据库系统的人员；用户是最终系统的使用和操作人员。4. 数据库管理系统DBMS数据库管理系统是用于建立、使用和维护数据库的一组软件。数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。,2018/10/21,陈文华,9,7.1.1 基本概念,5. 多媒体数据库管理系统MDBMS数据库

5、管理系统是用于建立、使用和维护多媒体数据库的一组软件。6. 管理信息系统MIS管理信息系统是由若干子系统构成的一个集成的人机系统，从组织的全局出发，实现数据共享，提供分析、计划、预测和控制等方面的综合信息。其主要目的是发挥系统的综合效益，提高管理水平。,2018/10/21,陈文华,10,7.1.2 数据库技术的 产生与发展,1. 人工管理阶段数据和程序不具有独立性；数据不能长期保存。2. 文件系统阶段程序和数据有了一定的独立性，程序和数据分开存储。但数据冗余度大，缺乏数据独立性，数据不能集中管理。3. 数据库系统阶段实现数据共享，减少数据冗余；采用特定的数据模型；具有较高的数据独立性；有统一

6、的数据控制功能和较高的数据安全性。,2018/10/21,陈文华,11,7.1.3 数据模型结构,数据模型是指表示实体以及实体之间联系的数据库的数据结构。 1. 数据处理的三个世界 （1）现实世界现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系。 （2）信息世界信息世界（或概念世界）是现实世界在人们头脑中的反映，是对客观事物及其联系的一种抽象描述，一般采用实体联系方法表示。,2018/10/21,陈文华,12,1. 数据处理的三个世界,图7-1 数据处理的三个世界,2018/10/21,陈文华,13,1. 数据处理的三个世界,信息世界常用的几个术语如下：1） 实体客观存在并可以相互区别的事物称为实体

7、，同一类实体的集合称为实体集。2） 属性描述实体的特性称为属性，如学生实体用若干属性（学号、姓名、性别、出生日期）来描述。属性的具体取值称为属性值，用以表示一个具体实体，如属性组合（9901，王斌，男，10/03/79）。,2018/10/21,陈文华,14,1. 数据处理的三个世界,3）关键字某个属性或属性组合的值能够唯一地标识实体集中的每个实体，可以选作关键字。例如，学号可以作为关键字。4）联系实体集之间的对应关系称为联系。联系分为两种： 是实体内部各属性之间的联系。 另一种是实体之间的联系。,2018/10/21,陈文华,15,1. 数据处理的三个世界,实体之间的联系有三种类型图7-2

8、实体之间三种类型的联系,2018/10/21,陈文华,16,1. 数据处理的三个世界,（3）计算机世界多媒体信息经过编码处理存入计算机后变成了数字化信息。计算机世界研究的对象是“记录”，它由相关的数据项（字段）所组成。相关数据项值的集合为一个记录值，同类记录值的集合组成文件，相关文件的集合构成一个数据库。计算机世界的几个常用术语：1） 数据项,2018/10/21,陈文华,17,1. 数据处理的三个世界,又称字段，是数据库中可以命名的最小逻辑数据单位。它可以是一个数或一个字符串，用来描述属性的数据。2）记录是数据项的有序集，即一个记录是由若干个数据项或字段组成的，用它描述实体。例如一个学生记录

9、通常包含学号、姓名、性别、出生日期等数据项。3）文件文件是一个具有符号名的一组同类记录的集合。,2018/10/21,陈文华,18,2. 数据模型的分类,表示实体以及实体之间（存储和管理数据、处理数据）联系的数据库的数据结构称为数据模型，目前基本的数据模型有几类： （1）层次模型数据结构是一棵“有向树”，层次模型的特征是：有且仅有一个结点没有父结点，它就是根结点；其他结点有且仅有一个父结点。,2018/10/21,陈文华,19,（1） 层次模型,图7-3 教育层次模型,2018/10/21,陈文华,20,（2） 网状模型,用网状结构表示实体及其之间联系的模型称为网状模型。网中的每一个结点代表一

10、个记录类型，联系用链接指针来实现。广义地讲，任何一个连通的基本层次联系的集合都是网状模型。网状模型的特征是：允许结点有多于一个的父结点；也可以有一个以上的结点没有父结点。,2018/10/21,陈文华,21,图7-4 学生课程网状模型 （3）关系模型关系模型是用二维表格结构来表示实体以及实体之间联系的数据模型，每个二维表可称为关系，关系模型是“关系”组成的集合。,（3） 关系模型,2018/10/21,陈文华,22,图7-5 关系模型,（3） 关系模型,2018/10/21,陈文华,23,（3） 关系模型,1）关系 2）元组 3）属性 4）主码 5）域属性的取值范围。 6）分量元组中的一个属性

11、值。,2018/10/21,陈文华,24,（3） 关系模型,7）关系模式对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2，属性n）。在关系模型中，实体以及实体间的联系都是用关系来表示的。例如，学生、课程、学生与课程之间的多对多联系可以表示如下：学生（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）,2018/10/21,陈文华,25,（3） 关系模型,关系模型定义了关系的结构以及引用完整性限制等特性，同时定义了选择、投影、连接和关系的集合运算等关系运算以及更新、定义数据等操作。在关系数据库的基础上增加一种大二进制对象BLOB字段来支持对多媒体数据对象的

12、存取，对关系数据模型的基本结构不作任何改动。但用户只能对BLOB字段的存在进行查询，不能根据BLOB字段的内容进行查询。,2018/10/21,陈文华,26,（3） 关系模型,BLOB有两种类型：文本BLOB类型由有效的文本字符组成。字节BLOB类型是二进制数据流，这种含有与记录中其他列分开存放在盘的不同分区上的BLOB列的数据库的逻辑区域叫做BLOB区。有两个优点： 保证仍然可以以最佳速度执行大量的没有大二进制对象的程序。 可以用便宜的存储介质来存储BLOB。,2018/10/21,陈文华,27,（4） 面向对象模型,面向对象数据模型语义丰富，描述能力强，不但可以描述数据的静态结构，而且还可

13、以描述数据的动态行为，并且它是可扩充的，可以方便地让用户定义新的数据类型及其操作。面向对象模型的几个基本概念：1）对象对象是现实世界中具有某些特性的事物实体。2）属性 属性用来描述对象的外观和行为的特征。,2018/10/21,陈文华,28,（4） 面向对象模型,3）方法方法是对象的一组操作，方法体现了对象的行为能力。4）消息消息传送相当于一个间接的过程调用。5）类类描述的是具有相似性质的一组对象，具有相同的属性名和定义在这些属性上的方法。有了对象类的概念就可以一次定义系统中同类所有对象的属性和方法。,2018/10/21,陈文华,29,（4） 面向对象模型,6）类层次和继承用结点表示对象类，

14、用连接两结点的边表示两个对象类的概括关系，则具有概括关系的对象类形成一个层次结构，称为类层次。其中高层结点是低层结点的概括，称为低层结点的父类；低层结点是对其高层结点的具体化，称为高层结点的子类。子类不仅可以继承其父类对象的部分或全部属性和方法，还可以拥有自己的属性和方法。,2018/10/21,陈文华,30,7.1.4 时空编组,表达是指把各种媒体信息（实体）传达给用户的活动。表达涉及到对多媒体对象从时间与空间两个维度进行控制。我们把对多媒体对象进行的时间表达控制，叫做时间编组，而把对多媒体对象进行的空间表达控制，叫做空间编组，两者统称为多媒体对象的时空编组。空间编组实质上是在空间上将各种媒

15、体信息单元编排组合以便形成可视听的多媒体对象的过程（空间布局合理，时态关系同步）。,2018/10/21,陈文华,31,7.1.4 时空编组（时态关系）,2018/10/21,陈文华,32,7.1.5 多媒体数据库 系统结构,从数据库管理的角度来看，通常采用多层次模式结构。从数据库最终用户角度看，通常采用数据库系统的体系结构，可以分为单用户结构、主从式结构、分布结构和客户/服务器结构。,2018/10/21,陈文华,33,1. 数据库系统的 层次模式结构,图7-7 数据库系统三层模式,2018/10/21,陈文华,34,1. 数据库系统的 层次模式结构,物理模式包含数据库的全部存储数据。物理模

16、式的主要功能是定义数据存储的组织方法。概念模式借助数据模型来描述数据库全部信息内容，对每个不同概念的记录及相互关系等信息内容作出定义，但不包含数据存取的细节。在概念模式中，还有数据存取控制、合法权检验和有效过程的定义。外部模式是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。,2018/10/21,陈文华,35,2. 多媒体数据库的 体系结构,（1）集中式结构,2018/10/21,陈文华,36,2. 多媒体数据库的 体系结构,（2）主从式结构优点：简单，数据是易于管理与维护。缺点：主机任务过重时会使系统性能下降。,2018/10/21,陈文华,37,2. 多媒体数据库的 体系结构,（3）分布式结构优点：系统成本低，可靠性好，数据共享性强，使用率高，因而是深受用户欢迎的数据库系统。,2018/10/21,陈文华,38,2. 多媒体数据库的 体系结构,