Biểu diễn tri thức và cơ sở dữ liệu đa phương tiện

Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 1  MC LC        MC LC 1  LI M U 3  PHN 1: TNG QUAN BIU DIN TRI THC VÀ C S D LIU A PHNG TIN 4  1  Biu din tri thc 4  2  C s d liu a phng tin 5  PHN 2: MÔ HÌNH NG NGHA VÀ BIU DIN TRI THC TRONG C S D LIU HÌNH NH 7  1  Gii thiu 7  2  Lp khai thác tính nng 8  3  Lp nhn dng i tng 11  4  Mô hình không gian và lp biu din tri thc 14  5  Kt lun 19  PHN 3: MÔ HÌNH NG NGHA VÀ BIU DIN TRI THC TRONG C S D LIU VIDEO 22  1  Gii thiu 22  2  Phân on và phân tích video 23  3  Duyt và phân nhóm d a trên biu tng 25  4  Nhn dng i tng 26  5  Phát hin chuyn d!ng 26  6  Mô hình s kin d a trên tri thc 27  Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 2  7  Kt lun 33  PHN 4: MÔ HÌNH TÀI LIU A PHNG TIN 36  1  Gii thiu 36  2  Mô hình t∀ng hp c#a tài liu a phng tin 38  3  Mô hình t∀ chc tài liu a phng tin 40  4  Kt lun 42  K∃T LU%N 43  TÀI LIU THAM KHO 44  Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 3  LI M U        Theo r&t nhi∋u (nh ngh)a, tri thc (knowledge) là kin thc mà con ng∗i hiu và bit. Nhng gì mà con ng∗i c+m nhn qua th c t khách quan là nhng d liu dng thô. Qua x, lý, d liu này chuyn thành thông tin. Tuy nhiên, thông tin v−n t.n ti !c lp vi t duy c#a con ng∗i. Ph+i sau khi con ng∗i tip nhn thông tin, x, lý thông tin, n/m b/t và nghiên cu thì thông tin mi tr thành tri thc c#a riêng mình. i∋u ó lý gi+i vì sao cùng m!t lng thông tin nhng m0i cá nhân li có nhng tri thc khác nhau. D a vào tri thc, vn d1ng tri thc mà tính sáng to mi n+y sinh mang li nhng kt qu+ c1 th ph1c v1 cu!c sng con ng∗i.  a tri thc c#a con ng∗i vào máy tính thì chúng ta c2n ph+i biu din tri thc di dng mà máy tính có th hiu c. M0i loi tri thc có m!t cách biu din khác nhau. Trong th∗i i bùng n∀ thông tin, d liu a phng tin ngày càng tr nên ph∀ bin và vic biu din tri thc cho c s d liu a phng tin tr nên c&p thit hn bao gi∗ ht. ây c3ng là lý do chính  em th c hin ∋ tài này. Tuy ã có nhi∋u c g/ng nhng do hn ch v∋ kinh nghim, kin thc, th∗i gian và ngu.n tài liu tham kh+o nên các v&n ∋ tìm hiu trong bài thu hoch ch/c ch/n còn nhi∋u thiu sót. Kính mong Th4y xem xét và góp ý thêm. Em xin chân thành cám n Thy! Trng Lê Minh Ngc Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 4  PHN 1: TNG QUAN BIU DIN TRI THC VÀ C S D LIU A PHNG TIN 1 Biu din tri thc Biu din tri thc óng vai trò ht sc quan tr5ng trong vic kh6ng (nh kh+ nng gi+i quyt v&n ∋ c#a m!t h c s tri thc. Tri thc là s hiu bit v∋ m!t v&n ∋ nào ó. Tuy nhiên, trong th c t tri thc c#a h chuyên gia g/n li∋n vi m!t l)nh v c xác (nh. Mc ! h0 tr (thành công) c#a m!t h chuyên gia ph1 thu!c vào mi∋n hot !ng c#a nó. Th nhng, cách thc t∀ chc các tri thc nh th nào s7 quyt (nh l)nh v c hot !ng c#a chúng. Vi cách biu din hp lý, ta có th gi+i quyt v&n ∋ a vào theo các 8c tính có liên quan n tri thc ã có. D a vào cách thc con ng∗i gi+i quyt v&n ∋, các nhà nghiên cu ã xây d ng các k9 thut  biu din các dng tri thc khác nhau trên máy tính. Các k9 thut ph∀ bin nh&t  biu din tri thc: • Logic: Dng biu din tri thc c∀ in nh&t trong máy tính, vi hai dng ph∀ bin là logic mnh ∋ và logic v( t:. C+ hai k9 thut này ∋u dùng ký hiu  th hin tri thc và các toán t, áp lên các ký hiu  suy lun logic. • Các lut dn: Là c&u trúc tri thc dùng  liên kt thông tin ã bit vi các thông tin khác giúp a ra các suy lun, kt lun t: nhng thông tin ã bit. Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 5  • Mng ng ngha: Là phng pháp biu din tri thc dùng . th( trong ó nút biu din i tng và cung biu din quan h gia các i tng. • Frames, Class: Là c&u trúc d liu  th hin tri thc a dng v∋ khái nim hay i tng nào ó. 2 C s d liu a phng tin C s d liu multimedia là ∋ tài nghiên cu sâu r!ng trong sut nhi∋u nm qua. S quan tâm n l)nh v c này tng lên nhanh chóng vi s phát trin liên t1c c#a công ngh vin thông và tin h5c. M!t s ng d1ng trong y h5c t: xa, th vin k9 thut s, h5c t: xa, du l(ch, phân phi CAD/CAM, GIS d kin s7 s, d1ng h thng c s d liu a phng tin. Vi s phát trin nhanh chóng c#a các trang web, các ng d1ng này ang nhanh chóng n∀i lên. Không ging nh các c s d liu truy∋n thng alphanu Meric, c s d liu a phng tin òi h;i thao tác vi các i tng phc tp bao g.m vn b+n, hình +nh, . h5a, âm thanh, âm nhc và d liu video full-motion. D liu tr:u tng là thành ph4n thit yu c#a quá trình mô hình hóa, và yêu c4u s, d1ng biu din tri thc và ng ngh)a không gian th∗i gian. Biu din này có th khác nhau v∋ ! chính xác và mp m∗ trong x, lý truy v&n khác nhau, t: r&t c1 th cho n r&t chung chung. Ngoài vic qu+n lý phng tin truy∋n thông riêng bit, c4n ph+i phát trin mô hình  to ra các i tng phc tp và tài liu a phng tin. Các mô hình này òi h;i liên kt ch8t ch7 vi h thng qu+n lý c s d liu c b+n nh: hình +nh, âm thanh, vn b+n và video. Mô hình không gian – th∗i gian có hai m1c tiêu. Th nh&t, nó d−n n vic thit k thut toán ph1c h.i hiu qu+ cho các loi d liu a phng tin khác nhau. Th hai, nó cung c&p c s cho phát trin lp ch< m1c và tìm kim. Tích hp các mô hình tr:u tng hóa thông tin c&p ! Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 6  cao hn nh hypermedia, ho8c các mô hình hng i tng là c4n thit  cho phép ng∗i dùng tìm kim và duyt kho lu tr d liu ln này. Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 7  PHN 2: MÔ HÌNH NG NGHA VÀ BIU DIN TRI THC TRONG C S D LIU HÌNH NH 1 Gii thiu Nghiên cu h thng c s d liu hình +nh ch# yu tp trung vào vic thit k x, lý hình +nh mnh m7 và k9 thut nhn dng. Vai trò ngày càng tng c#a hình +nh trong các ng d1ng a phng tin ã thúc 2y s quan tâm to ln trong l)nh v c qu+n lý c s d liu hình +nh. Thách thc c hu trong vic phát trin c s d liu hình +nh bao g.m x, lý hình +nh vi tính nng khai thác, xác (nh i tng n∀i bt, phát trin mô hình d liu hiu qu+ cho phép lp ch< m1c và tìm kim d a trên n!i dung, xây d ng truy v&n, và x, lý truy v&n m∗. H4u ht các phng pháp tip cn truy∋n thng  qu+n lý d liu hình +nh là s, d1ng c ch tr:u tng a lp h0 tr ph1c h.i d a trên n!i dung. Các lp này c mô t+ trong hình sau và tng ng vi ba chc nng chính: khai thác tính nng, nhn dng i tng và không gian mi∋n và mô hình ng ngh)a. Hình 1 Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 8  2 Lp khai thác tính nng X, lý hình +nh  mc ! th&p liên quan n tìm kim d liu thô phù hp vi mô hình yêu c4u c#a ng∗i s, d1ng. Trong quá trình x, lý, các tính nng trong mô hình yêu c4u c#a ng∗i s, d1ng c4n ph+i c xác (nh phù hp i vi các tính nng c lu tr trong c s d liu. Nói cách khác, mô hình kt hp c4n ph+i c s, d1ng  tìm các ph4n c#a hình +nh tng t nh m!t khuôn m−u nh&t (nh ho8c vi các phiên b+n bin dng c#a mô hình nh&t (nh. Trong bi c+nh này, s bin dng c#a các mô hình bao g.m m r!ng quy mô, luân chuyn, xoay chuyn và kéo dài c#a mô hình ã cho. Các v&n ∋ c#a mô hình kt hp trong c s d liu hình +nh ã c tích c c nghiên cu trong nhi∋u nm. M!t cách tip cn in hình là trích xu&t m!t tp hp các tính nng súc tích mô t+ các mô hình ã cho, và sau ó tìm kim các tính nng này trong hình +nh. Khai thác tính nng c#a các vector c3ng ã c nghiên cu trong m!t s thit lp chuyên ngành ch6ng hn nh nhn dng khuôn m8t và nhn dng ký t . Tuy nhiên, ch< g4n ây các nhà nghiên cu b/t 4u gi+i quyt các v&n ∋ khai thác tính nng t !ng cho c s d liu a phng tin cho nhi∋u i tng. Tính nng hình +nh bao g.m các màu s/c, kt c&u, hình dng, cnh Nhng tính nng này c ánh x vào m!t không gian 8c trng a chi∋u có th cho phép nhn dng tng t d a trên hình +nh. Các tính nng trong m!t hình +nh có th c phân loi nh global hay local. Các tính nng global nói chung nh&n mnh k9 thut m−u phù hp "coarse-grained". Các k9 thut khai thác tính nng global bin ∀i hình +nh thành " functional representation". Trong tr∗ng hp này, chi tit tt hn trong t:ng ph4n c#a hình +nh c b; qua. Màu biu ., Fast Fourier Transform, Hough transform và giá tr( riêng là nhng k9 thut n∀i ting. Hình sau là ví d1 v∋ biu . in hình c#a m!t hình +nh. Biu . nh vy có th c lu tr nh là m!t ch ký g4n úng cho hình +nh, và c s, d1ng trong mô hình kt hp tip theo. Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 9  Hình 2 Ví d1 truy v&n liên quan n các tính nng global bao g.m: • Tìm hình +nh ch# yu là màu xanh lá cây • L&y hình +nh vi m!t i tng ln quanh kt c&u da cam Các tính nng global cho ch< m1c hình +nh th c hin x, lý thng nh&t toàn b! hình +nh. Vì vy, các tính nng global c3ng phù hp  x, lý các loi truy v&n ng vi hình +nh là nhng th c th duy nh&t trong mô hình kt hp. K9 thut này r&t hu ích khi so sánh hình +nh ho8c khung hình video  xác (nh nhng thay ∀i trong các tính nng global nh=m phát hin c+nh thay ∀i. Li th ln c#a các phng pháp tip cn coarse-grained là gi+m s phc tp tính toán khai thác tính nng và các thut toán mô hình phù hp. im b&t li là t> l hình +nh không liên quan có th l&y ra nh là kt qu+ c#a vic x, lý truy v&n. C+i thin ! chính xác c#a quá trình ph1c h.i b=ng cách kt hp chú thích vn b+n vi hình +nh.  mc ! granularity, các tính nng local có th c s, d1ng  xác (nh các i tng n∀i bt trong m!t hình +nh và trích xu&t thông tin thêm v∋ các chi tit trong hình +nh. Cách tip cn này c g5i là "fine-grained" vì hình +nh c tách ra thành m!t tp hp các vùng nh; hn, vi m0i vùng i din cho m!t Tiu lun: Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 10  i tng ti∋m nng c4n quan tâm. i tng quan tâm có th i din cho m!t i tng ng ngh)a n gi+n, ch6ng hn nh m!t "vt tròn" ho8c "m!t khu v c vi màu .ng nh&t". Vùng phân on c x, lý  trích xu&t nhi∋u tính nng. Tính nng local có th c coi là không gian tìm kim a chi∋u. Các tính nng trong hình thc c#a vector mã hóa cung c&p c s cho vic lp ch< m1c và c ch tìm kim c#a các c s d liu hình +nh. Các tính nng in hình bao g.m giá tr( màu xám quy mô c#a im +nh, màu s/c, hình dng và kt c&u. S kt hp c#a các tính nng khác nhau có th c quy (nh ti th∗i im xây d ng các truy v&n c s d liu. Vùng phân on c tip t1c phân tích bi các lp nhn dng i tng  xác (nh các i tng vi mc ! ng ngh)a cao hn. Kt hp kin thc v∋ i tng vi các tính nng local có th tng ! chính xác lp ch< m1c và c ch tìm kim. Các bin pháp nh kho+ng cách Minkowski, kho+ng cách tr5ng s, màu s/c giao im biu ., và kho+ng cách trung bình có th c s, d1ng  ánh giá tính mnh m7 c#a c ch. Vic th c hin tìm kim tng t ph1 thu!c vào mc ! c#a s thiu chính xác và mp m∗ c gii thiu bi các loi tính nng s, d1ng và 8c im tính toán c#a thut toán tìm kim. Các thut toán nhanh hn yêu c4u có thêm các tính nng hình +nh và do ó cung c&p kt qu+ kém chính xác. S l a ch5n tính nng, c ch khai thác và quá trình tìm kim ph1 thu!c t:ng domain c1 th. Ví d1, các ng d1ng a phng tin cho X-quang, GIS… òi h;i tính nng không gian, ch6ng hn nh hình dng và kích thc. M8t khác, 8c im màu s/c phù hp hn trong các ng d1ng liên quan n hình +nh MMR, tranh v7… Các h thng khác nhau ã c khai báo  s, d1ng lp khai thác tính nng tng t hình 1. Ví d1, trong Query By Image Content (QBIC), tính nng màu s/c, hình dng và kt c&u c s, d1ng  ph1c h.i hình +nh. Phng pháp phân m+nh t !ng hình +nh c s, d1ng  xác (nh các i tng trong hình +nh vi vài i tng cn c+nh trên n∋n tách r∗i. H thng QBIC cho phép truy [...]... c và ng d ng B ng 1 Có ba l)nh v c nghiên cu chính c xác (nh vi các c s d liu hình +nh liên quan n mô hình ng ngh)a và biu din tri thc: phát tri n các chng trình biu din tri thc hiu qu+, phát tri n các thut toán ph1c h.i hiu qu+ hình +nh và mô hình hóa ng ngh)a mc ! cao hn c#a hình +nh Trích xu&t tri thc t: hình +nh và biu din tri thc là m!t v&n ∋ 4y thách thc và. ..Ti u lu n: Bi u di n tri th c và ng d ng PH N 1: T NG QUAN BI U DI N TRI TH C VÀ C S 1 D LIU A PH NG TIN Biu din tri thc Biu din tri thc óng vai trò ht sc quan tr5ng trong vic kh6ng (nh kh+ nng gi+i quyt v&n ∋ c#a m!t h c s tri thc Tri thc là s hiu bit v∋ m!t v&n ∋ nào ó Tuy nhiên, trong th c t tri thc c#a h chuyên gia g/n li∋n vi m!t l)nh v... di n tri th c và ng d ng cao hn nh hypermedia, ho8c các mô hình hng i tng là c4n thit  cho phép ng∗i dùng tìm kim và duyt kho lu tr d liu ln này HVTH: Tr ng Lê Minh Ng c - CH1101024 Trang: 6 Ti u lu n: Bi u di n tri th c và ng d ng PH N 2: MÔ HÌNH NG NGHA VÀ BI U DI N TRI TH C TRONG C S 1 D LIU HÌNH NH Gii thiu Nghiên cu h thng c s d liu hình +nh ch# yu tp trung vào... âm thanh, âm nhc và d liu video full-motion D liu tr:u tng là thành ph4n thit yu c#a quá trình mô hình hóa, và yêu c4u s, d1ng biu din tri thc và ng ngh)a không gian th∗i gian Biu din này có th khác nhau v∋ ! chính xác và mp m∗ trong x, lý truy v&n khác nhau, t: r&t c1 th cho n r&t chung chung Ngoài vic qu+n lý phng tin truy∋n thông riêng bit, c4n ph+i phát tri n mô hình ... m!t h chuyên gia ph1 thu!c vào mi∋n hot !ng c#a nó Th nhng, cách thc t∀ chc các tri thc nh th nào s7 quyt (nh l)nh v c hot !ng c#a chúng Vi cách biu din hp lý, ta có th gi+i quyt v&n ∋ a vào theo các 8c tính có liên quan n tri thc ã có D a vào cách thc con ng∗i gi+i quyt v&n ∋, các nhà nghiên cu ã xây d ng các k9 thut  biu din các dng tri thc khác nhau trên máy... +nh làm cho vic phát tri n qu+n lý hình +nh t !ng và h thng tìm kim d a trên n!i dung là m!t nhim v1 4y th, thách 4 Mô hình không gian và lp biu din tri thc Các chc nng chính c#a lp này là duy trì domain kin thc cho biu din ng ngh)a không gian liên kt vi c s d liu hình +nh Truy v&n  c&p ! này th∗ng mô t+ trong t nhiên, và tp trung ch# yu trên ng ngh)a và khái nim xu&t hin... thc khác nhau trên máy tính Các k9 thut ph∀ bin nh&t  biu din tri thc: • Logic: Dng biu din tri thc c∀ in nh&t trong máy tính, vi hai dng ph∀ bin là logic mnh ∋ và logic v( t: C+ hai k9 thut này ∋u dùng ký hiu  th hin tri thc và các toán t, áp lên các ký hiu  suy lun logic • Các lu t d n: Là c&u trúc tri thc dùng  liên kt thông tin ã bit vi các thông tin khác giúp... ph4n b=ng cách nh∗ n s can thip c#a con ng∗i và chú thích hng d−n s, d1ng HVTH: Tr ng Lê Minh Ng c - CH1101024 Trang: 21 Ti u lu n: Bi u di n tri th c và ng d ng PH N 3: MÔ HÌNH NG NGHA VÀ BI U DI N TRI TH C TRONG C S D LIU VIDEO 1 Gii thiu Các 8c tính quan tr5ng c#a d liu video khác vi c s d liu isochronous nh vn b+n, hình +nh và b+n  là chi∋u th∗i gian c#a nó Bên cnh ng ngh)a... tính nng màu s/c, hình dng và kt c&u c s, d1ng  ph1c h.i hình +nh Phng pháp phân m+nh t !ng hình +nh c s, d1ng  xác (nh các i tng trong hình +nh vi vài i tng cn c+nh trên n∋n tách r∗i H thng QBIC cho phép truy HVTH: Tr ng Lê Minh Ng c - CH1101024 Trang: 10 Ti u lu n: Bi u di n tri th c và ng d ng v&n c s d liu b=ng cách phác th+o các tính nng và màu s/c cung c&p thông... dng i tng và khuôn m8t trong c s d liu hình +nh Quá trình này liên quan n tính nng phù hp vi các mô hình i tng c lu tr trong c s tri thc Nói chung, mô hình i tng là m−u mô t+ m!t i tng c1 th Trong quá trình kt hp, m0i m−u c kim tra  tìm phù hp "g4n nh&t" Xác (nh i tng chính xác là tính toán tn kém và ch&t lng ph1 thu!c vào các chi tit và mc ! chính . Biu din tri thc và ng dng  HVTH: Trng Lê Minh Ngc - CH1101024 Trang: 4  PHN 1: TNG QUAN BIU DIN TRI THC VÀ C S D LIU A PHNG TIN 1 Biu din tri thc Biu din tri thc. liên quan n mô hình ng ngh)a và biu din tri thc: phát tri n các chng trình biu din tri thc hiu qu+, phát tri n các thut toán ph1c h.i hiu qu+ hình +nh và mô hình hóa ng ngh)a mc. hình không gian và lp biu din tri thc 14  5  Kt lun 19  PHN 3: MÔ HÌNH NG NGHA VÀ BIU DIN TRI THC TRONG C S D LIU VIDEO 22  1  Gii thiu 22  2  Phân on và phân tích video