Hệ cơ sở dữ liệu đa phương tiện

Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Chủ biên Đỗ Trung Tuấn PT IT Hiệu chỉnh: Nguyễn Đình Hóa Hệ sở liệu đa phương tiện Hà Nội, 2016 Mục lục Giới thiệu Chương I Tổng quan sở liệu đa phương tiện 1.1 Mở đầu 1.2 Khái niệm liệu đa phương tiện 1.2.1 Kiểu liệu đa phương tiện 1.2.2 Cơ sở liệu hệ quản trị sở liệu 1.3 Đặc trưng đối tượng đa phương tiện 10 1.3.1 Sự gia tăng liệu đa phương tiện tính chất chúng 10 1.3.2 Hệ quản trị sở liệu vai trị quản lí liệu đa phương tiện 12 1.3.3 Hệ thống tìm kiếm thơng tin liệu đa phương tiện 14 1.3.4 Tiếp cận tích hợp để tìm kiếm số hóa đa phương tiện 15 1.3.5 Tổng quan hệ thống tìm kiếm số hóa đa phương tiện 15 1.4 Cấu trúc lưu trữ sở liệu đa phương tiện 16 Giới thiệu 16 1.4.2 Cây k-D 17 1.4.3 Cây tứ phân 24 1.4.4 Cây tứ phân MX 28 1.4.5 Cây R 32 1.4.6 So sánh cấu trúc liệu đa phương tiện 34 PT 1.5 IT 1.4.1 Ngôn ngữ thao tác liệu đa phương tiện 36 1.5.1 Giao diện người dùng 36 1.5.2 Khả hệ thống tìm kiếm số hóa ứng dụng 36 1.6 Kết luận 38 Chương Tư liệu đa phương tiện tương tác 39 2.1 Cơ sở liệu đa phương tiện tương tác 39 2.1.1 Giới thiệu 39 2.1.2 Kiến trúc MIRS 40 2.1.3 Các mơ hình liệu 42 2.1.4 Thiết kế giao diện người dùng 47 2.2 Mơ hình hố tư liệu đa phương tiện tương tác IMD 50 2.2.1 Mơ hình hố tương tác với kiện 51 2.2.2 Tổ hợp không gian, thời gian nhân tố 54 2.2.3 Dữ liệu văn 56 2.2.4 Đồ họa vecto hình động 59 2.2.5 Âm 67 2.2.6 Hình ảnh số 77 2.2.7 Video số 87 2.3 Phân loại 94 2.3.1 Một số chuẩn 94 2.3.2 Các đặc tính yêu cầu liệu ứng dụng đa phương tiện 96 2.4 Mơ hình kịch 100 2.4.1 Kịch IMD 100 2.4.2 Kịch đa phương tiện 101 2.5 Tìm kiếm tư liệu đa phương tiện tương tác 104 2.5.1 Tìm tư liệu đa phương tiện tương tác dựa cấu trúc không gian, thời gian 105 2.6 Kết luận 109 Chương Thành tựu xu hướng 110 3.1 Các thành tựu cơng nghệ hệ quản trị sở liệu đa phương tiện 110 3.1.1 Mơ hình hố 110 3.1.2 Toàn vẹn 110 3.1.3 Tìm theo nội dung 110 3.1.4 Trích đặc trưng, số hóa đo tương tự 112 3.2 Các sản phẩm thương mại mẫu nghiên cứu 116 IT 3.2.1 Một số sản phẩm 116 3.2.2 Quản lý đa phương tiện 116 3.2.3 Các vai trò dự án đa phương tiện 120 3.3 Hướng phát triển sở liệu đa phương tiện 121 PT 3.3.1 Một số hướng khuynh hướng 121 3.3.2 An toàn liệu đa phương tiện 122 3.3.3 Yêu cầu tổ chức liệu đa phương tiện 125 3.4 Kết luận 127 Chương Quản trị liệu đa phương tiện 128 4.1 Khái niệm quản trị sở liệu đa phương tiện 128 4.1.1 Dạng liệu đa phương tiện 128 4.1.2 Ngôn ngữ hỏi liệu đa phương tiện 130 4.1.3 Vấn đề khác 130 4.2 Kiến trúc hệ quản trị sở liệu đa phương tiện 130 4.2.1 Các kiến trúc tổ chức nội dung 131 4.2.2 Nguyên tắc tự quản 131 4.2.3 Nguyên tắc đồng 131 4.2.4 Nguyên tắc tổ chức hỗn hợp 132 4.2.5 Một số nhận xét 132 4.2.6 Tổ chức sở liệu dựa nguyên tắc thống 133 4.3 Các kỹ thuật mơ hình hóa liệu 133 4.3.1 Mơ hình quan hệ 134 4.3.2 Cơ sở liệu hướng đối tượng 135 4.3.3 Cơ sở liệu đa phương tiện 143 4.4 Các kĩ thuật số hoá trìu tượng hố 144 4.4.1 Giới thiệu 144 4.4.2 Chỉ số hoá sở liệu đa phương tiện 145 4.4.3 Các số hiển 146 4.4.4 Trừu tượng hoá video 147 4.4.5 Đồ thị chuyển cảnh 149 4.5 Tìm thơng tin đa phương tiện dựa nội dung 149 4.5.1 Giới thiệu tìm thơng tin đa phương tiện 149 4.5.2 Lọc thông tin 151 4.5.3 Hỏi liệu đa phương tiện 151 4.5.4 Tìm theo nội dung, sử dụng từ khoá 151 4.6 Ví dụ sở liệu đa phương tiện 153 4.6.1 Một số hệ thống 153 4.6.2 Tìm đối tượng dựa hình dạng 158 4.6.3 Thể hình dạng 158 4.6.4 Việc khớp hình 158 4.7 IT 4.6.5 Các liên kết video đa phương tiện 159 Các ứng dụng đa phương tiện 160 4.7.1 Các hình ảnh thô 161 4.7.2 Thể ảnh nén 164 PT 4.7.3 Xử lí ảnh thơng qua việc phân đoạn ảnh 165 4.7.4 Tìm kiếm dựa tương tự 169 4.7.6 Thể sở liệu ảnh nhờ mơ hình quan hệ 173 4.7.7 Thể sở liệu ảnh R 176 4.8 Nhận xét liệu đa phương tiện 179 4.8.1 Đảm bảo QoS hệ thống truyền thông, máy chủ máy khách 179 4.8.2 Một số vấn đề khác 181 4.9 Kết luận 182 Tài liệu tham khảo 184 Giới thiệu Trong năm trước đây, việc nghiên cứu liệu đa phương tiện chủ yêu tập trung vào việc truyền thông biểu diễn liệu Ngày nay, với bùng nổ số lượng dung lượng loại liệu đa phương tiện hình ảnh, video, âm thanh…, quan tâm nhà nghiên cứu chuyển sang việc lưu trữ tìm kiếm liệu cách hiệu nhanh chóng Sự chuyển dịch giống thời năm 70 ký XX, diễn bùng nổ liệu văn liệu dạng số dẫn đến việc đời phát triển hệ quản trị sở liệu theo mơ hình quan hệ Các hệ quản trị sở liệu sử dụng rộng rãi hầu hết hệ thống giới Tuy nhiên, có khác lớn đặc tính liệu đa phương tiện với liệu dạng văn dạng số nên hệ quản trị sở liệu truyền thống quản trị cách hiệu liệu đa phương tiện Điều IT dẫn đến việc đời phát triển kỹ thuật lưu trữ truy vấn liệu mới, áp dụng tốt cho liệu đa phương tiện Để quản lý liệu đa phương tiện cách hiệu quả, việc hiểu rõ loại liệu cần Đầu tiên đặc tính liệu đa phương tiện khía cạnh PT thiết kế cho phép hệ thống sở liệu đa phương tiện đáp ứng yêu cầu liệu Đối với loại liệu đa phương tiện, văn bản, hình ảnh, âm video, cần có kĩ thuật số hóa riêng, ứng với đặc tính liệu thơ Cơng cụ tìm kiếm liệu đa phương tiện cần diễn đạt câu hỏi người dùng, dựa mức độ tương tự mẫu liệu lưu trữ Việc tìm kiếm số hóa theo nội dung liệu đa phương tiện quan trọng khó khăn, khía cạnh rút từ liệu thô thường thể qua vecto nhiều chiều, địi hỏi nhiều thời gian xử lí Các kĩ thuật cấu trúc liệu có vai trị liên quan đến hiệu tìm kiếm liệu Cơ sở liệu đa phương tiện với truy cập từ xa, qua mạng máy tính, theo mơ hình khách/ chủ… phải xử lí tình liên quan đến truyền liệu, mã hóa liệu Vậy kiến trúc máy tính, việc lưu trữ đa phương tiện, hệ thống điều hành, hạ tầng mạng cần quan tâm Trong hệ quản trị sở liệu truyền thống, hiệu liên quan đến tính hiệu quả, theo thời gian trả lời câu hỏi Trong hệ thống đa phương tiện, hiệu quan trọng, hiệu tìm kiếm, đối tượng có phát đối tượng tiềm ẩn, có ý nghĩa Người ta đề cập điều việc tìm kiếm theo so sánh tương tự, liệu không cho phép so sánh khớp Do độ đo hiệu cần thiết hệ quản trị sở liệu đa phương tiện Một số khía cạnh khác, an tồn PT IT liệu, chuẩn… đáng quan tâm Chương I Tổng quan sở liệu đa phương tiện 1.1 Mở đầu Các nghiên cứu phát triển đa phương tiện nhằm vào truyền thông thể liệu đa phương tiện, xác định quyền tác giả Hệ quản trị sở liệu đa phương tiện cần phải đáp ứng chức giống hệ quản trị truyền thống, nhiên, phải phù hợp với liệu phức tạp đa dạng Để đảm bảo tính hiệu truy cập tìm kiếm liệu, hệ quản trị sở liệu đa phương tiện cần có kĩ thuật tìm kiếm số hóa tối ưu so với hệ quản trị liệu thơng thường Nội dung chương giới thiệu khái niệm thành phần hệ sở liệu đa phương tiện Ngoài ra, tìm hiểu xem hệ quản trị sở liệu truyền thống không đáp ứng nhu cầu lưu trữ truy vấn liệu đa phương tiện, từ giới thiệu thơng tin IT hệ thống đánh mục truy vấn liệu đa phương tiện (Multimedia Indexing and Retrieval Systems – MIRS) Chương giới thiệu qua đặc tính ứng PT dụng MIRS Hình 1.1 Một số logo đa phương tiện 1.2 Khái niệm liệu đa phương tiện Trong phần làm quen với số định nghĩa liên quan đến liệu đơn phương tiện đa phương tiện 1.2.1 Kiểu liệu đa phương tiện Định nghĩa phương tiện1: phương tiện khái niệm dùng để kiểu thông tin hay kiểu thể truyền đạt thơng tin Ví dụ: chữ, số, hình ảnh, âm thanh, video Có nhiều cách xác định phương tiện khác Việc phân loại phương tiện thơng thường dựa vào dạng vật lí mối quan hệ phương tiện với thời gian Yếu tố thời gian cho phép chia phương tiện làm hai loại chính: phương tiện tĩnh phương tiện động Định nghĩa phương tiện tĩnh2: loại phương tiện khơng có chiều thời gian, nội dung ý nghĩa chúng không phụ thuộc vào thời gian thể Các phương tiện tĩnh bao gồm liệu số, chữ, độ họa, hình tĩnh Hình tĩnh xem sản phẩm vẽ, quét hay chụp máy chụp ảnh IT Định nghĩa phương tiện động3: loại phương tiện có chiều thời gian Phương tiện động có ý nghĩa tính xác tùy theo tốc độ thể Phương tiện động bao gồm hình động, âm video Các phương tiện PT có thêm thơng tin khoảng đơn vị bên trong, hay gọi tốc độ Chẳng hạn video thơng thường có tốc độ 25 khung hình giây (có thể 30 khung hình giây, tùy thuộc vào hệ video sử dụng) Việc biểu diễn lại liệu cần tuân theo cách tổ chức liệu ban đầu hình thành chúng Do phương thông tin cách liên tục theo tốc độ nên chúng gọi phương tiện liên tục Người ta gọi chúng phương tiện đẳng thời, tức chiếm thời gian nhau, quan hệ cố định đơn vị phương tiện thời gian Đa phương tiện khái niệm dùng để nói tập hợp (từ hai trở lên) kiểu phương tiện khác sử dụng Khái niệm ngầm hiểu đa phương tiện bao gồm kiểu liệu dạng số chữ kết hợp với loại phương tiện khác để diễn đạt thông tin Thuật ngữ “đa phương tiện” sử dụng tính từ Định nghĩa liệu đa phương tiện1: liệu lưu trữ thể đa phương tiện Media Static media Dynamic media Thông tin đa phương tiện dạng thông tin truyền tải nhờ kiểu phương tiện gộp Đôi khái niệm liệu đa phương tiện thông tin đa phương tiện sử dụng thay thể lẫn Người ta sử dụng thuật ngữ đa phương tiện phương tiện để thực thể tự trị MIRS, phục vụ yêu cầu truy vấn thể liệu Thuật ngữ “đối tượng” không định nghĩa cách rõ ràng tiếp cận hướng đối tượng 1.2.2 Cơ sở liệu hệ quản trị sở liệu Trên lý thuyết, sở liệu (databases-DB) hệ quản trị sở liệu ( Database Management Systems – DBMS) thường bị sử dụng lẫn với Cơ sở liệu tập hợp liệu ghi phương tiện lưu trữ lại Hệ quản trị sở liệu hệ thống hoàn chỉnh sử dụng để quản trị sở liệu Định nghĩa hệ quản trị sở liệu: phần mềm cho phép mô tả, lưu trữ xử lí 1.2.3 IT liệu cách khoa học Tìm kiếm thơng tin liệu dạng văn Hệ thống tìm kiếm thơng tin tự động IR2 phát triển để quản lý khối PT lượng lớn tài liệu khoa học từ trước đến Chức hệ thống lưu trữ quản lí số lượng lớn tư liệu văn để đảm bảo đưa kết tìm kiếm nhanh chóng cho câu truy vấn người dùng Mặc dù khái niệm tìm kiếm thơng tin IR áp dụng cho loại liệu khác nhau, nhiên hệ thống IR thường mặc định để nói hệ thống lưu trữ quản lý liệu dạng văn mà thơi 1.2.4 Tìm kiếm số hóa đa phương tiện DBMS hệ quản trị CSDL dành cho loại liệu có cấu trúc, việc truy vấn dựa phép so khớp câu truy vấn liệu lưu trữ IR xem hệ thống tìm kiếm liệu dạng văn Việc tìm kiếm theo nội dung3 dựa vào đặc trưng phương tiện thực màu sắc, hình dáng, thay ghi chú, diễn giải văn phương tiện Q trình tìm kiếm theo nội dung thơng thường dựa so sánh tương tự, thay so sánh khớp nội dung truy vấn nội dung liệu lưu trữ Ở hệ thống lưu trữ truy vấn đa phương tiện, MIRS, trình tìm kiếm thông tin thường kết hợp tất kỹ thuật thường sử dụng DBMS, IR, hệ thống tìm kiếm Multimedia data Information retrieval Content-based retrieval theo nội dung Trong hệ thống MIRS, vấn đề liên quan đến an toàn bảo mật quyền thường không quan tâm Do vậy, hệ quản trị sở liệu đa phương tiện (MMDBMS) hệ thống lưu trữ truy vấn đa phương tiện có bổ sung đầy đủ chức hệ quản trị liệu thông thường 1.2.5 Trích xuất đặc trưng, thể nội dung, số hóa Trong MIRS, số vấn đề quan trọng việc trích xuất đặc trưng, hay gọi thể nội dung (đối với liệu đa phương tiện, đặc trưng nào, hay cách thể quan trọng nhất) Quá trình trích xuất đặc trưng thực tự động hay bán tự động Trong vài nghiên cứu tìm kiếm liệu theo nội dung, thuật ngữ “trích xuất đặc trưng” đồng nghĩa với khái niệm “chỉ số hóa” Do vậy, giảng này, từ khóa “chỉ số” sử dụng danh từ, ta hiểu cấu trúc liệu, hay tổ chức đặc trưng nhằm tìm kiếm thông tin IT cách hiệu Đặc trưng đối tượng đa phương tiện 1.3 Đề cập nhu cầu hệ thống số hóa tìm kiếm đa phương tiện, người ta PT thấy ba việc sau cho thấy MIRS có ý nghĩa: Ngày nhiều liệu đa phương tiện thu thập lưu trữ; Dữ liệu đa phương tiện khác với liệu truyền thống tính chất riêng, có u cầu ý nghĩa khác; Cho dù kĩ thuật IR dùng để tìm kiếm đa phương tiện, khơng đảm bảo tính hiệu xử lí liệu đa phương tiện Định nghĩa: Đối tượng vật, khái niệm hay thực thể 1.3.1 Sự gia tăng liệu đa phương tiện tính chất chúng Khơng thể khơng đối mặt với thông tin đa phương tiện Người ta tránh hết liệu âm tranh, ảnh Xu hướng sử dụng liệu đa phương tiện làm tăng công nghệ lưu trữ số Dễ dàng đáp ứng nhu cầu đa phương tiện nhỏ, u cầu tồn diện, địi hỏi hệ thống tổ chức liệu, tìm kiếm nhanh 10 bổ sung chi tiết vào đối tượng; hay toán tử cắt xén cho phép lấy ảnh từ ảnh gốc Ví dụ sử dụng phần mềm vẽ, có toán tử vẽ (màu, giá trị 1, màu 2, giá trị 2) Toán tử dùng thao tác, có giá giá (vẽ) = sai khác (mau1, mau2)3 + gt1 - gt2)2 chẳng hạn có sai khác (đỏ, lục) = 3; sai khác (lục, đỏ) = Việc chuyển đối tượng o1 sang o2 thực qua dãy phép chuyển, tác động lên nhiều đối tượng: To1 (o) = o1; • Toi (oi-1) = oi; • To (or) = o2 • Giá chung = giá (một loạt phép chuyển TS) = Σ giá (toi); i = n IT • Giả sử có dãy phép chuyển TS1, TS (o1, o2) cho phép chuyển đối tượng o1 sang o2 Khác o1 02, kí hiệu d (o1, 02), ứng với tập toán tử chuyển hoá PT hàm áp giá: D (o1, o2) = {giá (TS) | TS ∈ TS (o1, o2) ∪ TS (o2, o1)} Ví dụ: Có hai đối tượng o1, o2 Mỗi đối tượng có hai mức xám khác nhau, hai màu Yêu cầu chuyển hố o1 để có hình dạng giống o2 Sau chuyển ô chiều dọc, chiều ngang không đổi, người ta cần vẽ lại mức xám cho ô phát triển Hình 4.26: Chuyển đối tượng o1 thành o2 171 Tuy nhiên, tuỳ theo thói quen, hay giá thực tốn tử mà người ta thực phép khác để chuyển o1 thành o2 Hình 4.27: Phương án khác Một số nhận xét: Mơ hình chuyển hoá cho phép đạt độ mềm dẻo so với mơ hình độ đo chỗ: • Người dùng thiết lập kí pháp riêng tương tự cách xác định • IT tốn tử chuyển hố, hay khơng dùng tốn tử chuyển hố; Người ta liên kết hàm giá với toán tử chuyển, dựa loại toán tử tham số; PT Mơ hình độ đo có hai ưu điểm sau: • Chỉ cần dùng độ đo Người ta dùng số để tối ưu, sử dụng khái niệm gần hay xa nhất; • Dễ tính hiệu trình 4.7.5 Tổng quát sở liệu ảnh Cho đến lúc này, người dùng chưa giải đáp câu hỏi nhu cầu thể ảnh lưu trữ ảnh, thực phép tìm kiếm ảnh Có nhiều cách thể sở liệu ảnh: • Thể sở liệu ảnh với thuộc tính bảng quan hệ mơ hình sở liệu quan hệ; • Thể sở liệu ảnh với cấu trúc liệu không gian ý • tưởng đơn giản, sử dụng khái niệm đường, điểm, hình ; Thể qua phép chuyển hoá Với ý tưởng này, người ta sử dụng ảnh độ phân giải 1024 x 1024 điểm ảnh Do số điểm ảnh lớn, kĩ thuật nén cần thiết; việc nén đặc trưng vecto kích thước k, k khơng q 100 172 Khi tìm kiến ảnh, giá trị đặc tính ảnh phụ thuộc vào nhân tố khách quan ánh sáng, vị trí đặt máy chụp, máy quay, chủ đề quan tâm Một số phần mềm xử lí ảnh thơng dụng Người ta truy cập mạng máy tính để tham khảo thử nghiệm 4.7.6 Thể sở liệu ảnh nhờ mơ hình quan hệ 4.7.6.1 Lược đồ Phần xác định sở liệu ảnh, IDB = (tập ảnh, thuộc tính, ánh xạ Rec ảnh sang tập hình chữ nhật) Bất kì sở liệu thể qua PT IT mơ hình quan hệ Hình 4.28: ảnh ví dụ liệu bảng quan hệ “ảnh” Trước tiên, thiết lập bảng quan hệ ảnh, với lược đồ quan hệ ảnh (tên hình, tên đối tượng, XLB, XUB, YLB, YUB); giá trị cận thể hình chữ nhật bao, R (XLB, XUB, YLB, YUB) Nếu R ∈ Rec (I) tồn (I, tên mới, XLB, XUB, YLB, YUB) quan hệ ảnh Việc tạo quan hệ ảnh xuất phát từ phép tạo đoạn, phân đoạn ảnh Đối với thuộc tính p ∈ Thuộc tính, người ta tạo quan hệ Rp với lược đồ Rp (tên tệp ảnh, XLB, XUB, YLB, YUB, giá trị thuộc tính p); Trong giá trị biên hình bao mơ tả tế bào hình chữ nhật Thuộc tính có ba dạng: Thuộc tính mức điểm ảnh: thuộc tính màu RGB điểm ảnh độc lập; 173 Thuộc tính mức đối tượng, hay mức miền: vài đối tượng hình có thuộc tính riêng Chẳng hạn o1 ảnh một.gif có thuộc tính tên, tuổi, chiều cao ; Thuộc tính mức ảnh: thuộc tính nắm được, quyền truy cập sở liệu Cho thuộc tính p ∈ Thuộc tính, người ta thể tường minh thuộc tính quan hệ Rp Thực tế cho thấy việc thể tường minh giá trị điểm ảnh quan hệ gây khó hiểu Do người ta thể tường minh (i) đối tượng, hay miền; (ii) mức ảnh, liệu quan hệ 4.7.6.2 Hỏi liệu sở liệu ảnh theo mơ hình quan hệ Do lưu trữ đối tượng bảng quan hệ, việc hỏi liệu theo ngơn ngữ SQL khơng khó khăn Chẳng hạn tìm người ảnh theo tên: IT SELECT tên ảnh FROM quan hệ ảnh I, quan hệ tên N WHERE I.tên đối tượng = N.tên đối tượng and N tên = “toto”; PT Lưu ý liệu đa phương tiện, so sánh khớp xem gần đúng, xấp xỉ Để đạt độ xác cao, việc so sánh cần thực theo thuật toán đặc biệt, nhúng vào hệ thống chung Giả sử đối tượng có giá trị thuộc tính p ∈ Thuộc tính Vậy quan hệ R liên kết với thuộc tính theo mức đối tượng, hay miền, ảnh, có cột (i) cột tên, cho biết tên đối tượng hay tên miền, ảnh; (ii) cột giá trị thuộc tính Chẳng hạn người ta có quan hệ R có dạng: Bảng 4.3: Quan hệ ví dụ R Tên đối tượng O1 O2 O3 Tên Toto Tutu Titi Vai trò xác suất Để xác định giống nhau, hai đối tượng ảnh mang thêm thuộc tính có giá trị xác suất, dùng việc so sánh khớp Bảng 4.4: Cột Xác suất cho phép đánh giá tin cậy so sánh 174 R Tên đối tượng O1 O2 O3 Tên Toto Tutu Titi Xác suất 0.8 0.7 0.7 Trong quan hệ có giá trị xác suất này, người ta đặt câu hỏi “tìm ảnh giống Mơ Mận” thu nhiều tệp ảnh *.gif Việc dùng giá trị xác suất theo lí thuyết xác suất dùng độ tin cậy lí thuyết chắn, hay dùng giá trị mờ nhằm xử lí đối tượng khơng tất định Đối với liệu đa phương tiện, việc tìm theo xấp xỉ có vai trị quan trọng liệu truyền thống, Sử dụng khoảng xác suất Giả sử cần lưu trữ thông tin dạng “đối tượng o1 xảy ảnh i Đào, với xác suất p = 0, 6”, người ta dùng xác suất khoảng [l, u] IT thay cho xác suất điểm Việc phát triển hoàn toàn tự nhiên, nhằm mơ tả giá trị có sai số ε p, tức thay sử dụng p, người ta sử dụng [p-ε, p+ ε] Do xác định sai số ± x, chẳng hạn x = 0.03 %, xác suất p thay [max (0, p – 0.03 * p), PT (1, p + 0.03 * p)] Do bảng liệu quan hệ, (O1, Toto, 0.8) thay (O1, Toto, 0.77, 0.83) Việc thay yêu cầu trình tìm kiếm thực theo cặp giá trị khoảng Tiếp cận tổng quát Một số khái niệm: Xác định quan hệ xác suất lược đồ (A1, An) quan hệ bình thường i (A1, An, LB, UB), LB, UB khoảng [0, 1] số thực; Thực tế cho thấy quan hệ R quan hệ có thuộc tính (tên ảnh, tên đối tượng, tên), với điều kiện tồn vẹn: • ∀ t1, t2: t1 tên đối tượng = t2 tên đối tượng → t1 tên ảnh = t2 tên ảnh, cho phép khẳng định tên đối tượng liên kết với ảnh; • ∀ t: t.LB ≤ t.UB; ii Cơ sở liệu ảnh gồm quan hệ xác suất R trên, với quan hệ bình thường R1, Rk ứng với thuộc tính ảnh, tức chưa tính đến giá trị xác suất Lí sử 175 dụng hai dạng quan hệ phép toán thường gây không chắn áp dụng với đối tượng quan hệ R; Câu hỏi mối quan hệ câu có dạng “tìm ảnh sở liệu iii ảnh có đối tượng mang tên s1, sn” Câu hỏi viết ngôn ngữ SQL là: SELECT tên ảnh FROM R, R1, Rn WHERE R1.tên đối tượng = s1 AND and Rn.Tên đối tượng = sn AND R1 tên ảnh = R2 tên ảnh AND AND R1.tên ảnh = Rn.tên ảnh Kết câu hỏi mối quan hệ bảng có cột (i) cột tên ảnh; (ii) cột iv LB, UB, tức (tên ảnh, l, u) ↔ ∀ j = n, ∃ tj ∈ R: t tên ảnh = tên ảnh; • t LB = li, t, UB = ui, • [l, u] = [l1, u1] ⊗ ⊗ [ln, un]; toán tử ⊗ xác định [x, y] ⊗ IT • [x2, y2] = [max (0, x + x2 –1), (y, y2)], người ta thấy việc sử dụng PT tốn tử ⊗ đạt hiệu tìm kiếm 4.7.7 Thể sở liệu ảnh R Việc thể R định trước đối tượng đa phương hình chữ nhật Việc xây dựng sở liệu ảnh thực theo: • Tạo quan hệ R với hai thuộc tính R (tên ảnh, tên đối tượng) Xác định đối tượng xuất ảnh, tức quan hệ R quan hệ “hiện trong”; • Tạo R lưu trữ tất ảnh Nếu có hình chữ nhật xuất hai ảnh, người ta sử dụng danh sách “trùng nhau” gắn với nút R; • Mỗi hình chữ nhật có tập trường xác định thuộc tính đối tượng, hay vùng cho ảnh Đó thơng tin mở rộng nội dung Ví dụ: sở liệu khuôn mặt Các ảnh một.gif, hai.gif, ba.gif cho phép thể hình chữ nhật gắn với đối tượng Toto, Titi, Nút R liên kết với sở liệu có cấu trúc liệu: 176 Hình 4.29: Các hình chữ nhật trùm nhau, gắn với đối tượng khuôn mặt Nút khuôn mặt = record Rec1, rec2, rec3: chữ nhật; P1, p2, p3: ↑ kiểu nút; Kiểu chữ nhật = record IT End; XLB, XUB, YLB, YUB: integer; PT Danh sách đối tượng: ↑ kiểu nút đối tượng; Ngày, tháng, năm: integer; Loại máy chụp: string; Thông tin khác: kiểu ghi; Vị trí: string; End; Kiểu nút đối tượng = record Tên đối tượng: string; Tên ảnh: string; Data: ↑ kiểu thông tin; Tiếp: ↑ kiểu nút đối tượng; End; Kiểu thông tin = record 177 Tên đối tượng: string; Dữ liệu đối tượng: ghi liệu đối tượng; Lp, up: real; % biên xác suất thấp/ cao Tiếp: ↑ kiểu thông tin; End; Giả sử ảnh một.gif, hai.gif, ba.gif thể đối tượng Toto, Tutu, Titi, Tata với xác suất khoảng, nêu bảng quan hệ Cây R thể ảnh đối tượng Tiếp theo người ta hoàn thiện R cách bổ sung thông tin liên quan đến đối tượng bảng liệu Người ta PT IT bổ sung đối tượng mới, với giá trị biên hình chữ nhật tương ứng Hình 4.30: Cây R ứng với ảnh 4.7.8 Kết luận sở liệu ảnh Người ta dùng R để thể ảnh Khi xây dựng với số ảnh, người ta thể tiếp ảnh bảng quan hệ mô tả lên Về sở liệu, số khía cạnh khác cần xét đến Đó (i) tìm kiếm ảnh mặt khơng gian; (ii) số vấn đề cài đặt hệ thống sở liệu ảnh 178 IT Hình 4.31: Cây R với liệu đối tượng cũ bổ sung đối tượng Nhận xét liệu đa phương tiện PT 4.8 4.8.1 Đảm bảo QoS hệ thống truyền thông, máy chủ máy khách MIRS thường phân tán Các đối tượng đa phương tiện tìm thấy máy chủ chuyển sang máy khách để thể Dữ liệu đa phương tiện có yêu cầu riêng Chúng cần băng thông lớn, không gian lưu trữ rộng, lưu lượng nhiều, chịu trễ, đồng thời gian, khơng gian Phương tiện khác có u cầu khác Các yêu cầu cần thỏa mãn để truyền thơng thể tồn hệ thống Để đảm bảo khung thống cho việc mô tả đảm bảo yêu cầu đa dạng, người ta đề xuất QoS, tập tham số Khơng có tập tham số trí QoS Tuy nhiên tham số chiếu theo vấn đề trao đổi trước đây, gồm băng thông, lưu lượng truyền, lưu trữ, đồng bộ… Các tham số thường mô tả theo hai bậc (i) chất lượng mong muốn; (ii) chất lượng chấp nhận QoS cam kết trao đổi trí ứng dụng đa phương tiện hệ thống đa phương tiện Khi ứng dụng bắt đầu phiên mới, trình u cầu QoS tới hệ thống; hệ thống từ chối chấp nhận yêu cầu, cần thương thuyết lại Nếu hệ thống chấp thuận, cam kết 179 hệ thống ứng dụng kí hệ thống cần đảm bảo yêu cầu Đảm bảo ba dạng (i) phần cứng tất định; (ii) phần mềm đảm bảo thống kê; (iii) nỗ lực đảm bảo Đối với đảm bảo tất định, yêu cầu QoS hoàn toàn đáp ứng Đảm bảo thống kê cung cấp tin cậy xác suất Đối với sách đảm bảo nỗ lực, khơng có đảm bảo cụ thể, tùy theo khai thác ứng dụng Đó sách chia sẻ hệ thống truyền thống Đảm bảo cần có đầu mút tồn hệ thống Hệ thống đa phương tiện điển hình có ba thành phần chính; (i) trạm chủ, gồm máy chủ máy khách chịu điều khiển hệ thống điều hành; (ii) quản trị nhớ; (iii) hệ thống truyền PT IT thông Hệ thống vận chuyển gồm (i) giao thức truyền thơng; (ii) kiến trúc mạng vật lí Hình 4.32: Kiến trúc khách/ chủ QoS đảm bảo tài nguyên hệ thống cần có quản lí thích hợp Các tài nguyên hệ thống gồm (i) chu kì CPU; (ii) nhớ; (iii) băng thơng… Mỗi thành phần hệ thống có quản trị, với giám sát trạng sử dụng tài nguyên dư Khi nhận yêu cầu phiên, hệ thống tiến hành thử quản trị Nếu tài nguyên đủ yêu cầu phiên, hoạt động phiên không can thiệp vào phiên khác, yêu cầu chấp thuận Ngược lại, tập tham số QoS khác đề cho ứng dụng theo tài nguyên Phiên làm việc tiếp tục thực bị hủy Nghiên cứu QoS rộng mở Một số vấn đề (i) cách chuyển tham số QoS sang yêu cầu tài nguyên; (ii) cách lập lịch phiên để dùng chung tài nguyên Đặc biệt ứng dụng đa phương tiện, truyền thông đa phương tiện cần quan tâm 180 4.8.2 Một số vấn đề khác Phần trước đề cập vài khía cạnh thiết kế MIRS Một số vấn đề khác (i) nén liệu đa phương tiện; (ii) chuẩn hóa thể liệu đa phương tiện; (iii) xử lí câu hỏi tìm kiếm đề cập 4.8.2.1 Nén liệu đa phương tiện Đích việc nén liệu đa phương tiện nén nhiều tốt, khơng quan tâm khía cạnh thể tìm kiếm Hầu hết tệp âm thanh, hình ảnh, video sử dụng chuẩn kĩ thuật chuyên dụng Để trích đặc trưng từ tệp, cần giải nén tệp Tiếp cận khơng hiệu tính tốn, nén giải nén thực vài lần trình trích đặc trưng; lưu trữ khơng hiệu tệp nén tệp đặc trưng tách biệt Do vậy, (i) cần có kĩ thuật nén cho phép trích đặc trưng trực tiếp từ liệu nén; (ii) nén dựa đối tượng không theo giá trị mẫu riêng Người ta IT đề cập số hóa hình ảnh từ DCT, lượng tử vecto, liệu nén sóng nhỏ, kết chưa khả quan Về sau, người ta chuyển ảnh, hay đồ họa, bitmap sang đồ họa vecto, người ta đạt tỉ lệ nén cao dễ tìm kiếm Mơ hình dựa nén hình ảnh video thực bước Chuẩn MPEG-4, MPEG-2000 nỗ lực PT kết hợp nén tìm kiếm Khía cạnh khác nén liệu tính phù hợp với thể truyền thơng Trong nhiều ứng dụng, số hình biểu tượng hình để người dùng duyệt Nếu họ quan tâm hình ảnh cụ thể, họ chọn hình ảnh với độ phân giải cao tìm kiếm hiển thị Bình thường người ta thực yêu cầu theo hai phương pháp sau: Các hình ảnh với kích thước khác suy từ ảnh tạo, nén tuần tự, lưu máy chủ cách độc lập Các hình ảnh theo kích thước u cầu gửi đến máy khách để hiển thị Chẳng hạn liệu hình biểu tượng truyền cho lần duyệt đầu, hình ảnh kích thước đầu đủ gửi theo yêu cầu lần lượt; Các hình ảnh nén lưu theo kích thước gốc Theo yêu cầu, liệu hình ảnh đầy đủ chuyển đến máy khách mà không quan tâm đến yêu cầu họ Đa số trường hợp, người dùng giảm kích thước liệu ảnh nhận để hiển thị, muốn chọn ảnh nào, hệ thống truyền lại ảnh đầy đủ Hai phương pháp không đủ hiệu theo nghĩa không gian lưu trữ băng thông Phương pháp đầu lãng phí nhớ ảnh kích thước khác có liên quan; băng 181 thơng lãng phí máy chủ truyền ảnh đầy đủ Phương pháp thứ hai tiết kiện khơng gian nhớ, lãng phí băng thông người dùng cần ảnh biểu tượng Việc truyền ảnh với kích thước thực gây trễ truyền Để giải vấn đề trên, kĩ thuật nén phân cấp liên tiếp, vô hướng, MPEG MPEG-4 dùng Chúng tiết kiệm không gian đường truyền, cải thiện thời gian trả lời truyền ảnh, thể thay đợi giải nén xong 4.8.2.2 Chuẩn hóa thể liệu Trong q trình trích đặc trưng, giả sử có giá trị mẫu thô phương tiện theo cách ý nghĩa Thực tế giả thiết khơng hợp lí; chẳng hạn đoạn âm ghi theo mức khuyếch đại khác nhau, nên việc so sánh giá trị mẫu đoạn khác khơng có nghĩa Tương tự, giá trị pixel IT ảnh từ ảnh khác có nghĩa khác tùy theo giá trị chỉnh gamma hệ thống màu khác Bởi vậy, thông tin tác động đến giá trị mẫu cần ghi đầu tệp giá trị mẫu hỗ trợ cách phù hợp, trích đặc trưng Hiện giờ, dạng thức âm hình ảnh thơng thường khơng mang thơng tin Vậy cần chuẩn phương tiện Điều không làm giá trị mẫu có PT ý nghĩa, mà cịn đơn giản hóa q trình giải nén thể hiện, tránh việc giải nén quản lí nhiều dạng thức thể khác 4.8.2.3 Xử lí câu hỏi tìm kiếm Nhiều thứ liên quan đến q trình hỏi tìm kiếm thơng tin: (i) nhu cầu ngôn ngữ hỏi đa phương tiện hình thức; người ta có SQL/MM, khả hạn chế; (ii) câu hỏi đa phương tiện sử dụng vài đặc trưng Mỗi đặc trưng sinh danh sách xếp hạng, nên vấn đề cách thu danh sách kết hợp từ nhiều riêng lẻ, đặc trưng quan trọng hơn; (iii) tích hợp hệ thống: thơng tin thể số phương tiện; người dùng quan tâm đến thông tin, không rõ phương tiện Vấn đề cách để kiểu phương tiện khác kĩ thuật quản lí tích hợp để thể thông tin hiệu đến người dùng 4.9 Kết luận Chương với nhan đề Quản trị liệu đa phương tiện đề cập khái niệm: • Khái niệm quản trị sở liệu đa phương tiện, (i) dạng liệu đa phương tiện; (ii) ngôn ngữ hỏi liệu đa phương tiện; 182 • Kiến trúc hệ quản trị sở liệu đa phương tiện, (i) nguyên tắc thiết kế; (ii) kiến trúc hệ thống đa phương tiện; • Các kỹ thuật mơ hình hóa liệu, tập trung vào ưu điểm mơ hình liệu hướng đối tượng; • Kĩ thuật số hoá trừu tượng hoá, cho thấy vai trị mơ hình khái niệm nhu cầu số tìm kiếm liệu đa phương tiện; • Tìm thơng tin đa phương tiện dựa nội dung, (i) lọc liệu; (ii) sử dụng từ khóa tìm theo nội dung; • Một vài hệ thống Ví dụ sở liệu đa phương tiện ứng dụng hệ thống đa phương tiện; Khía cạnh chất lượng dịch vụ đa phương tiện an toàn liệu đa IT phương tiện PT • 183 Tài liệu tham khảo Arjen P De Vries, Content and multimediadatabase management systems, Luận văn Centre for Telematics and Information Technology, University of Twente, The Netherlands, 1999 Đặng Văn Đức, Nguyễn Thị Phương Trà, Giao diện người-máy, Nxb Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2009 Đỗ Trung Tuấn, Giao diện người-máy, Nxb Khoa học Kĩ thuật, 2007 Elaine England, Andy Finney, Managing Multimedia, Addison Wesley Ed., ed., 1999 Guojun Lu, House Publishers, 1999 Multimedia Database Management Systems, Artech IT Harald Kosch, Mario Doller, Multimedia Database Systems: where are we now ? “Distributed Multimedia database technologies supported by MPEG-7 and MPEG-21”, 2003 PT http://borkweb.com/story/an-introduction-to-multimedia, 2010 http://www.adobe.com/products/director/, 2010 http://www.adobe.com/shockwave/download, 2010 10 http://www.corel.com/servlet/Satellite/us/en/Product, 2010 11 John L Newman, Multimedia Database Systems 12 John Villamil Casanova, Louis Multimedia, QUE E&T Ed., 1998 Molina, An interactive guide to 13 Mario Piattini, Advanced databases Technology and Design, Artech House Publishers, 2000 14 Nguyễn Nhưng, Nhiếp ảnh nghệ thuật, Nxb Văn hố, 1992 15 Nguyễn Qn, Ngơn ngữ hình màu sắc, Nxb Văn hóa Thơng tin, 2006 16 Nguyễn Thanh Bình, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Xử lí âm thanh, hình ảnh, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, 2007 17 Subrahmania V S., Principles of Multimedia Database Systems, Ed The Morgan Kaufmann, 1998 184 18 Tay Vaughan, Multimedia Making it work, Osborne MacGrawHill Ed., 1998 19 Wikipedia, the free en.wikipedia org/wiki/, 2010 encyclopedia Wikimedia Internet: http:// PT IT 20 Yamaha The Sound Reinforcement Handbook Written for Yamaha by G Davis & R Jones Hal Leonard Publishing Corporation, Milwaukee, WI, USA, 1990 185 ... cho liệu đa phương tiện Để quản lý liệu đa phương tiện cách hiệu quả, việc hiểu rõ loại liệu cần Đầu tiên đặc tính liệu đa phương tiện khía cạnh PT thiết kế cho phép hệ thống sở liệu đa phương tiện. .. logo đa phương tiện 1.2 Khái niệm liệu đa phương tiện Trong phần làm quen với số định nghĩa liên quan đến liệu đơn phương tiện đa phương tiện 1.2.1 Kiểu liệu đa phương tiện Định nghĩa phương tiện1 :... phương tiện; • • Vai trị hệ quản trị sở liệu đa phương tiện; Nhu cầu xử lí liệu đa phương tiện; • Quan niệm hệ thống xử lí thơng tin đa phương tiện PT IT • 38 Chương Tư liệu đa phương tiện tương