Luận văn Cơ sở dữ liệu đa phương tiện yêu cầu và các vấn đề

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Hoài Nam CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN YÊU CẦU VÀ CÁC VẤN ĐỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2004 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Hoài Nam CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN YÊU CẦU VÀ CÁC VẤN ĐỀ Chuyên ngành : Công nghệ thông tin Mã số : 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Đức Thi Hà Nội – 2004 3 Mục lục BẢNG THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................4 LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................5 MỞ ĐẦU..........................................................................................................................7 CHƯƠNG 1 ...................................................................................................................10 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN............................10 1.1 Các kiểu truyền thông và multimedia .............................................................11 1.1.1. Cơ sở dữ liệu và các DBMS ....................................................................12 1.1.2. Truy tìm thông tin tài liệu văn bản ..........................................................12 1.1.3. Truy xuất và chỉ số hoá multimedia.........................................................13 1.1.4. Trích rút đặc trưng, biểu diễn nội dung và chỉ số hoá .............................13 1.2 Sự cần thiết đối với MIRS...............................................................................13 1.2.1. Sự phát triển về dữ liệu multimedia và các đặc trưng của nó..................14 1.2.2. Các DBMS và vai trò của chúng trong việc xử lý dữ liệu multimedia....15 1.2.3. Hệ thống IR và vai trò của nó trong việc truy xuất multimedia ..............18 1.2.4. Cách tiếp cận tích hợp việc truy xuất và chỉ số hoá thông tin multimedia 19 1.3 Tổng quan về MIRS ........................................................................................19 1.4 Các ứng dụng nói chung và khả năng mong đợi của MIRS...........................20 CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................24 CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN (Multimedia Database) ................................24 2.1 Kiến trúc cho việc tổ chức nội dung................................................................25 2.4.1 Nguyên lý tự trị ........................................................................................25 2.4.2 Nguyên lý đồng nhất ................................................................................26 2.4.3 Nguyên lý lai ghép ...................................................................................27 2.2 Tổ chức dữ liệu multimedia dựa trên nguyên lý đồng nhất. ..........................30 2.3 Cấu trúc tóm tắt media ....................................................................................32 2.4.1 Dữ liệu ảnh như là một tóm tắt media. ....................................................33 2.4.2 Dữ liệu video như là một tóm tắt media. .................................................34 2.4.3 Định nghĩa về một CSDL Multimedia đơn giản ......................................36 2.4.4 Định nghĩa về một CSDL Multimedia có cấu trúc ..................................37 2.4 Ngôn ngữ truy vấn khai thác dư liệu multimedia............................................39 2.4.1 Truy vấn SMDSs (mô tả đồng nhất) ........................................................40 2.4.2 Truy vấn dữ liệu multimedia mô tả dưới kiến trúc lai tạo. ......................43 2.4.3 Chỉ số hoá SMDS với chỉ số đảo. ............................................................46 CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................52 HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯONG TIỆN – YÊU CẦU VÀ CÁC VẤN ĐỀ...................................................................................................................................52 3.1 Mục đích của MDBMS ...................................................................................52 4 3.2 Các yêu cầu của một MDBMS........................................................................55 3.2.1 Khả năng quản trị lưu trữ lớn...................................................................57 3.2.2 Hỗ trợ truy vấn và khai thácdữ liệu. ........................................................58 3.2.3 Tích hợp các phương tiện, tổng hợp và thể hiện......................................59 3.2.4 Giao diện và tương tác. ............................................................................59 3.2.5 Hiệu suất. .................................................................................................60 3.3 Các vấn đề của MDBMS.................................................................................60 3.3.1 Mô hình hoá dữ liệu MULTIMEDIA ......................................................60 3.3.2 Lưu trữ đối tượng MULTIMEDIA..........................................................62 3.3.3 Tích hợp multimedia, thể hiện và chất lượng của dịch vụ (QoS)............63 3.3.4 Chỉ số hoá multimedia .............................................................................64 3.3.5 Hỗ trợ truy vấn multimedia, khai thác và duyệt qua................................65 3.3.6 Quản trị CSDL multimedia phân tán .......................................................66 3.3.7 Sự hỗ trợ của hệ thống .............................................................................67 CHƯƠNG 4 ...................................................................................................................69 XÂY DỰNG HỆ THỐNG MUA BÁN HÀNG QUA MẠNG......................................69 4.2.1. Giới thiệu .....................................................................................................69 4.2.2. Ứng dụng CSDL đa phương tiện vào hệ thống bán hàng qua mạng...........70 4.2.1. Xây dựng kho dữ liệu hình ảnh 2D và 3D...............................................71 4.2.2. Xây dựng cơ chế truy vấn đối với kho dữ liệu hình ảnh .........................71 4.2.3. Hệ thống bán hàng qua mạng ......................................................................73 4.3.1. Mô hình hệ thống .....................................................................................73 4.3.2. Các chức năng cơ bản của hệ thống.........................................................75 4.3.3. Các công cụ phát triển hệ thống...............................................................76 4.3.4. Quy trình thực hiện giao dịch của hệ thống.............................................77 4.3.5. Cài đặt hệ thống .......................................................................................78 4.4. Giải pháp tích hợp các hệ thống khác .............................................................80 4.4.1. Hệ thống quản lý và cấp phát chứng chỉ số (CA)....................................80 4.4.2. Hệ thống thanh toán trực tuyến (VASC Payment) ..................................81 4.5. Một số giao diện chính của hệ thống...............................................................83 KẾT LUẬN....................................................................................................................86 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................87 BẢNG THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5 STT Ký hiệu viết tắt Giải thích 1 Web browser Trình duyệt Web 2 CSDL Cơ sở dữ liệu 3 DBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 4 MDBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu đa phương tiện 5 Video frame Khung hình video 6 RDBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ 7 Multimedia Đa phương tiện 8 MIRS Hệ thống truy vấn thông tin đa phương tiện 9 Metadata Siêu dữ liệu 10 Media Phương tiện 11 SMDS Hệ thống cơ sở dữ liệu đa phương tiện có cấu trúc 12 Information Retrival(IR) Truy xuất thông tin 13 Multimedia Information Retrieval System (MIRS) Hệ thống truy xuất thông tin đa phương tiện LỜI CẢM ƠN 6 Tôi xin bầy tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Đức Thi, người thầy, người đồng nghiệp đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những định hướng và những ý kiến rất quý báu về cơ sở dữ liệu đa phương tiện. Tôi cũng xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp của tôi tại phòng Các hệ thống quản trị dữ liệu – Viện Công nghệ thông tin đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình công tác để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này một cách tốt đẹp Xin chân thành cám ơn các bạn bè của tôi, trong nước cũng như ngoài nước đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tìm tòi và sưu tầm tài liệu. Cuối cùng xin châm thành cám ơn các thành viên trong gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có được kết quả như ngày hôm nay. Hà nội ngày 20/06/2004 Học viên Trần Hoài Nam 7 MỞ ĐẦU Công nghệ multimedia liên quan tới việc mô tả sự kết hợp các dạng thức thông tin khác nhau (văn bản, dữ liệu, hình ảnh, âm thanh, video) dưới dạng tín hiệu số. Có thể nêu ra đây một số ứng dụng multimedia như : • E-learning. • Hội thảo Video (Video Conferencing). • Thư viện điện tử (Elibrary). • Hiện tại ảo (Vitual Reality). Các công nghệ truyền dùng để thao tác, truyền phát, điều khiển các dữ liệu multimedia đã và đang được nghiên cứu một cách rất sôi động. Các hệ thống multimedia cần có một hệ thống phân phối nhằm mục đích thu thập các đối tượng multimedia và đưa chúng đến người dùng, một trong số các phương tiện đầu tiên được dùng dến là đĩa từ và đĩa quang. Ngày nay, Internet cũng như các giao thức khác như TCP/IP, NetBIOS, các mạng Lan đang trở thành các phương tiện để truyền bá dữ liệu multimedia . Khả năng mô tả phong phú cũng như khả năng đồ họa của các web browser cùng với các tính năng đang được tiếp tục tăng cường như hoạt họa, âm thanh và Video khiến các web browser đang trở thành một phương tiện mới để mang lại các dữ liệu multimedia cho người dùng[5] Các công nghệ chủ yêu liên quan đến multimedia bao gồm: • Kỹ thuật nén. • Video Servers. • Các kỹ thuật về mạng (internet, tokenring, ethernet, ATM …vv). • Các công nghệ truyền dữ liệu. • Các công nghệ về cáp truyền dẫn. • Công nghệ xác thực. • Các công nghệ về CSDL. 8 Một CSDL là tập hợp của các dữ liệu có liên quan đến nhau. Một hệ quản trị CSDL (DBMS) là hệ thống phần mềm trợ giúp cho các quá trình khai báo, xây dựng và thao tác với CSDL phục vụ cho các ứng dụng khác nhau. CSDL multimedia bao gồm thêm các kiểu dữ liệu khác như: • Văn bản. • Hình ảnh. • Âm thanh. • Video. • Hoạt hình. Các kiểu dữ liệu khác này đòi hỏi phải có các phương thức đặc biệt nhằm mục đích tối ưu hóa cho việc lưu trữ, truy cập, chỉ số hoá và khai thác. Một MDBMS phải cung cấp một môi trường thích hợp để quản lý và sử dụng CSDL multimedia. Một MDBMS cần phải đảm bảo các tính năng cơ bản của một DBMS, ngoài ra nó còn phải có các tính năng khác như: • Tích hợp các phương tiện khác (Media Intergration). • Khả năng sắp xếp và mô tả thông tin. • Khả năng khai thác dữ liệu.. • Khả năng lưu trữ lớn. • Giao diện multimedia. • Hỗ trợ truy vấn tương tác multimedia. Thông thường các đối tượng riêng lẻ của một hình ảnh hoặc một video frame sẽ có một vài mối liên hệ bộ phận với các đối tượng khác. Các mối liên hệ này đưa đến một số các ràng buộc trong quá trình tìm kiếm các đối tượng trong CSDL multimedia. Căn cứ trên cơ sở này việc triển khai các ứng dụng multimedia trên nền các hệ quản trị CSDL hướng đối tượng sẽ thuận lợi hơn so với các RDMBS hiện thời[1]. 9 Mục tiêu chính của bản luận văn này nhằm nghiên cứu và tìm hiểu một số vấn đền cơ bản của một MDBMS: • Tổng quan về cơ sử dữ liệu đa phương tiện • Các yêu cầu của một MDBMS cũng như kiến trúc, thiết kế và truy vấn đối với một MDBMS. Luận văn này được bố cục thành 5 phần chính: • Chương I: Giới thiệu chung về CSDL multimedia. • Chương II: Cơ sở dữ liệu multimedia. • Chương III: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu multimedia – Yêu cầu và các vấn đề • Chương IV: Xây dựng hệ thống bán hàng qua mạng. • Kết luận 10 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Dữ liệu multimedia được chia thành hai lớp là các dữ liệu liên tục và các dữ liệu không liên tục. Các dữ liệu liên tục bao gồm các dữ liệu âm thanh, video thay đổi theo thời gian. Các dữ liệu không liên tục là các dữ liệu không phục thuộc vào thời gian, các loại dữ liệu đặc trưng cho dạng này là các dữ liệu văn bản (có hoặc không có định dạng), hình ảnh tĩnh và các đối tượng đồ họa. Các kiểu dữ liệu thông thường của một CSDL multimedia bao gồm: • Dữ liệu văn bản (có hoặc không có định dạng). • Đồ họa: là các bản vẽ, minh họa được mã hóa như các tệp postscript. • Hình ảnh: là các hình ảnh được mã hóa sử dụng các dạng thức chuẩn như là JPEG hoặc MPEG. • Các hoạt hình. • Âm thanh. • Video. Các đặc tính chung của dữ liệu multimedia bao gồm: • Thiếu cấu trúc: Các dữ liệu multimedia có khuynh hướng phi cấu trúc vì vậy các tác nghiệp quản trị dữ liệu chuẩn như chỉ số hoá, tìm kiếm nội dung, truy vấn dữ liệu thường là không áp dụng được. • Tính tạm thời: Một vài kiểu dữ liệu multimedia như là Video, âm thanh và hoạt hình đều phụ thuộc vào yếu tố thời gian liên quan mật thiết đến việc lưu trữ, thao tác và mô tả chúng. • Có dung lượng lớn: các dữ liệu video và âm thanh thường đòi hỏi các thiết bị lưu trữ lớn. 11 • Các ứng dụng hỗ trợ: các dữ liệu phi chuần có thể đòi hỏi các quy trình xử lý phức tạp như việc sử dụng các thuật toán nén dữ liệu đối với các ứng dụng CSDL multimedia. 1.1 Các kiểu truyền thông và multimedia Truyền thông đề cập đến các kiểu thông tin hoặc các kiểu biểu diễn thông tin, ví dụ như dữ liệu vần chữ cái, hình ảnh, âm thanh, truyền hình. Có nhiều cách phân lớp truyền thông. Những cách phân loại chung được dựa trên những dạng vật lý và những mối quan hệ truyền thông với thời gian. Ta phân lớp truyền thông dựa trên việc có hay không có chiều thời gian. Ngầm định này hướng tới hai lớp truyền thông tĩnh và động (hoặc tính liên tục về thời gian). Truyền thông tĩnh không bao hàm yếu tố thời gian, các nội dung và nghĩa của chúng không phụ thuộc vào thời gian được biểu diễn. Truyền thông tĩnh bao gồm các dữ liệu vần chữ cái, các đồ thị và các ảnh tĩnh. Truyền thông động bao hàm yếu tố thời gian, các nghĩa và tính chính xác của chúng phụ thuộc vào loại được biểu diễn. Truyền thông động gồm các hoạt hình, âm thanh và video. Các truyền thông này có bản chất khoảng thống nhất hoặc tốc độ riêng của chúng. Chẳng hạn, để truyền cảm giác chuyển động nhịp nhàng video phải thực hiện 25 hình mỗi giây (hoặc 30 hình phụ thuộc vào hệ thống video đang sử dụng). Tương tự, khi chúng ta phát lại một lời nhắn hoặc đoạn nhạc đã được ghi âm, chỉ có một loại thể hiện là thích hợp. Việc phát lại ở chế độ nhanh hơn hoặc chậm hơn sẽ làm méo nghĩa hoặc chất lượng âm thanh. Vì những truyền thông này phải được phát liên tục ở tốc độ cố định mà chúng thường được gọi là truyền thông liên tục. Chúng cũng còn được gọi truyền thông đẳng thời vì mối quan hệ cố định giữa mỗi đơn vị truyền thông và thời gian. Truyền thông đề cập đến một bộ sưu tập các kiểu truyền thông đã sử dụng cùng nhau. Điều đó có nghĩa là ít nhất có kiểu truyền thông dữ liệu là không theo ký tự chữ (nghĩa 12 là ít nhất có một kiểu truyền thông là ảnh, âm thanh hoặc truyền hình). Ở đây, “multimedia” được sử dụng như một tính từ vì vậy chúng ta sẽ nói một cách đặc trưng là thông tin multimedia, dữ liệu multimedia, hệ thống multimedia, liên lạc multimedia, ứng dụng multimedia,... Dữ liệu multimedia chính là sự biểu diễn về các loại truyền thông multimedia mà máy tính có thể đọc được. Thông tin multimedia là thông tin đã truyền bằng các kiểu truyền thông multimedia. Đôi khi, thông tin multimedia và dữ liệu multimedia được sử dụng có thể thay cho nhau. Đôi khi chúng ta sử dụng thuật ngữ multimedia hay truyền thông và đối tượng nhằm chỉ một thực thể tự trị nào đó trong một MIRS mà có thể được truy vấn, truy xuất và được trình diễn. Thuật ngữ “đối tượng” có thể là chưa xác định thích hợp theo nghĩa hướng đối tượng (0bject Oriented). Ngữ cảnh sẽ làm nó rõ ràng hơn dù cho nó được sử dụng trong một ý nghĩa chung hoặc trong cách tiếp cận hướng đối tượng[10]. 1.1.1. Cơ sở dữ liệu và các DBMS Trong thư viện, CSDL và các DBMS đôi khi được sử dụng thay thế nhau. ở đây CSDL hiểu như một bộ sưu tập hoặc một kho dữ liệu hoặc nhiều mục truyền thông. Chúng ta sử dụng các DBMS như một hệ thống thực thể để quản lý CSDL. 1.1.2. Truy tìm thông tin tài liệu văn bản Hệ thống truy tìm thông tin tự động hoá (IR) được phát triển để giúp quản lý một khối lượng với các tài liệu khoa học đã được tạo lập từ những năm 1940. Chức năng chính của một hệ thống IR là lưu trữ và quản lý một số rất lớn các tài liệu văn bản theo cách sao cho các tài liệu thích hợp với việc sử dụng các truy vấn để truy tìm nhanh. Chú ý rằng việc truy tìm thông tin tự động của các từ cấu tạo bằng chữ đầu của những từ khác là nhằm vào việc truy tìm các tài liệu văn bản, mặc dù thuật ngữ đầy đủ là truy tìm thông tin có thể hiểu là truy tìm một loại thông tin nào đó. 13 1.1.3. Truy xuất và chỉ số hoá multimedia Các DBMS truy xuất các khoản mục dựa trên số liệu có cấu trúc khi sử dụng kết nối chính xác. IR cũng được gọi là truy xuất dựa trên văn bản. Việc truy xuất dựa vào nội dung đề cập đến việc truy xuất dựa trên những nét đặc trưng truyền thống hiện nay như là màu sắc, hình thù thay cho lời giải thích văn bản về khoản mục truyền thông đó. Việc truy xuất dựa trên nội dung là chuẩn dựa trên sự đồng dạng thay vì một kết nối chính xác giữa một truy vấn và một tập các khoản mục dữ liệu. MIRS đề cập đến một hệ thống cơ sở cung cấp việc truy xuất thông tin multimedia khi sử dụng một tổ hợp DBMS, IR và các kỹ thuật truy xuất dựa trên nội dung. Trong một MIRS, một vài vấn đề như phiên bản và điều khiển an toàn có thể không thực hiện được đầy đủ. Một MIRS đủ bản lĩnh ra đời được gọi là MDBMS. 1.1.4. Trích rút đặc trưng, biểu diễn nội dung và chỉ số hoá Trong các MIRS, một trong những vấn đề quan trọng nhất là trích rút đặc trưng hoặc biểu diễn nô ̣i dung (cái gì là những nét đặc trưng hoặc nội dung chính trong một khoản mục multimedia). Trích rút đặc trưng có thể là quá trình tự động hay bán tự động. Trong một vài tài liệu truy xuất dựa vào nội dung, trích rút đặc trưng cũng được gọi là chỉ số hoá. Sau đây, chúng ta theo quy ước chung. Khi mà thuật ngữ “chỉ số” được sử dụng như một danh từ, điều đó có nghĩa là đề cập tới cấu trúc dữ liệu hoặc việc tổ chức những đặc trưng đã được trích rút để nghiên cứu có hiệu quả và truy xuất. 1.2 Sự cần thiết đối với MIRS Sự cần thiết đối với MIRS có thể được giải thích bằng ba yếu tố sau: Trước hết, dữ liệu multimedia đang được dùng ngày càng nhiều và đang được chú ý. Để sử dụng thông tin đó (chứa trong dữ liệu đó), đòi hỏi có một hệ thống truy xuất và chỉ số hoá hiệu quả và có hiệu lực. Thứ hai, dữ liệu multimedia có những đặc tính và những yêu cầu đặc biệt mà lại khác nhau đáng kể từ số liệu bảng chữ cái. Bởi vậy, 14 DBMS truyền thống không thích hợp cho việc xử lý dữ liệu multimedia. Thứ ba, mặc dù các kỹ thuật IR có thể giúp chúng ta trong việc truy xuất multimedia nhưng chỉ một mình chúng thì chưa đủ để xử lý dữ liệu multimedia một cách có hiệu quả[10]. 1.2.1. Sự phát triển về dữ liệu multimedia và các đặc trưng của nó Hiện nay chúng ta đang tập trung khai phá thông tin multimedia. Ví dụ, một số lượng lớn hình ảnh và video đang được tạo lập và lưu trữ trên internet. Nhiều hoạ sỹ và bức tranh trong nhiều kiểu i