MỞ ĐẦU Thế kỷ 21 hứa hẹn những bƣớc phát triển nhảy vọt hơn nữa trong lĩnh vực công nghệ thông tin, nhƣ đã từng có trong những thập niên 90 thế kỷ trƣớc. Những ứng dụng công nghệ thông tin vào đời sống thực tiễn và nghiên cứu khoa học đƣợc đánh giá sẽ rất triển vọng, hứa hẹn mở ra những thành công to lớn. Dữ liệu đa phƣơng tiện ngày càng đóng vai trò không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay, các trang thiết bị hiện đại phục vụ cho đời sống, nghiên cứu khoa học, quân sự. sử dụng một khối lƣợng khổng lồ các loại dữ liệu đa phƣơng tiện khác nhau.
Việc xây dựng các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu đa phƣơng tiện phục vụ cho những mục đích đó là yêu cầu thực sự quan trọng. Trong đó, việc sử dụng các cấu trúc dữ liệu hợp lý để biểu diễn các loại dữ liệu nhƣ vậy, phục vụ những yêu cầu của hệ thống cơ sở dữ liệu là vấn đề cần phải giải đáp. Trong luận văn, chủ yếu tập trung vào tìm hiểu loại dữ liệu là hình ảnh (Image Data), giới thiệu các cấu trúc dữ liệu đa phƣơng tiện để thể hiện dữ liệu hình ảnh, mô hình hoá cơ sở dữ liệu hình ảnh, và đề cập đến việc xây dựng cơ sở dữ liệu đa phƣơng tiện. z 8 Chƣơng 1 TỔNG QUAN Ngay từ ban đầu, máy tính đã đƣợc coi là các thiết bị xử lý biểu tƣợng (symbolic) – các thiết bị có đầu vào là các biểu tƣợng theo luật alphabet và đầu ra là tập các biểu tƣợng của cùng dạng trên.
Điều nay đã trở thành mô hình cho các môi trƣờng tính toán chuẩn dựa trên cơ sở máy Turing đã quen thuộc. Tuy nhiên, trong những năm gần đây xuất hiện nhu cầu vô cùng lớn về khả năng khai thác xử lý dữ liệu với số lƣợng khổng lồ mà nó là điều không dễ dàng diễn tả chỉ với việc sử dụng các ký tự. Dƣới đây là một số thí dụ về các kiểu dữ liệu nhƣ vậy: Dữ liệu ảnh (Image data): Dữ liệu hình ảnh có thể nói là một trong những kiểu dữ liệu đuợc sử dụng phổ biến và thông dụng nhất trên thế giới hiện nay. Rất nhiều những ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học khác nhau sử dụng hình ảnh làm nguồn dữ liệu để thực thi công việc một cách hiệu quả.
Ví dụ trong lĩnh vực Y học, một ví dụ cụ thể chẳng hạn một học viên phẫu thuật ở Miami mong muốn thực hành một ca phẫu thuật trên một bệnh nhân ảo có những triệu chứng sinh lý nào đó. Trên thực tế để tìm ra bệnh nhân với những triệu chứng mong muốn, học viên phẫu thuật phải truy vấn cơ sở dữ liệu (CSDL) ảnh phân tán và kích thƣớc lớn chứa ảnh X quang hay MRI (Magnetic Resonance Imaging) của các bệnh nhân với các triệu chứng tƣơng tự. Đôi khi các triệu chứng có thể dễ dàng mô tả bằng văn bản. Tuy nhiên trong nhiều trƣờng hợp khác, nó có thể dễ dàng hơn cho học viên phẫu thuật nếu có thể trình diễn hình ảnh của loại mẫu (pattern) mà anh ta đang tìm kiếm trong các ảnh X quang của bệnh nhân.
Trong cả hai trƣờng hợp này, một CSDL hình ảnh phải đƣợc duy trì. Nó có thể đƣợc truy vấn trên cơ sở các tiêu chí rất khác nhau - đầu vào là văn bản hay ảnh phù hợp [17]. Dữ liệu Video (Video data): Tƣơng tự nhƣ vậy, cùng với sự phát triển bùng nổ của các thiết bị nghe nhìn nhƣ hiện nay thì kiểu dữ liệu Video đang ngày càng tràn ngập trên khắp mọi nơi. Bên cạnh đó khi mà công nghệ lƣu trữ hiện đại ngày z 9 nay làm cho việc lƣu trữ các dữ liệu Video không phải là bài toán khó giải thì việc truy xuất dữ liệu để tìm kiếm thông tin theo yêu cầu trong kho dữ liệu khổng lồ nhƣ thế là một vấn đề rất đáng quan tâm.
Trong một ngữ cảnh tƣơng tự, giả sử học viên của một trƣờng đại học muốn tìm kiếm những tƣ liệu băng hình về một chủ đề kỹ thuật nào đó trong thƣ viện của trƣờng. Điều này yêu cầu họ phải truy vấn để tìm tài liệu trong tập hợp vô số những tƣ liệu băng hình đƣợc lƣu trữ, điều này có thể dẫn tới truy vấn của học viên đòi hỏi xâm nhập số lƣợng lớn băng hình.[17] Dữ liệu âm thanh (Audio data): Dữ liệu âm thanh đƣợc sử dụng trong những ứng dụng, thiết bị nhƣ nhận dạng giọng nói, xử lý âm thanh, điều khiển thiết bị bằng giọng nói.Thí dụ, nỗ lực điều tra của cảnh sát về dấu vết của kẻ đe doạ đánh bom mong muốn có khả năng nhận dạng giọng nói tƣơng ứng với tín hiệu từ điện thoại của kẻ đó thông qua CSDL lƣu giữ các mẫu giọng nói của các tổ chức khủng bố khác nhau.[17] Dữ liệu tài liệu (Document data): Một CSDL văn bản truyền thống bao gồm các đoạn văn bản, các từ, câu, đoạn văn, chƣơng…. Một CSDL tài liệu khác văn bản ở chỗ nó không chỉ chứa các thông tin dạng văn bản thô mà còn chứa đựng cả cấu trúc và hình ảnh nhúng. Trong các trƣờng hợp nhƣ vậy, cấu trúc của tài liệu có thể đƣợc khai thác dựa trên mục lục dữ liệu.
Cách khác, giả sử xem xét một quyển sách. Quyển sách không chỉ chứa dữ liệu văn bản mà còn chứa cả hình ảnh. Một số hình ảnh có thể là những hình vẽ trong khi một số khác là những bức ảnh. Giả sử ngƣời sử dụng muốn tìm một bức ảnh của hoàng đế Mughal tên là Akbar nhƣng không thể tìm ảnh trong CSDL hình ảnh.
Tuy nhiên, nếu anh ta có một thƣ viện điện tử số để truy cập thì anh ta có thể tìm thấy bức ảnh mong muốn nhờ xem xét kỹ những cuốn sách liên quan về lịch sử ấn Độ. Nhƣ vậy, dữ liệu tài liệu bao gồm phƣơng tiện quan trọng mà trong đó các thông tin có thể đƣợc lƣu trữ dƣới dạng điện tử.[17] Dữ liệu viết bằng tay (Handwritten data): Nhiều ngƣời thƣờng ghi những ghi chú trên những mẩu giấy nhỏ, điều này thƣờng gây mất thông tin khi giặt quần áo hay vì một lý do nào đó mà những gì đƣợc ghi bị mờ đi. Một số ghi chú có thể là z 10 không quan trọng, nhƣng có rất nhiều cái cần đƣợc giữ gìn. Xu thế gần đây cả trên thƣơng trƣờng hay trong giới nghiên cứu ngƣời ta cho rằng ghi chép điện tử ngày càng phổ biến hơn trong tƣơng lai.
Ngƣời sử dụng sẽ sử dụng các thiết bị điện tử để ghi chép và lƣu trữ. Mặc dù có rất nhiều ghi chú có thể chuyển sang đƣợc dạng mã văn bản ASCII bằng kỹ thuật phân tích viết tay, nhƣng có rất nhiều ghi chú không thể thực đƣợc bởi vì các ghi chú thƣờng chứa cả các nét loằng ngoằng hay các biểu đồ khối… Các kiểu dữ liệu kể trên đây chỉ là một phần trong rất nhiều hình thức biểu hiện của dữ liệu phát sinh tự nhiên trong các ứng dụng khác nhau. Một cách phi hình thức, hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu đa phƣơng tiện (Multimedia Database Management System – MMDBMS) là một khung làm việc để quản lý các kiểu dữ liệu khác nhau mà chúng đƣợc thể hiện trong rất nhiều khuôn dạng khác nhau. Để làm việc thành công thì một MMDBMS phải có các khả năng sau: Nó phải có khả năng truy vấn đồng bộ dữ liệu đƣợc thể hiện trong các định dạng khác nhau.
Thí dụ, một MMDBMS sẽ có khả năng truy vấn và tích hợp dữ liệu mà nó đƣợc lƣu trong các CSDL quan hệ khác nhau mà có thể sử dụng các lƣợc đồ khác nhau, cũng nhƣ việc truy vấn tệp phẳng và dữ liệu lƣu trữ trong DBMS hƣớng đối tƣợng DBMS không gian. Việc xử lý các truy vấn nhƣ vậy là khá phức tạp bởi vì trên thực tế việc nhận biết đƣợc nội dung của các kiểu dữ liệu media là vấn đề thách thức và nó phụ thuộc rất nhiều vào kiểu dữ liệu và cách thức lƣu trữ chúng. Cuối cùng, truy vấn có thể mở rộng đối với nhiều kiểu vật mang (media) dữ liệu và MMDBMS phải có khả năng kết hợp các kết quả từ các nguồn dữ liệu khác nhau và các kiểu media khác nhau. Tƣơng tự, MMDBMS phải có khả năng truy vấn dữ liệu biểu diễn trong media khác nhau.
MMDBMS phải có khả năng khai thác các đối tƣợng mang tin từ một thiết bị lƣu trữ cục bộ một cách trơn tru, liên tục. MMDBMS phải có khả năng tạo ra các câu trả lời từ truy vấn (đƣợc gọi là “answer to a query”) và có khả năng trình diễn các câu trả lời này bằng các phƣơng tiện nghe nhìn. Mặc dù vậy, hình z 11 thức và nội dung của trình diễn có thể khác nhau từ ứng dụng này đến ứng dụng khác, do đó ngƣời sử dụng phải xác định đƣợc cấu trúc của hình thức và nội dung của các trình diễn kết quả thu đƣợc từ hệ thống. Điều cuối cùng là mỗi một hệ thống có đầy đủ các đặc tính yêu cầu trên là chƣa đủ mà còn cần phải có khả năng phân phối các trình diễn theo một cách nào đó nhằm thoả mãn các yêu cầu khác nhau về chất lƣợng thể hiện của các thiết bị.
Ví dụ, nếu MMDBMS quyết định rằng một luồng dữ liệu âm thanh và luồng dữ liệu video phải đƣợc thể hiện cùng một lúc, để làm đƣợc việc đó MMDBMS phải đảm bảo đƣợc rằng sự thể hiện này không bị ảnh hƣởng do hiện tƣợng nhƣ ngắt quãng hay trục trặc nào đó. Một điều quan trọng hơn là MMDBMS phải quan tâm tới việc dữ liệu đang đƣợc phân phối cho các thiết bị ra liên quan (loa, bàn phím, màn hình…) mà chúng có thể để tập trung tại các nút mạng phân tán. Do đó, các nhân tố nhƣ khả năng sẵn sàng của vùng đệm và độ rộng băng thông cần đƣợc lƣu tâm khi phân phát trình diễn tới ngƣời sử dụng. Hơn nữa, đòi hỏi về chất lƣợng dịch vụ cho biết rằng các tính chất hiệu năng khác nhau cần đƣợc tối ƣu theo các ràng buộc nói trên.
Do những nỗ lực trong mọi lĩnh vực của loài ngƣời mà việc tạo ra và quản lý các kho lƣu trữ multimedia đã đƣợc thúc đẩy từ trƣớc, trong đó có các cố gắng của cả giới nghiên cứu và lĩnh vực thƣơng mại. Ngày nay, các ngôn ngữ truy vấn, kỹ thuật chỉ mục, các thuật toán khai thác dữ liệu, các phƣơng pháp cập nhật đã đƣợc phát triển cho nhiều loại CSDL nhƣ quan hệ, CSDL hƣớng đối tƣợng, CSDL không gian, thời gian và các CSDL khác.