CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN 1. Tổng quan về hệ quản trị cơ sở dữ liệu đa phương tiện 1. Giới thiệu chung Thế giới đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư – một cuộc cách mạng sản xuất mới gắn liền với những đột phá chưa từng có về công nghệ, liên quan đến kết nối Internet, điện toán đám mây, in 3D, công nghệ cảm biến, thực tại ảo. Bản chất của cách mạng công nghiệp lần thứ tư là dựa trên nền tảng công nghệ số và tích hợp tất cả các công nghệ thông minh để tối ưu hóa quy trình, phương thức sản xuất.
Trong những năm gần đây, nhu cầu về khai thác và xử lý dữ liệu vô cùng lớn, điều đó không dễ dàng diễn tả được chỉ với việc sử dụng các ký tự. Các kiểu dữ liệu có thể là hình ảnh, video, tài liệu, âm thanh (dữ liệu Media). Multimedia là tập hợp các kiểu media được sử dụng với nhau (dữ liệu đa phương tiện). Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) đa phương tiện (Multimedia DataBase Management System – MMDBMS) là một hệ thống giúp người dùng thao tác trên các dữ liệu media một cách thích hợp và hiệu quả.
Các thao tác cơ bản của hệ quản trị CSDL thường là cập nhật, chèn, xoá và tìm kiếm một đối tượng trong CSDL. Như vậy, có thể nói rằng CSDL đa phương tiện là tập hợp các dữ liệu đa phương tiện có liên quan với nhau [1]. Các kiểu dữ liệu thông thường của một CSDL đa phương tiện bao gồm: Dữ liệu hình ảnh (Image data): Bao gồm ảnh đen trắng, ảnh xám, ảnh màu. Dữ liệu hình ảnh có nhiều định dạng khác nhau (bmp, jpg, gif, png…).
Ví dụ, một học viên phẫu thuật muốn thực hành một ca phẫu thuật trên một bệnh nhân ảo có những triệu chứng sinh lý nào đó. Trong thực tế, để tìm ra bệnh nhân với những triệu chứng mong muốn, học viên phẫu thuật phải truy vấn CSDL ảnh phân tán và kích thước lớn chứa ảnh X quang hay MRI (Magnetic Resonance Imaging) của các bệnh nhân với các triệu chứng tương tự. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dữ liệu Video (Video data): Là một chuỗi các hình ảnh liên tục nhau, đòi hỏi dung lượng lưu trữ lớn. Cùng với sự phát triển bùng nổ của các thiết bị nghe nhìn hiện đại như: Máy tính bảng, máy ảnh kĩ thuật số, điện thoại thông minh… thì kiểu dữ liệu Video đang ngày càng phổ biến khắp mọi nơi.
Bên cạnh đó, sự bùng nổ của mạng xã hội cùng các hệ thống chia sẻ video trực tuyến như Youtube1, Vimeo2, DailyMotion3… giúp cho việc lưu trữ các dữ liệu Video không còn là bài toán khó. Do đó, việc truy xuất dữ liệu để tìm kiếm thông tin theo yêu cầu trong kho dữ liệu khổng lồ như vậy là một vấn đề rất đáng quan tâm. Giả sử, cảnh sát giao thông muốn tìm kiếm những tư liệu băng hình về một vụ tai nạn giao thông nào đó tại vị trí có camera theo dõi được lưu trữ trong máy chủ. Như vậy, đòi hỏi phải truy vấn thư viện băng hình mà nó bao gồm tập hợp vô số các băng hình tại vị trí đó.
Dữ liệu âm thanh (Audio data): Dữ liệu âm thanh được sử dụng trong những ứng dụng, thiết bị như nhận dạng giọng nói, xử lý âm thanh, điều khiển thiết bị bằng giọng nói. Ví dụ: hệ thống điều khiển xe lăn cho người tàn tật. Trong trường hợp này cần phải tập hợp các đoạn audio là các lệnh điều khiển cho xe di chuyển bằng giọng nói. Dữ liệu tài liệu (Document data): Là loại dữ liệu có mặt hầu hết trong các ứng dụng đa phương tiện nhằm giải thích thêm cho các dữ liệu không phải văn bản, bao gồm: Các từ, câu, đoạn văn.
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. Ví dụ: khi ta xem sách, trong sách không chỉ có dữ liệu văn bản mà còn bao gồm cả hình ảnh. Giả sử, khi người đọc muốn tìm một bức ảnh nào đó nhưng không thể tìm trong CSDL ảnh. Tuy nhiên, nếu có một thư viện điện tử số để truy cập thì việc tìm thấy bức ảnh 1 Youtube.com 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mong muốn là rất dễ dàng.
Như vậy, dữ liệu tài liệu bao gồm các phương tiện quan trọng mà trong đó các thông tin có thể được lưu trữ dưới dạng điện tử [2]. Những năm trước đây, nhiều dữ liệu dạng văn bản (text) được lưu trữ dưới khuôn dạng máy tính có thể lưu trữ và xử lý. Từ đó dẫn tới phát triển các hệ thống quản trị CSDL mà ngày nay được sử dụng trong hầu hết các cơ quan, tổ chức. Tuy nhiên, các hệ quản trị CSDL này không thể quản lý dữ liệu đa phương tiện một cách hiệu quả bởi vì tính chất của dữ liệu văn bản và dữ liệu đa phương tiện là khác nhau, và CSDL đa phương tiện với các dữ liệu ảnh, video, âm thanh.
thường là rất lớn. Do vậy, việc nghiên cứu phát triển hệ thống quản trị CSDL có khả năng quản lý dữ liệu đa phương tiện với các kỹ thuật truy tìm và chỉ mục mới là rất cần thiết. MMDBMS là một khung làm việc để quản lý các kiểu dữ liệu khác nhau mà chúng được thể hiện trong rất nhiều khuôn dạng khác nhau. Để làm việc thành công thì một MMDBMS phải có các khả năng sau: Có khả năng truy vấn đồng bộ dữ liệu (dữ liệu media và dữ liệu văn bản) được thể hiện trong các định dạng khác nhau.
Ví dụ: một MMDBMS sẽ có khả năng truy vấn và tích hợp dữ liệu mà nó được lưu trong các CSDL khác nhau mà có thể sử dụng các lược đồ khác nhau, cũng như việc truy vấn tệp và dữ liệu lưu trữ trong DBMS hướng đối tượng hay DBMS không gian. Việc xử lý các truy vấn như vậy là khá phức tạp vì trên thực tế việc nhận biết được nội dung của các kiểu media là vấn đề thách thức, nó phụ thuộc rất nhiều vào kiểu dữ liệu và cách thức lưu 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. Có khả năng truy vấn dữ liệu biểu diễn trong media khác nhau.
Ví dụ: một MMDBMS phải có khả năng truy vấn không chỉ trong CSDL hình ảnh 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mà còn cả trong CSDL âm thanh và CSDL quan hệ, sau đó kết hợp các kết quả với nhau. MMDBMS phải có khả năng khai thác các đối tượng mang tin (media) từ một thiết bị lưu trữ cục bộ một cách trơn tru bởi vì các đối tượng mang tin (video, âm thanh…) thường chiếm một không gian vô cùng lớn. MMDBMS phải có khả năng tạo ra các câu trả lời từ truy vấn và có khả năng trình diễn các câu trả lời này bằng các phương tiện nghe nhìn. Mỗi một hệ thống có đầy đủ các đặc tính yêu cầu trên là chưa 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 lượng thể hiện của các thiết bị.
Các kiểu truyền thông và multimedia Đa phương tiện (multimedia) là một lĩnh vực của Công nghệ thông tin có mục đích nghiên cứu và đề xuất các công cụ trợ giúp việc xử lý lưu trữ, truyền các dữ liệu thích hợp như: văn bản (text), biểu đồ, đồ thị (graphic), hoạt hình (animation), ảnh (image), video, audio, hoặc kết hợp các media với nhau (video + audio + văn bản diễn giải). Người ta thường phân media thành hai loại dựa trên quan hệ của chúng với thời gian, đó là: Đa phương tiện tĩnh (Static media): Không có chiều thời gian. Thông tin không liên quan tới thời gian. Ví dụ cho loại này là văn bản, hình họa, ảnh chụp.
Đa phương tiện động (Dynamic media): Có chiều thời gian. Thông tin có quan hệ chặt chẽ với thời gian và thông tin phải được trình diễn với thời gian xác định. Ví dụ các loại audio, video, animation. So với dữ liệu truyền thống như văn bản và số, dữ liệu đa phương tiện có một số đặc điểm rất khác biệt, đó là: Kích thước dữ liệu lớn: dữ liệu đa phương tiện có kích thước lớn hơn nhiều so với các kiểu dữ liệu số và văn bản thông thường.
Một văn bản thô có 200 từ (khoảng 1000 ký tự) chỉ có kích thước là 1kByte, nhưng nếu lưu văn 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bản đó bằng định dạng ảnh GIF thì kích thước gấp khoảng 10 lần. Một giọng nói đơn sắc được lưu với định dạng .WAV trong thời gian 1 phút có kích thước khoảng 2640 kByte (đã nén) hoặc xấp xỉ 6-8 MB (chưa nén). Một cảnh video rất ngắn chứa hàng trăm bức ảnh với kích thước có thể lên đến vài chục MB. Cụ thể, có thể xem bảng minh họa sau: Bảng 1.1: Mô tả kích thước kiểu dữ liệu Kiểu Mô tả Kích thước Plain text khoảng 200 từ (1000 ký tự) 1 Kb Tệp Word khoảng 200 từ (1000 ký tự) 15 Kb Ảnh GIF khoảng 200 từ (1000 ký tự, 210 x 100mm) 10 Kb Âm thanh WAVE giọng nói (1 phút, 22KHz, 16 bit, mono) 2640 Kb Video Video (1 phút, độ phân giải 740*480) 20 Mb Số lượng dữ liệu đồ sộ: người ta ước tính, chỉ riêng trên WWW có số lượng lên đến hàng tỉ ảnh, hàng trăm triệu bài hát MP3 và vài chục triệu phim video.
Một số dữ liệu đa phương tiện phụ thuộc thời gian Audio và video có thêm chiều thời gian. Khi trình diễn audio và video thì chất lượng của chúng phụ thuộc chặt chẽ vào tốc độ trình diễn. Ví dụ: video phải được trình diễn với tốc độ 25 đến 30 hình/giây để có thể cảm nhận được hình ảnh chuyển động tốt. Tìm kiếm dựa trên cơ sở tương tự Trong cơ sở dữ liệu quan hệ, phương pháp tìm kiếm truyền thống đối với dữ liệu dạng văn bản và số là tìm kiếm chính xác.
Đối với dữ liệu đa phương tiện, người dùng thường đặt ra yêu cầu tìm kiếm một đối tượng tương tự theo nội dung mà họ đưa ra. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu đa phương tiện (MMDBMS) Trung tâm của một hệ thống thông tin multimedia chính là hệ quản trị CSDL MULTIMEDIA (MDBMS).