Bài giảng các nhiệm vụ thiết kế MMDBNS

Hà Nội-2005/14
CÁC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MMDBMS
Bài 3
PGS.TS. Đặng Văn Đức

dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Nội dung

Khái niệm mô hình hóa

Kiến trúc MMDBMS

Mô hình dữ liệu đa phương tiện

Thiết kế giao diện người sử dụng

Vấn đề trích chọn đặc trưng

Đảm bảo chất lượng dịch vụ

Kết luận
2/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
1. Mô hình hóa hệ thống thông tin
A model is a complete
description of a system
from a particular
perspective.
“Modeling captures essential parts of
the system.”
Dr. James Rumbaugh

3/44
Mô hình hệ thống phần mềm (UML)
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Use Case
Diagrams
Scenario
Diagrams
Scenario
Diagrams
Collaboration
Diagrams
Component
Diagrams
Deployment
Diagrams
Object
Diagrams
Scenario
Diagrams
Scenario
Diagrams
Statechart
Diagrams
Sequence
Diagrams
Class
Diagrams
Activity
Diagrams
Models

4/44
2. Kiến trúc MMDBMS

Nhắc lại kiến trúc chuẩn ANSI-SPARC của CSDL

External level

Cung cấp các khung nhìn của user, bao gồm nhiều khung nhìn CSDL

Conceptual (Logical) level

Khung nhìn chung CSDL – dữ liệu nào được lưu trữ, quan hệ nào
được trình diễn

Bao gồm các thông tin về ngữ nghĩa và ràng buộc, an toàn và toàn
vẹn dữ liệu

Người quản trị nhìn thấy mức này

Internel (physical) level

Liên quan đến cách lưu trữ vật lý dữ liệu

Phần lớn user và quản trị hệ thống không quan tâm đến mức này.
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
View 1 View 2 View 3
Conceptual
schema
Internal
schema

Database
User 1 User 2 User 3
External
level
Conceptual
level
Internal
level
ANSI-SPARC
5/36
Kiến trúc MMDBMS

Kiến trúc tổng thể của MMDBMS
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
W1 W2
w1
w3
w1
w2
w2
Query 1 Query 2 Query 3
Communication network
Data
models
Data
Access
Temporal
models
Text Image VideoAudio
User’s

view
Distributed
view
Conceptual
data
view
Physical
storage
view
6/36
2.1 Kiến trúc cơ sở MMDBMS

Yêu cầu tổng quát đối với kiến trúc MMDBMS

Hỗ trợ các loại ứng dụng khác nhau

Dễ dàng thêm bớt, sửa đổi các mođun của hệ thống

Hỗ trợ phân tán trên nhiều servers, clients.

MMDBMS có các khối chức năng chính sau:

Giao diện người sử dụng

Bộ trích chọn đặc trưng

Bộ quản lý truyền thông (trên clients và trên servers)

Môtơ chỉ mục và tìm kiếm


Bộ quản lý lưu trữ
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế 7/44
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Kiến trúc cơ sở MMDBMS

Kiến trúc cơ sở của MMDBMS thực hiện hai pha
chính:

Chèn dữ liệu

Truy vấn thông tin.

Pha chèn đối tượng

User chỉ ra tệp hay phác họa một hay một nhóm Items
thông qua UI

Tách tự động hay bán tự động đặc trưng

Gửi dữ liệu gốc và các đặc trưng đến server(s)

Các đặc trưng được tổ chức theo lược đồ chỉ mục tại
server(s)

Dữ liệu gốc và đặc trưng được lưu trữ theo cấu trúc phù
hợp.
Giao diện Người sử dụng
Bộ trích chọn đặc trưng
Chỉ mục và môtơ tìm kiếm
Bộ quản lý truyền tin

Bộ quản lý lưu trữ
Bộ quản lý truyền tin
8/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Kiến trúc cơ sở MMDBMS

Truy vấn thông tin

User hình thành câu truy vấn từ bàn phím, chuột thông qua
UI (từ tệp hay phác họa)

UI cho phép duyệt các Items trong CSDL để chọn làm
query

Trích chọn đặc trưng nếu cần

Gửi các đặc trưng đến server(s)

Tìm kiếm các Items phù hợp nhất với đặc trưng truy vấn

Gửi các Item kết quả tới UI.

UI hiển thị danh sách các kết quả truy vấn.

Có thể bổ sung các mođun hỗ trợ khác.
Giao diện Người sử dụng
Bộ trích chọn đặc trưng
Chỉ mục và môtơ tìm kiếm
Bộ quản lý truyền tin
Bộ quản lý lưu trữ

Bộ quản lý truyền tin
9/37
2.2 Lưu trữ dữ liệu trong MMDBMS
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Cơ sở dữ liệu đa phương tiện
Cơ sở dữ liệu đặc trưng
Trích chọn các đặc trưng
Trích chọn các đặc trưng Các đặc trưng đã được trích chọn
Truy vấn
Kết quả
Đo mức độ tương tự
Dữ liệu đa phương tiện
Xây dựng cơ sở dữ liệu
đa phương tiện
Dữ liệu truy vấn
10/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Kiến trúc hệ thống lưu trữ dữ liệu

Kiến trúc tự trị (autonomy)

Mỗi loại media (ảnh, âm thanh, văn bản và video) được nhóm riêng và được lưu trữ theo cách riêng.

Nhận xét

Tương tác giữa các loại media là phức tạp, đòi hỏi lập trình nhiều

Thích hợp cho sự kế thừa dữ liệu.
User
Multimedia Query Engine

Document Index Image Index Audio Index Video Index
Query
Answer
11/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Kiến trúc hệ thống lưu trữ dữ liệu

Kiến trúc đồng nhất (uniformity)

Hình thành cấu trúc dữ liệu trừu tượng với khả năng hỗ trợ chỉ mục phần chung cho toàn bộ các kiểu media.

Nhận xét

Dễ cài đặt, thuật toán chạy nhanh.

Tương tác thuận tiện giữa các loại media vì có cùng cấu trúc dữ liệu

Đòi hỏi trừu tượng hóa dữ liệu,
tốn kém thời gian
và mất hoặc thiếu thông tin.
Multimedia Query Engine
Unified Index
Query
User
Answer
Document Image Audio Video
12/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Kiến trúc hệ thống lưu trữ dữ liệu


Kiến trúc lai (hybrid)

Kết hợp 2 kiến trúc tự trị và kiến trúc đồng nhất.

Một số kiểu dữ liệu sử dụng chỉ mục của riêng nó, một số khác sử dụng theo kiến trúc uniformity.

Nhận xét:

Tận dụng được ưu điểm
và giảm thiểu nhược điểm
của 2 loại trên.
Unified Index
Document
Image Audio Video
Media Index
Multimedia Query Engine
Query
User
Answer
Media Index
13/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
3. Mô hình dữ liệu đa phương tiện

Mô hình dữ liệu?

Là mô hình trừu tượng đặc tả cách thức trình diễn và sử dụng dữ liệu trong hệ thống.

Xác định thông tin được tổ chức và lưu trữ như thế nào, hỗ trợ loại truy vấn nào.


Mô hình dữ liệu tốt?

Khả năng mở rộng để bổ sung kiểu dữ liệu mới

Khả năng trình diễn các kiểu đối tượng cơ sở và các đối tượng tổ hợp với các quan hệ về không gian, thời
gian phức tạp

Mềm dẻo để có thể đặc tả, truy vấn đối tượng với các mức trừu tượng khác nhau

Cho khả năng lưu trữ, tìm kiếm hiệu quả

Tuân thủ chuẩn quốc tế để trao đổi, phân tán dữ liệu.
14/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
3.1 Mô hình dữ liệu đa phương tiện

Vai trò của mô hình dữ liệu tổng quát là cung cấp khung làm việc (hoặc ngôn ngữ) để người sử
dụng có thể:

Biểu diễn thuộc tính dữ liệu được hệ thống lưu trữ và tìm kiếm

Cho khả năng định nghĩa, chèn, hủy, sửa đổi và tìm kiếm mục dữ liệu và các thuộc tính dữ liệu.

Với MMDBMS, mô hình dữ liệu còn bổ sung khả năng

Đặc tả, tính toán ở mức trừu tượng khác nhau trên dữ liệu đa phương tiện

Thu thập các tính chất tĩnh và động của các mục dữ liệu

Tĩnh: đối tượng hình thành đa phương tiện, thuộc tính, quan hệ của chúng


Động: Tương tác giữa các đối tượng, giữa đối tượng và người sử dụng.

Hỗ trợ các kiểu media cơ bản, có khả năng hình thành các đặc trưng bổ sung

Hỗ trợ trình diễn không gian đa chiều và thước đo khoảng cách
15/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Yêu cầu mô hình dữ liệu đa phương tiện

Mô hình dữ liệu đa phương tiện phải có khả năng mở rộng để bổ sung loại dữ liệu mới

Có khả năng trình diễn kiểu dữ liệu cơ sở và và các đối tượng phức hợp với các quan hệ thời
gian và không gian phức tạp

Mềm dẻo để các mục dữ liệu có thể được đặc tả, truy vấn và tìm kiếm ở các mức độ trừu tượng
khác nhau

Cho phép lưu trữ và tìm kiếm hiệu quả.
16/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Không gian
Thời gian Tổng hợp
Văn bản Âm thanh
Thô Nén
Đa mức xám Màu JPEG JPIG DPCM
Video
Tầng đối tượng
Tầng kiểu media
Tầng khuôn

mẫu media
Ảnh
Đồ họa
3.2 Mô hình dữ liệu MM tổng quát
17/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Mô hình dữ liệu đa phương tiện tổng quát

Tầng đối tượng

Đối tượng bao gồm một hay nhiều media Items với các quan hệ không gian và thời gian xác định.

Thí dụ: đối tượng là một trang slide bao gồm vài ảnh và audio kèm theo.

Nhiệm vụ: chỉ ra quan hệ không gian và thời gian giữa các media.

Tầng loại media

Bao gồm các loại media chung suy diễn từ lớp media trừu tượng

Đặc tả đặc trưng và thuộc tính các media

Thí dụ: kích thước, biểu đồ màu, các đối tượng chính nó chứa

Tầng khuôn mẫu media

Đặc tả khuôn mẫu, trong đó dữ liệu được lưu trữ.

Nhận xét


Chưa có chuẩn chung cho các tầng mô hình dữ liệu.

Các ứng dụng MMDBMS chủ yếu là đặc thù, chỉ tập trung vào hạn chế số đặc trưng và loại media.
18/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
3.3 Ví dụ mô hình video tổng quát
Episode
SceneScene Scene
Shot
Shot Shot Shot
Frame Frame
19/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
Mô hình video tổng quát

Bao gồm 4 tầng:

Frame là các video và ảnh độc lập.

Shot là tập các frames được ghi hình bằng camera trong một lần bấm máy.

Scene (sequence) là tập các shot có cùng ngữ nghĩa.

Episode là tập các scenes trong trình tự cụ thể. Là một đơn vị sản phẩm (thí dụ, chương trình bản tin TV).

Các thuộc tính được gắn vào từng tầng video

Episode: gán dữ liệu như tiêu đề, tác giả, ngày tháng tạo lập và các thông tin liên quan đến kiểu video như
chương trình tin tức.


Scene: chứa ngữ nghĩa chung chia sẻ giữa các shot của nó.

Shot: được đặc trưng bởi các khung hình đại diện và các dữ liệu như các đối tượng chính, ngày tháng và nơi
bấm máy.

Frame: chứa dữ liệu ảnh thô, thống kê ảnh như biểu đồ màu.
20/37
4. Thiết kế giao diện người sử dụng

Người sử dụng giao tiếp, tương tác với MMDBMS thông qua giao diện

UI xác định tính sử dụng được của hệ thống

UI hỗ trợ các công việc chính sau

Chèn các Items vào CSDL

Nhập câu truy vấn

Trình diễn kết quả truy vấn

Một UI tốt cần thỏa mãn các yêu cầu sau

Có công cụ để người sử dụng dễ dàng chèn các đối tượng dữ liệu vào CSDL

Có công cụ để người sử dụng nhập câu truy vấn một cách hiệu quả và thông báo cho hệ thống những thông
tin mà nó cần

Trình diễn hiệu quả kết quả truy vấn


Thân thiện với người sử dụng.
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế 21/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
4.1 UI hỗ trợ thu thập dữ liệu

CSDL truyền thống

Bản ghi có cấu trúc cố định với tổng số thuộc tính cố định

Chèn bản ghi vào CSDL bằng ngôn ngữ SQL.

MMDBMS

Mục dữ liệu trong CSDL có thể có kiểu bất kỳ hay tổ hợp nhiều kiểu media khác nhau.

Không có cấu trúc và thuộc tính cố định.

Do vậy, UI hỗ trợ user đặc tả kiểu đầu vào khác nhau, tổ hợp các đối tượng MM và chỉ ra kiểu thuộc tính sẽ
trích chọn và chỉ mục.

UI hỗ trợ Query by Example.

Việc xử lý và trích chọn đặc trưng đòi hỏi nhiều tính toán,

Thời gian trích chọn từ (vài giây)/(đối tượng) đến (vài giờ)/(đối tượng phức tạp) như phim.

Do vậy, UI phải có khả năng đặc tả các thao tác trên “nhóm đối tượng” để việc trích chọn đặc trưng được tự động hóa hoàn toàn.
22/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
4.2 UI hỗ trợ tìm kiếm và duyệt


Tìm kiếm theo hai cách

Tìm kiếm theo đặc tả đặc trưng

Cho phép user sử dụng các từ khóa, tham số để đặc tả đặc trưng hay thuộc tính về nhu cầu thông tin.

Tìm kiếm theo ví dụ

“An image is worth a thousand words”

UI cần có các công cụ đầu vào khác nhau như micro, camera

Duyệt

Khi không biết chính xác cái muốn tìm kiếm

Ba phương pháp khởi đầu duyệt

Từ truy vấn không rõ ràng sau đó user duyệt các items trong kết quả.

Thông tin trong CSDL được tổ chức theo vài tiêu chí nào đó (ngày tháng, chủ điểm) để user có thể duyệt theo các tiêu chí này.

Chọn ngẫu nhiên một số items từ CSDL để duyệt. Thực hiện lặp nếu chưa đáp ứng yêu cầu.

Biểu diễn Icon để duyệt hiệu quả
23/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
4.3 UI hỗ trợ làm mịn truy vấn


Làm mịn

Thực hiện trên cơ sở phản hồi thích hợp của kết
quả khởi đầu.

Thực tế:

Truy vấn thông tin đa phương tiện là tiến trình tổ
hợp của cả ba loại: tìm kiếm, duyệt và làm mịn.
24/37
dvduc-2005/14 Bài 3: Nhiệm vụ thiết kế
4.4 UI hỗ trợ trình diễn kết quả

Trình diễn mọi loại media và quản lý các quan hệ không gian và thời gian của chúng.

Đảm bảo trình diễn audio, video dài và ảnh lớn

Khả năng trình diễn thông tin chính để user duyệt và chọn.

Ảnh thumbnail hay biểu tượng phim là các công cụ đặc biệt quan trọng.

Thời gian đáp ứng hệ thống phải ngắn.

Thời gian đáp ứng được xác định bởi phân hệ truyền tin và tìm kiếm trong CSDL.

Một kỹ thuật để có cảm giác giảm thời gian đáp ứng là giải mã tăng dần (progressive) và hiển thị.

Hỗ trợ phản hồi liên quan và làm mịn truy vấn.
25/37