Створення Бази Даних Зображень

Подождите немного. Документ загружается.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій

кафедра автоматизованих систем управління

Розрахункова робота

з курсу: «Проблемно-орієнтовані обчислювальні комплекси та системи»

на тему:

«Створення бази даних зображень”

ЛЬВІВ 2010

Зміст

ВСТУП................................................................................................................3

ОСНОВНА ЧАСТИНА.....................................................................................4

ПОНЯТТЯ БАЗИ ДАНИХ ТА СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ БАЗОЮ ДАНИХ.....................4

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ЩОДО ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТТЯ БД....................................4

ОСНОВНА ТЕРМІНОЛОГІЯ ЗГІДНО ДЕРЖАВНОГО СТАНДАРТУ УКРАЇНИ............4

ПРЕДСТАВЛЕННЯ ЗОБРАЖЕНЬ........................................................................5

Типи зображень:..........................................................................................5

Прилади, що створюють цифрові зображення.......................................5

Основні параметри зображень..................................................................6

Напівтонові зображення.........................................................................6

Цифрова передача напівтонів:...............................................................6

Кольорові зображення................................................................................6

Моделі природного кольору.....................................................................6

Формати зображень...................................................................................7

ОПТИМАЛЬНІ МОДЕЛІ ДАНИХ В БД................................................................7

Ієрархічна модель........................................................................................8

СІТЬОВА МОДЕЛЬ...............................................................................................8

Реляційна модель.........................................................................................9

КОНЦЕПЦІЯ РОЗПОДІЛЕНИХ БД........................................................................9

Зосередженні (або централізовані) розподілені бази даних.................10

Розосереджені (або децентралізовані) розподілені бази даних...........11

ВИМОГИ ДО ОПТИМАЛЬНИХ МОДЕЛЕЙ БАЗ ДАНИХ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКА.

.............................................................................................................................12

ОРГАНІЗАЦІЯ БАЗИ ДАНИХ ЗОБРАЖЕНЬ........................................................13

Стандартні індекси..................................................................................14

Хеш-індекси................................................................................................15

Індекси нав основі В+-дерев.....................................................................16

Просторова індексація.............................................................................18

СТРУКТУРИ БАЗ ДАНИХ ДЛЯ ЗОБРАЖЕНЬ.....................................................20

РЕЛЯЦІЙНЕ ПРЕДСТАВЛЕННЯ:.....................................................20

ПРОСТОРОВЕ ПРЕДСТАВЛЕННЯ:...................................................20

ЗАГАЛЬНІ ЗАУВАЖЕННЯ:..................................................................20

ОРІЄНТОВНА АРХІТЕКТУРА БАЗИ ДАНИХ ДЛЯ ЗОБРАЖЕНЬ.......21

ВИСНОВОК.....................................................................................................22

Література......................................................................................................23

Вступ

Сучасний розвиток суспільства характеризується стрімким розвитком, що

веде за собою скупченням великої кількості інформації в тому числі і

графічної. Працювати із зображеннями на сьогодні приходиться багатьом

великим фірмам, а тому постає проблема максимально оптимізованого

збереження такого роду даних, для подальшого використання. Врахувати всі

функціональні особливості бази даних, що зберігатиме зображення, довести

її до найоптимальнішої структури з погляду побудови самого сховища даних,

а також створити ефективні, швидкі механізмів пошуку необхідної

інформації у великому сховищі, архіві, чи базі даних – це основні проблеми,

які потрібно вирішувати сьогодні.

Фахівці давно вже говорять про кризу традиційних моделей даних, до

яких зараз можна віднести не тільки реляційну, але й об’єктно-орієнтовану

модель. При цьому відзначається, що серйозні обмеження на реляційну

модель накладає лежача в її основі примітивна структура даних. Така

структура неефективна для реалізації сучасних інформаційних систем, що

працюють з різнорідними даними і динамічно змінюються структурами

даних. До інших серйозних обмежень реляційних баз даних відносять їх

досить слабкі можливості по частині представлення семантики додатків, а

також недостатній зв'язок між концептуальним і фізичним рівнями

представлення даних, що приводить до "стрибків" між фазами розробки

програмного забезпечення.

Відбувається пошук оптимальних моделей баз даних та найефективніших

методів їх створення.

Основна частина

Поняття бази даних та системи управління базою даних

Будь-яке підприємство завжди має велику кількість даних, пов’язаних з його

діяльністю. Тут “підприємство” - загальний термін для будь-якої наукової, комерційної,

технічної або іншої організації, наприклад, промислове підприємство, банк, лікарня,

університет. Серед постійних даних підприємств звичайно зустрічаються такі, як : дані

про продукцію, про рахунки, про студентів, дані планування. Існує просте визначення БД

як великого за обсягом сховища, в якому підприємство розміщує усі дані, що воно

використовує і з якого різні користувачі можуть їх отримувати, використовуючи різні

застосування. Така БД - ідеальній варіант, якого важко досягти на практиці. Тому частіше

від усього під БД розуміють будь-який набір взаємопов’язаних даних, що зберігаються в

комп’ютері.

Огляд літератури щодо визначення поняття БД.

“Базу даних можна визначити як сукупність взаємозв’язаних даних, що зберігаються

разом при наявності такого мінімального надлишку, який допускає їх використання

оптимальним чином для одного чи декількох застосувань; дані запам’ятовуються так,

щоб вони були незалежні від програм, що використовують ці дані; для включення нових чи

модифікації існуючих даних, а також для пошуку даних в БД використовується єдиний

засіб. Дані структуровані таким чином, щоб була забезпечена можливість подальшого

нарощування застосувань. Кажуть, що система вміщує сукупність баз даних, якщо ці

бази даних структуровані повністю самостійно.” (Джеймс Мартін)

“База даних - деякий набір постійних даних, що зберігаються та використовуються

прикладними системами деякого підприємства.”(К. Дейт)

“База даних являє собою динамічну інформаційну модель об’єкту керування, що

складається зі спеціально організованих та логічно пов’язаних інформаційних елементів.

Програмно-логічний апарат, що організує систему збереження даних та включає засоби

занесення, поновлення та доступу до даних, називається системою керування базами

даних.” (В.С. Михайлов)

Основна термінологія згідно Державного Стандарту України

Основна термінологія та відповідні визначення щодо систем обробки інформації та баз

даних зведені в державному стандарті ДСТУ ISO/IEC 2382-17:2005. Інформаційні

технології. Словник термінів. Частина 17 . Бази даних [Л-1].

Отже:

Дані - це інформація, подана в формалізованому вигляді, придатному для передачі,

інтерпретації чи обробки за участю людини або автоматичними засобами.

Інформація - будь-які знання о предметах, фактах, поняттях і т. і. в предметному

середовищі, якими обмінюються користувачі системи обробки даних.

Організація даних - зображення і керування даними у відповідності з визначеними

відношеннями.

Керування даними - процес, що забезпечує подання, накопичення, зберігання,

використовування даних, а також маніпулювання ними.

Подання даних - сукупність правил кодування даних та створення конструкцій даних

в системі обробки даних.

Банк даних - сукупність БД, СКБД та комплексу організаційних та технічних засобів.

Банк даних забезпечує централізоване збереження та колективне використання даних.

База даних - сукупність взаємопов’язаних даних, що організовані у відповідністю зі

схемою БД таким чином, щоб з ними міг працювати користувач.

Представлення зображень

• Оцифрованное (дискретне) подання польових просторових даних

• Цифрові (або растрові) зображення

• m 'n матриця пікселів

• За k біт на кожен піксел - 2k можливих значень

!!Типи зображень:

• Чорно-білі зображення (чорний = 0; білий = 1; наприклад, телефакс)

• Напівтонові зображення (зазвичай k = 8, що дає 256 рівнів сірого)

•Кольорові зображення (різні уявлення)

Електромагнітні джерела зображень:

• Видимий світ (фотографії)

• Інфрачервоний діапазон (наприклад, зображення із супутників)

• Рентгенівське випромінювання (рентгенологічні (радіологічні) та інші медичні

зображення)

!!Прилади, що створюють цифрові зображення:

• Сканер

• Цифрова камера

• Електронний мікроскоп

!!Основні параметри зображень:

• здатність (частота дискретизації, кількість пікселів на дюйм)

• точність (число біт на піксель)

Напівтонові зображення

• Як правило 8 біт на піксел, що дає 256 відтінків сірого

• Передача півтонів (halftoning) - імітація рівнів сірого чорним і білим

\\\\\Стандартна технологія друку: круглі точки різних розмірів з рівновіддаленими

центрами

%%%%%Цифрова передача напівтонів:

-За допомогою шаблонів: кожен піксел замінюється чорно-білим

шаблоном («шрифтом») з певною пропорцією чорного

- Розмивання (dithering): створення додаткових квітів у зображеннях з

обмеженою колірною палітрою; налаштування значень сусідніх пікселів

для створення потрібних відтінків сірого

Кольорові зображення

Моделі природного кольору (true color):

• Три компоненти (каналу) на піксел (плюс можливо 4-ий канал - альфа-канал (a-

channel) = інформація про прозорість)

• RGB: Red (червоний), Green (зелений), Blue (блакитний); звичайно 3 x 8 = 24 біта на

піксель

• CMY: Cyan (блакитний), Magenta (пурпурний), Yellow (жовтий); CMYK

використовується в кольорового друку, де K (key) – чорний

• HSI: Hue (колір), Saturation (насиченість), Intensity (інтенсивність); використовується

при обробці зображень

• YUV: колір задається однієї яркостной компонентою Y і двома колірними

компонентами U і V; використовується при стисненні зображень; використовується у

форматі JPEG, телевізійному стандарті PAL

- Інформація про яскравість відокремлена від інформації про колір

- Більша частина інформації укладена в Y-компоненті

- Ефективна для стиснення зображень (JPEG)

\\Зображення з колірною таблицею:

• Інформація про колір зберігається в окремій таблиці

• Палітра з, наприклад, 256 кольорів

• Відображення таблиці в RGB-значення

• Зменшення розміру; достатньо для багатьох програм

Формати зображень

Існують десятки форматів [8] для різних додатків і середовищ, серед них:

• BMP: Windows Bitmap - растрове зображення Windows

• GIF: Graphics Interchange Format; включає стиск (без втрат), для обміну графічними

зображеннями

• JBIG: Joint Bi-level Image Experts Group; формат обміну графічною інформацією

• JPEG: Joint Photographic Experts Group; стиснення (з втратами) фотографічних

зображень

• PBM: Portable Bitmap Format; формат для чорно-білих зображень; 1 біт на піксел

• PGM: Portable Greymap Format; для напівтонової графіки; 8 біт на піксел

• PNG: Portable Network Graphics; заміна GIF; стиснення без втрат

• PPM: Portable Pixmap Format; для кольорових зображень; 24 біта на піксель

• TIFF: Tagged Image File Format; для зберігання зображень; гнучкий і

астроюється формат; безліч опцій

Оптимальні моделі даних в БД

До недавнього часу при організації обробки економічної інформації на ЕОМ

застосовувався підхід, при якому на основі інформації одного і того ж об'єкту

управління (наприклад, матеріальних ресурсів) в залежності від його вигляду

(нормативна. розцінкова тощо) і ступеню постійності формувались масиви лінійної

структури двох типів: умовно-постійні (з інформацією, яка використовувалась багато

разів протягом довгого часу) і умовно-перемінні з фактичною або поточною

інформацією). Створення і багаторазове використання масивів з умовно-постійною

інформацією має ті переваги, які дозволяють значно спростити первинну документацію

шляхом виведення з її складу ряд постійних реквізитів. знизити трудомісткість робіт на

стадії заповнення первинних документів, підготовки і вроду фактичної або поточної

інформації до ЕОМ. Недоліком таких масивів, які мають лінійну структуру, є то що

інформація одного і того я об'єкту управління розосереджується поміж багатьох різних

масивів (нормативних, планових та ін.), що неминуче веде до дублювання деяких

реквізитів, ускладненню при спільній їх обробці тощо, а головне - не дає змоги

реалізувати принцип незалежності від прикладних програм користувача. Лінійні масиви

зформовані традиційним способом, ефективні, як правило, а позиції одного

застосування.

3 розвитком інформаційного забезпечення систем автоматизованої обробки

інформації, прагненням забезпечити виконання нових режимів обробки даних у

реальному часі і з мультидоступом до схованих даних позначилась нова тенденція до

складення інформаційного забезпечення розподілених баз даних. В умовах використання

таких баз створюються комплексні масиви нелінійної структури, які мають усі дані про

ту чи іншу предметну область або про керований об'єкт як постійного, так і перемінного

характеру [Л-2,3].

Взагалі база даних є сукупність даних на машинних носіях, які використовуються

при функціонуванні системи обробки інформації, організовані по визначеним правилам,

які передбачають загальні принципи описування збереження і маніпулювання ними, а

також які незалежні від прикладних програм. В основі організації бази даних є модель

даних, яка визначає правила, у відповідності з якими структуруються дані. За

допомогою моделі представляється велика кількість даних і описуються взаємно зв’язки

між ними. Найбільш поширені такі моделі даних: ієрархічна, сітьова, реляційна.

Ієрархічна модель

В ієрархічній моделі зв'язок даних "один до одного" (1:1) означає, що кожному

значенню (екземпляру) елемента даних А відповідає одне і тільки одне значення,

пов'язаного з ним елемента В. Наприклад, поміж такими елементами пар даних, як код

готової продукції і її найменуванням є вищезазначений зв'язок, так як тільки кожному

коду продукції відповідає одне її найменування.

Зазначимо, що ієрархічна модель даних будується на основі принципу

підпорядкованості поміж елементами даних і представляє собою деревоподібну

структуру, яка складається із вузлів (сегментів) і дуг (гілок). Дерево у ієрархічній

структурі упорядковане за існуючими правилами розташування його сегментів і гілок:

на верхньому рівні знаходиться один, кореневий (вихідний) сегмент, сегмент другого

рівня, породжений, залежить від першого, вихідного; доступ до кожного породженого

(крім кореневого) здійснюється через його вихідний сегмент; кожний сегмент може мати

по декілька екземплярів конкретних значень елементів даних, а кожний елемент

породженого сегменту пов’язаний з екземпляром вихідного і створює один логічний

запис; екземпляр породженого сегменту не може існувати самостійно, тобто без

кореневого сегменту; при вилученні екземпляру кореневого сегмента також

вилучаються усі підпорядковані і взаємопов'язані з ним екземпляри породжених

сегментів.

Сітьова модель

В сітьовій моделі зв'язок "один до багатьох" (1:В) означає, що значенню елемента А

відповідають багато (більше одного) значень, пов'язанню з ним елементів В. Наприклад,

поміж елементами даних "код виробу" (елемент А) і "кодом матеріалів" (елементи В)

існує такий взаємозв'язок бо на виготовлення одного виробу використовується багато

різних матеріалів.

Сітьова модель даних представляє собою орієнтований граф з поіменованими

вершинами і дугами. Вершини графа - записи, які представляють собою по іменовану

сукупність логічних взаємозв'язаних елементів даних або агрегатів даних. Під агрегатом

даних розуміють пошановану сукупність елементів даних, які є усередині запису. Для

кожного типу записів може бути кілька екземплярів конкретних значень його

інформаційних елементів Два записи, взаємозв'язані дугою, створюють набір даних.

Запис, з якого виходить дуга, називається власником набору, а запис, до якого вона

направлена, - членом набору.

Реляційна модель

В реляційній моделі зв'язок "багатьох до багатьох" (В:В) указує на те, що декільком

значенням елементів даних А відповідає декілька значені елементів даних В. Наприклад,

поміж елементами даних "код операції технологічного процесу" і "табельний номер

працівника" існує зазначені взаємозв'язок, так як багато операцій технологічного

процесу можуть виконувати різні працівники (табельні номери) і навпаки.

Реляційна модель даних являє собою набір двомірних плоских таблиць, що

складаються з рядків і стовпців. Первинний документ або лінійний масив являє собою

плоску двомірну таблицю. Така таблиця називається відношенням, кожний стовбець -

атрибутом,сукупність значень одного типу (стовпця) – доменом,а рядка –

кортежем.Таким чином,стовпці таблиці являються традиційними елементами даних,а

рядки –записами. Таблиці (відношення) мають імена.Імена також присвоюються і

стовпцям таблиці.Кожний кортеж (запис) відношення має ключ. Ключі є прості і

складні. Простий ключ - це ключ, який складається з одного атомарного атрибуту,

значення якого унікальне (яке не повторюються). Складний ключ складається з двох і

більше атрибутів.Для зв’язків відношень друг з другом в базі даних є зовнішні ключі.

Атрибут або комбінація атрибута відношення є зовнішнім ключем, якщо він не є

основним (первинним) ключем цього відношення, але являється первинним ключем для

другого відношення.

Концепція розподілених БД

Різновидністю баз даних, з точки зору їх зберігання і використання,є розподіленні

бази даних. Ці бази даних широко використовуються при організації комплексів

взаємопов’язаних АРМ фахівців, на яких застосовуються ПЕОМ.

В інформаційно-обчислювальних системах, які використовують ПЕОМ, необхідність

переходу від традиційних баз даних до розподілених диктується прагнення вирішити

суперечку між перевагою розподільного зберігання і ведення баз даних і потребою їх

інтегрованого використання як цілого.

Розподілена база даних-це сукупність логічно зв’язаних баз даних або частин однієї

бази, які розпаралелені поміж декількома територіально – розподіленими ПЕОМ і

забезпечені відповідними можливостями для управління цими базами або їх частинами.

Тобто, розподілена база даних реалізується на різних просторово розосереджених

обчислювальних засобах, разом з організаційними, технічними і програмними засобами

її створення і ведення.

До основних переваг розподіленої базі даних можна віднести таке: підвищення

продуктивності систем за рахунок розпаралелення процесів обробки даних; підвищення

ефективності управління даними і поліпшення експлуатаційних характеристик систем

управління даними, поліпшення збалансованості навантаження і синхронізації процесів

оброки даних; підвищення надійності і живучості системи; поліпшення гнучкості,

нарощуваності і модифікованості баз даних; скорочення вартості організації і затрат на

експлуатацію баз даних; збільшення обсягу збережених і доступних для обробки даних;

зменшення обсягів даних, які пересилаються.

Використовувати розподілені бази даних ефективно і доцільно в предметних

областях, які характеризуються: занадто великими обсягами даних, які зберігаються і

обробляються; фізичною розосередженістю місць збирання, зберігання і використання

даних; наявністю розвинутих засобів обчислювальної техніки і мереж передачі даних;

можливістю обробки більшої частини інформації в місцях, де вона виникає або

зберігається; необхідністю одночасного виконання масової обробки інформації тощо. Ці

особливості властиві промисловим підприємству і для його предметних областей.

Предметна область - це уявлення вивчаємої частини реального світу у вигляді об’єктів

(сутностей і категорій), відношень (зв’язків і властивостей) і операцій (змін відношень).

За засобом розміщення розподілені бази даних ділять на зосередженні і

розосередженні.