[科普中国]-视频数据库

背景

人类接受的外界信息约80%来自视觉，现实世界的事物映射到人的视网膜，形成了人类重要的信息交流方式。视觉信息可分为静态图像和动态视频两类。静态图像含有比传统的文字和数值丰富的空间信息，动态视频是随时间变化的图像流，由于引入了时间维度，它一方面有直观、生动、真实、高效表达现实世界的特点，另一方面动态视频中含有更为丰富的其他媒体所无法表达的信息和内容。但由于视频信息的信息量巨大，结构复杂，对其进行有效的管理及实现方便的检索存在很大的困难。

以管理文字及数值信息为主要目的的传统数据库技术已获得很大的发展，已形成完整的理论体系及成熟的技术，视频作为一种时、空两维的数据引入数据库，对传统的数据库技术提出了挑战。视频数据库系统涉及模式识别、计算机视觉、人工智能、认知科学及数据库理论等多个学科，它与这些学科有紧密的关系，但又不同于这些学科。视频数据库系统是一种信息检索技术，其核心是对庞大的视频数据流进行基于内容的检索，它在数字图书馆、远程教学、电子商务等领域有广阔的应用前景，视频数据库将成为信息处理领域重要的研究方向。2

结构视频数据库的分层虽然没有统一的形式，但可粗略地把视频数据库归为以下所描述的层次结构。

视频数据库的第一层称为媒体支持层，此层主要对视频原始信息进行分段及识别等操作。分段是指把视频数据流划分为有意义的单元，并通过识别抽取对视频的描述信息。

第二层称为数据模型层，此层主要完成视频数据的逻辑存储向物理存储的映射，此层中的视频数据的逻辑内容定义、相互关联及特征与数据关系均由数据模型所确定。此层实际上也是数据库的概念模型的体现。

第三层为视频用户接口层，此层完成用户对视频信息的查询描述和查询结果的表现。3

分类以视频信息内容为管理对象建立的数据库，可称为基于文本检索的视频数据库；以视频声视内容为管理对象建立的数据库，可称为基于内容检索的视频数据库。两类数据库的构建目的都是为了管理视频数据，但二者在原理及应用范围上却有很大区别。

(一)基于文本检索的视频数据库

其原理是，预先对视频数据及相关资源进行人工分析，从中抽取反映该视频数据的物理特性(时间长度、文件格式和文件大小等)和信息内容特性(责任者、代表视频数据内容的分类名、关键词等)的文本信息，建立数据库，并通过数据库中的关键字段与视频数据建立链接，从而将对视频数据的检索转变成对文本信息的检索。用户使用关键词或自由词进行检索，数据库自动进行文本匹配，输出符合条件的检索结果。用户通过检索结果中关键字段与视频数据的链接，在线打开视频文件或将视频文件下载到本地存储器。

(二)基于内容检索的视频数据库

为了克服基于文本检索的视频数据库的不足，人们提出了基于内容的视频信息检索构想。其基本原理是根据视频对象的声视内容及前后片段的联系，在大规模视频数据库中进行检索。研究目标是提供在没有人工参与的情况下，自动识别或理解图像重要特征的算法。目前，基于内容的视频信息检索的主要研究工作集中在识别和描述图像的颜色、纹理、形状、空间关系，以及视频分割、关键帧提取、场景变换探测、故事情节重构等方面。基于内容的视频检索已成为图像图形科学中一门涉及面很广的交叉分支学科，需要以图像处理、模式识别、计算机视觉、图像理解等领域的知识作为基础，从认知科学、人工智能、数据库管理系统、人机交互、信息检索等领域引入新的媒体数据表达方式和数据模型，从而设计出可靠、有效的检索算法、系统结构以及友好的人机界面。1

应用1．视频数据库应用于数字图书馆

数字图书馆不是简单的数字化收藏加上信息处理、传播和发布工具，而是支持面向对象的分布式查询的资源库，并且通常支持基于知识内容的检索，具有人性化的人机界面。即在数字图书馆中，信息将以多媒体形式表达，读者将从文本、图形、图像、声音、视频等多种媒体所表达的信息中获取知识，视频数据库是多媒体数据库研究的继承和深入，其中视频信息由于其动态、直观的特点将为读者提供更大的信息量，所以，未来的图书馆是一个数字视频图书馆，视频数据库是数字图书馆不可分割的一部分。

2．视频数据库应用于教育方面

教育领域，可以对选定的教学内容建立视频数据库，教师可查询及检索视频数据库中的视频片段，并按学生的需求动态地组织课程，学生也可通过视频数据库系统进行自学。用视频数据库进行教育可以创造一种全开放的教育模式，把世界各地有用的信息呈现在用户面前，并供交互使用。

3．视频数据库应用于工业

企业多媒体信息管理系统是视频数据库的一个新的应用领域。在企业的多媒体信息管理系统中可包括制造过程视频数据库，由数据库可获取产品制造过程信息，对制造过程中发生的问题进行诊断。企业可利用视频数据为位于世界不同地点的分支机构方便地传播战略方针及产品信息，并可进行员工教育及再培训。

4．视频数据库应用于医疗保健

视频数据库技术可为医学系统带来一场革命。视频数据库系统可运用多媒体医学信息系统管理病人的病历、医学记录、病人的图像信息及病人手术过程的视频信息，借助视频技术可帮助医院之间及医学专家之间进行异地合作，即可实现远程医疗，远程外科手术和远程诊断。

视频数据库在公安、广播通信、商业、娱乐等方面都有着重要的应用，如面部及指纹数据库、犯罪现场视频数据库、保安监视数据库、视频会议、在线购物、股票视频数据库、视频点播等。2