试论GIS中多媒体信息存储和管理方式的研究

论文摘要:多媒体信息可以使GIS能更加直观和形象地表达地理信息，增强GIS的表现力。在GIS中充分发挥多媒体信息的优势，需要建立一种有效的多媒体信息存储和管理方法。为此，对文件系统、多媒体属性库、多媒体数据库等常见的多媒体信息存储管理方式进行了对比研究，分析了不同方法的优缺点，为GIS系统中存储和管理多媒体信息提供参考。0引言当今，地理信息系统(GisS)技术已经广泛运用到军事、旅游、国土、水利、电力、环保、交通、农业、林业、石油、航空、应急服务等各个行业，成为推动社会发展的重要因素。数据是GIS的核心部分，GIs都是围绕数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。GIS的数据来源非常广泛，如制图数据、工程测量、GPS数据、调查统计数据、遥感数据等。随着技术的不断发展，数据已从以前单纯的文字、数字扩展到图像、视频等多种类型的数据，地理信息系统的数据也变得非常广泛，例如:实物照片、视频音频资料、航空照片、遥感图像等”’各种多媒体数据。这些多媒体数据使GIS能更加直观和形象地表达地理信息，增强了地理信息系统的表现力，使得GIS的表现形式更丰富、灵活、友好，用户更容易理解。而如何将众多复杂的多媒体数据按照GIS的要求组织起来并加以管理，是一个迫切需要解决的问题。1多媒体信息1.1多媒体数据类型多媒体数据的类型主要包括文本、图形图像、声音、动画、视频等121。多媒体信息对描述现实世界有着重要的作用，它能表达诸如情感、思维、想象等抽象概念，可以把抽象的、难以理解的内容形象化，变得生动有趣。GIS中的多媒体信息能够生动形象地表现地理空间对象，使用者不需要专业方面的知识就可以很容易获得GIS所表达的信息，这使GIS的应用范围得以大大扩展。例如在旅游地理信息系统中，在旅游景点介绍中加入图片、视频等多媒体信息，游客不仅可以获得旅游景点的地理空间信息，而且可以浏览到该景点的图片、视频、音频等信息，得到一种身临其境的感觉。1.2GIS中多媒体信息的特点(1)数据类型多多媒体信息内容涉及面广，类型多样。多媒体数据包括图形、图像、声音、文本和动画等。即使同属于图像一类的数据，也还有黑白、彩色、高低分辨率之分。多媒体信息与图形和属性数据相比，更难组织和管理。(2)操作复亲图片、声音和视频文件的编辑、修改、检索等操作均比文本文件困难。如果将多媒体数据存储在数据库中，需要定义特殊的数据类型。多媒体信息的读写操作相对复杂。(3)数据量大多媒体文件的信息量大，数据量也大，特别是视频文件，一般都几十兆、几百兆。图像、声频和视频对象一般需要大的存储容量。(4)数据流的连续记录和检索多媒体数据，无论是声音数据还是视频数据，都要求连续记录〔存储)和播放(检索)，否则将导致严重失真，大大影响效果。2GIS中多媒体信息的存储管理方式2.1文件存储管理方式文件存储管理方式是将多媒体信息以文件的形式存储，存放到指定的文件夹中，并通过文件系统来管理。在这种管理方式中，每个空间对象都有惟一标识号，通过标识号实现空间对象与属性数据的关联。在属性表添加相应字段存储多媒体信息，就可将空间对象与多媒体信息联系起来，以支持空间对象和多媒体属性数据的链接。当前主流的GIS应用平台，如ArcView3.x,ArcMap,MapInfo,MapGIS等支持的热连接(HotLink)功能就是采用了这种存储结构，即多媒体文件超链接。当需要浏览多媒体信息时，应用程序只需要读取对应的多媒体文件的路径，按照存储路径找到多媒体文件，然后使用内置功能或者外挂程序即可。由于多媒体信息包括多种与常规数据类型很不相同的数据类型，因此要求文件系统能够支持多种文件组织、支持多种记录形式以及能够扩展更长的文件长度和记录长度。文件存储管理方式的优点是比较灵活、操作方便简单、易于实现，特别适合于管理单一和数量不大的多媒体信息，只需在数据库的对应记录中增加一个属性来存储多媒体文件的存储路径即可;并且应用程序代码的编写也较为容易。缺点是多媒体数据不便于管理，系统不便于移植。如果多媒体文件的存储位置发生了变化，就需要修改对应记录中存储路径字段的值，否则可能导致应用程序出错。当多媒体数据文件的数量和种类相当多时，则会极大地降低文件系统的效率，GIS系统的响应速度会非常慢。2.2多媒体属性库存储管理方式多媒体属性库存储管理方式将多媒体信息存储到媒体服务器进行管理。媒体服务器是一个类似网络文件服务器的共享存储设施，具有传送多媒体数据的附加性能。应用程序发送一个接收多媒体数据文件的请求，媒体服务器会打开多媒体数据文件，以同样方式传送多媒体内容。多媒体信息存储在指定的媒体服务器上。将多媒体数据的资源号(可以理解为IP地址)作为空间对象的属性，存储在空间数据集的属性列上，这样可以达到将空间数据和多媒体属性数据链接的目的。当需要浏览多媒体信息时，应用程序只需要在空间对象的属性字段上提取其对应的多媒体文件资源号，按照资源号到媒体库中打开对应的多媒体文件，从而实现多媒体信息的浏览。文件的网络传输要用到媒体流服务。Windows媒体流服务器采用流媒体服务的方式来传输数据。通常格式的文件必须完全下载到本地硬盘后，才能够正常打开和运行，而流媒体格式文件只需先下载一部分在本地，然后可以一边下载一边播放。流传输的方式避免了用户必须等待整个文件全部从Internet上下载才能观看的缺点，即实现了实时传输和实时播放。实现流传输有两种方式:实时流传输和顺序流传输。一般来说，使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP(RealTimeStreamingProtocol)的实时协议，即为实时流式传输;使用HTTP服务器，文件即通过顺序流传输。多媒体属性库存储管理方式利用了传统文件系统自身的特性，系统开发比较简单。多媒体文件存储在媒体服务器上，通过流媒体服务实现网络传输，有利于系统的移植，也利于GIS空间信息、多媒体属性信息的分开应用。当然，媒体流服务的搭建比较繁琐，具有一定的难度。2.3多媒体数据库存储管理方式多媒体数据库存储管理方式将多媒体数据集成到数据库系统中进行管理。多媒体信息数据以二进制的方式存放到数据库中，通过目标关键字与空间对象关联。目前主流的GIS应用平台也支持相应的解决方案，如SuperMap的SDX+引擎、ArcGIS的SDE引擎，都是基于关系型数据库(如Oracle,SQLServer)存储空间数据的，可以在其建立的GIS专题属性表中直接建立用来存放多媒体信息的字段(如Oracle中用BLOB类型的字段，SQLServer的Image类型的字段)，然后将多媒体信息流化存储到该类型字段中。用户播放时，首先将数据从数据库中读出，然后写入文件，再提交其他控件或者第三方API播放。多媒体数据库存储管理方式将多媒体数据和空间数据统一存储，管理较容易。数据库把多媒体数据作为它的一个属性来存储，可以存储数据量很大的多媒体信息。由于这种方式是将多媒体信息流化存储，应用程序的设计和代码编写较为复杂，读写操作相对繁琐，同时不便于空间数据和多媒体数据分开应用的实现。当多媒体信息数据量很大的时候，应用程序从数据库中读取数据需要花很长时间。3应用实例多媒体信息存储和管理的三种方式各有特点:第一种实现简单，但不便于管理;第二种应用灵活，但媒体流服务的搭建繁琐;第三种便于管理，容易实现。在实际应用中要根据情况选择合适的存储和管理方式。笔者选用了第三种方案，基于GIS二次开发组件和C#编程语言，设计并实现了一个多媒体GIS应用系统。该系统采用C/S模式架构，后台应用SuperMap的SDX十创建空间数据库，用SQLServer2000数据库存储并管理多媒体数据(图1)，多媒体数据和空间数据采用分离组织方法进行存储。其连接的实现方法是将大量的属性数据和多媒体数据存入数据库中，空间数据和这些数据之间通过惟一标识码来连接。数据库中图片和视频、音频等都设为image数据类型，多媒体信息以二进制流的形式存储到数据库中。多媒体数据的存储基本思路是，将图片、音频等转化为二进制字节数组，然后将二进制字节数组存放到数据库实现存储过程。多媒体数据的读取和存储操作相反，用户点击对应景点后，系统通过惟一标识码到多媒体数据库中查询到对应记录，然后将二进制字节数组读取出来，转换成多媒体文件，从而实现多媒体信息显示。图2所示为本系统的信息播放视图。当多媒体信息量较多时，系统从数据库中读取多媒体信息所花费的时间较长，用户需等待多媒体信息读取完成后才能浏览。要解决此问题，可以分段读取数据，读取一部分数据就开始加载显示，在用户浏览的同时系统从数据库中读取剩余部分数据并加载，从而实现多媒体信息的高效检索和连续播放，提高GIS系统的效率。4结束语多媒体信息与地理信息系统的结合，为GIS提供了一个更加形象的表现方式，使得GIS能够更直观、更清晰地表现地理信息及其相关信息。如何解决多媒体信息在GIS中的存储和管理是GIS研究的一个热门的问题。本文探讨了GIS中多媒体信息的存储管理的三种方式，并对每种方式的实现方法、优缺点进行了阐述，希望能对GIS中集成多媒体信息提供一些借鉴。随着理论研究的完善和技术的不断发展，将多媒体信息集成到GIS中的技术必将得到广泛的应用。