王 輝，李晉光

（1.西安工業(yè)大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032；2.陜西汽車集團有限責任公司 陜西 西安 710200）

為了能夠更好地錄入、查詢、發(fā)布更新和管理德龍、奧龍、德御各種不同系列車型及其所包含配件的詳細數(shù)據(jù)信息和圖像信息，滿足當前和未來汽車配件信息持續(xù)增加的需求，設計開發(fā)和實現(xiàn)基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)。圖像數(shù)據(jù)庫技術一直致力于解決海量數(shù)字圖像的有效存儲和管理問題，是數(shù)據(jù)庫技術的繼承和發(fā)展[1]。本文就是以關系數(shù)據(jù)庫理論為基礎，采用擴充的關系數(shù)據(jù)庫模式并引入圖像數(shù)據(jù)庫的概念，使用多個小的圖像數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)索引表，除了傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫的查詢功能外還具有對圖像的操作、查詢和相似檢索功能，解決了圖像數(shù)據(jù)的錄入檢索以及圖像熱點操作問題，既保證系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的完整性，也滿足了系統(tǒng)的速度和效率，是進行圖像數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中處理與使用的有效方法。

基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)以Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為基礎并結(jié)合PowerBuilder開發(fā)工具，實現(xiàn)對德龍、奧龍、德御等不同車型所包含配件的數(shù)據(jù)管理及圖像處理，系統(tǒng)特點如下：

1）安全性：系統(tǒng)設置不同的權(quán)限，不同級別的用戶權(quán)限不同，防止未經(jīng)允許的用戶訪問系統(tǒng)，保證系統(tǒng)具有較高的安全性[2]；

2）穩(wěn)定性：為了確保系統(tǒng)能長期穩(wěn)定運行，系統(tǒng)能隨時進行數(shù)據(jù)備份，保證數(shù)據(jù)的完整，確保管理系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行；

3）可擴展性：系統(tǒng)具有語言設置功能，開發(fā)初期制作出不同系列車型的汽車零配件中英文對照系統(tǒng)、并預留多種語言接口，使用戶能夠方便快捷地查詢各種零配件的不同語言的名稱，具有良好的擴展性。

1 系統(tǒng)功能

根據(jù)基本業(yè)務流程，基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照系列車型、零部件的關系逐步細化，定義出不同車型下的零件和車型之間的從屬關系，錄入不同系列車型的概要信息以及所包含零部件的圖號、圖像、零件號、價格等明細數(shù)據(jù)，總結(jié)成對應零配件圖像信息和熱點位置，供用戶查詢。系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)具有樹狀查詢功能，用戶可根據(jù)系列車型、零件的樹狀結(jié)構(gòu)關系，分類查詢出相關零件類型，按零部件名稱、圖號、名稱拼音碼等數(shù)據(jù)自由組合查詢出相關零件的詳細數(shù)據(jù)信息和圖像信息。為了能夠直觀地看出零件信息，系統(tǒng)具有圖像查詢及熱點操作功能，通過點擊零部件圖中的熱點位置，可直觀、快速地顯示零件詳細信息以及應用車型信息，使查詢工作更為高效，因此如何錄入、查詢圖像以及圖像的熱點處理是本文論述的一個關鍵問題。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.1 Diagram of system function module

2 設計與研究

在利用Oracle進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)過程中，對于海量圖像數(shù)據(jù)的管理可采用圖像文件庫結(jié)構(gòu)，即表+實體的方法。圖像數(shù)據(jù)以文件形式存放于指定的計算機目錄下，在數(shù)據(jù)庫表中建立文字信息的主關鍵字和圖像數(shù)據(jù)文件的存儲路徑。在此基礎上，在圖像數(shù)據(jù)輸入模塊中，除輸入存放圖像文件之外，還應填數(shù)據(jù)庫表對應項，建立文字信息和圖像信息之間的關聯(lián)。在信息查詢模塊中，通過數(shù)據(jù)表查到需要的文字信息后，根據(jù)查詢到的主關鍵字作為相應的圖像文件顯示。

在這種管理模式下，因為大量圖像文件存放在一個子目錄下，容易造成磁盤空間的浪費，并帶來大量的磁盤碎片，導致系統(tǒng)存取效率降低、性能下降，直接影響圖像的存取和顯示速度。另外，該方式的最大缺陷是難以保證整個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整和安全。普通的文件系統(tǒng)在安全方面沒有任何措施給予保障，任何一個進入計算機系統(tǒng)的人都可以對文件進行移位、刪除、修改等操作，系統(tǒng)在運行中就會出現(xiàn)因找不到相應的圖像文件而出現(xiàn)錯誤或無圖像問題[3]。

因此由于圖像文件庫結(jié)構(gòu)中圖像數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的脫離這一本質(zhì)缺點，導致圖像文件庫的安全性與完整性方面無法保證，給數(shù)據(jù)的維護增加了難度，同時也給數(shù)據(jù)的安全帶來隱患，要真正做到各類圖像數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中安全管理，只有用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來處理圖像數(shù)據(jù)才能從根本上克服以上問題。隨著數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能的不斷增強、性能的不斷完善，將各類數(shù)據(jù)完全由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一存儲和管理，已成為技術發(fā)展的趨勢。只有這樣，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的強大功能才能得到充分發(fā)揮，數(shù)據(jù)的安全性才能得到充分的保障，使得諸如數(shù)據(jù)庫復制、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移等許多工作，變得非常簡單容易?；贐LOB的圖像查詢系統(tǒng)中零配件圖像的處理就采用了圖像數(shù)據(jù)庫的設計實現(xiàn)方法。

2.1 圖像數(shù)據(jù)庫的設計

圖像數(shù)據(jù)庫技術一直致力于解決海量數(shù)字圖像的有效存儲和管理問題，是數(shù)據(jù)庫技術的繼承和發(fā)展，實質(zhì)上屬于擴充的關系數(shù)據(jù)庫，它采用的是一種支持大型非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲與管理的方法——BLOB技術。這種方法旨在通過擴充的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理與存取機制，不僅能處理數(shù)值、文字等簡單的數(shù)據(jù)對象，而且能將其他復雜的數(shù)據(jù)對象作為一個數(shù)據(jù)庫操作的原子單元進行存儲、存取和恢復。

對BLOB數(shù)據(jù)的存取可以通過擴展的SQL語言來實現(xiàn)，每個BLOB數(shù)據(jù)字段最大容量可達2 GB。實際上在一些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中并不將其稱為BLOB字段，對應如Access中的OLE對象和備注類型、VFP中的MEMO類型、Oracle7中的 Long Raw 類型、Sybase中的 LONG VARCHAR、SQL Server中 的IMAGE等，但從廣義上講，它們都屬于BLOB類型[4]。因此，本文討論的BLOB技術完全可以應用于其他數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。在Oracle數(shù)據(jù)庫中有以下幾種LOB型數(shù)據(jù)：

乳腺脂肪壞死患者一般有乳腺外傷史，外傷導致乳房局部脂肪組織壞死、纖維組織增生、鈣化而形成小腫塊，有時不易與乳腺癌鑒別。

CLOB：和Oracle7的Long型相似，CLOB可以存儲單字節(jié)型數(shù)據(jù)。

NCLOB：NCLOB存儲定寬的多字節(jié)國家字符集數(shù)據(jù)。

BLOB：和Oracle7中的Long Raw類型相似?？梢源鎯o結(jié)構(gòu)的二進制數(shù)據(jù)。Oracle8沒有對這種數(shù)據(jù)進行解釋，只是按照原來的形式存儲和檢索它。

BFILE：BFILE允許對Oracle數(shù)據(jù)庫以外存儲的大型二進制文件進行只讀形式的訪問。和其他3種LOB類型數(shù)據(jù)不同的是，BFILE類型數(shù)據(jù)存儲在一個單獨的文件中，該文件不由Oracle來維護。

在Oracle數(shù)據(jù)庫中，雖然BLOB數(shù)據(jù)類型支持圖像數(shù)據(jù)的存取，但通常的非格式化的圖像數(shù)據(jù)是沒有辦法直接存儲到數(shù)據(jù)庫的BLOB字段中的。在實際應用中，只有對圖像文件以32 k字節(jié)為單位切割成多段分別轉(zhuǎn)化成BLOB數(shù)據(jù)類型后，才可以進行存儲。此外，圖像數(shù)據(jù)放入主數(shù)據(jù)表中，將會造成數(shù)據(jù)庫主數(shù)據(jù)表查找效率顯著降低和響應時間的增長，如何解決這個問題是整個系統(tǒng)的關鍵。因此在基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)的設計中必須采用一系列相關技術支持，設計出合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，解決上述可能產(chǎn)生的問題并完成圖像數(shù)據(jù)的處理。

在基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設計中，對數(shù)據(jù)庫中原有的數(shù)據(jù)表不作任何改動，增加圖像數(shù)據(jù)庫表和圖像數(shù)據(jù)索引表。其中圖像數(shù)據(jù)庫表需要主關鍵字和圖像數(shù)據(jù)兩個主要字段，“圖像數(shù)據(jù)”字段為大二進制數(shù)據(jù)類型（BLOB），主關鍵字類型及取值與原主數(shù)據(jù)表一致。從邏輯上分析，圖像數(shù)據(jù)庫表的主關鍵字與主數(shù)據(jù)庫表中的關鍵字已經(jīng)建立了聯(lián)系，可以通過主數(shù)據(jù)庫表直接找到所需的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)庫表與主數(shù)據(jù)庫表的分離解決了主數(shù)據(jù)庫表查找時間問題。但是對于基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)，其圖像數(shù)據(jù)庫表是巨大的。因此在涉及圖像的查找時仍會出現(xiàn)效率降低的問題。解決這一問題的方法是將圖像數(shù)據(jù)庫表按類型分解成多個規(guī)模較小的表，每個小表的結(jié)構(gòu)與圖像數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)相同。在主數(shù)據(jù)庫表與這個多個圖像數(shù)據(jù)庫表之間使用圖像數(shù)據(jù)索引表建立聯(lián)結(jié)。其圖像數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 圖像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Image database structure

2.2 圖像數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

由于圖像數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理方式的設計實現(xiàn)與普通數(shù)據(jù)庫的設計實現(xiàn)有一定的區(qū)別，所以本文以基于關系數(shù)據(jù)庫的圖像查詢系統(tǒng)的PowerBuilder應用開發(fā)為例給出它的實現(xiàn)過程。

步驟一：建立具有BLOB字段的Oracle數(shù)據(jù)庫，按照如下步驟來完成各個操作：

1）創(chuàng)建表空間：

2）創(chuàng)建表：

在數(shù)據(jù)庫中定義與BLOB數(shù)據(jù)類型相等的數(shù)據(jù)類型。選擇Oracle為數(shù)據(jù)源，Oracle支持BLOB數(shù)據(jù)類型，使PB處理圖像的能力得到更好的發(fā)揮，這樣就為管理圖像數(shù)據(jù)、大文件提供了支持。

這個數(shù)據(jù)庫表parts第一列存儲主鍵，第二列存儲名稱，另外三列存儲LOB型數(shù)據(jù)。定義parts圖片數(shù)據(jù)表如表1所示：

表1 配件圖像數(shù)據(jù)表Tab.1 Parts image table

3）創(chuàng)建新的用戶：如 user1/pass1，賦予 connect，resource權(quán)限。

4）創(chuàng)建邏輯目錄：

BFILE類型有著特殊性，跟CLOB和BLOB不同，實際的數(shù)據(jù)文件存儲在操作系統(tǒng)的外面。BFILE有兩個特點：1.沒有事務性控制2.bfile是只讀的，不能用dbms_lob或Oracl8 oci進行修改。 為了訪問外部文件，服務器需要知道文件在操作系統(tǒng)中的位置。因此建立一個目錄：

create DIRECTORY utils AS'/home/utils'；

utils表示目錄邏輯名，'/home/utils'是實際目錄。

步驟二：連接Oracle數(shù)據(jù)庫，在ODBC中配置數(shù)據(jù)源。

步驟三：讀取JPG文件并插入到Oracle的picture table中。

1）從控件欄中讀取JMP的文件名，分別定義所需變量包括字符型 （存儲圖片編號），整形 （存儲用于循環(huán)等臨時數(shù)值），長整形（存儲文件長度等），BLOB型（存儲圖像數(shù)據(jù)）。

2）利用文件操作函數(shù)獲取文件長度，文件句柄，測試文件長度如果大于32 kB，則以32 kB為單位讀取，然后進行拼接操作，并存儲在BLOB型變量中。

3）將已存在的BLOB變量中的BLOB數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中，可以使用在PowerScript中的UPDATEBLOB語句[5]。但是打算寫入BLOB數(shù)據(jù)的這一條記錄必須已經(jīng)輸入數(shù)據(jù)，也就是說必須先輸入圖片編號關鍵字然后才可以使用UPDATE的方式寫入BLOB數(shù)據(jù)。

步驟四：顯示JMP文件需從數(shù)據(jù)庫中讀出BLOB數(shù)據(jù)寫入本地的文件中，方法與讀文件相似，讀出之后，可利用PowerBuilder提供的圖片控件進行顯示。

2.3 圖像熱點查詢的研究與實現(xiàn)

當圖像在數(shù)據(jù)庫中的錄入、查詢解決后，就要實現(xiàn)配件圖像的熱點處理問題。為了能夠直觀地查看零配件信息，可以通過點擊部件圖中的熱點位置，便可直觀、快速地顯示零件詳細信息，以及應用車型信息，使查詢工作更為高效[6]。作者在熱點處理中用到了 getrow（）、scrolltorow（）、SelectRow（）等函數(shù)，熱點處理的程序如下所示：

3 結(jié)束語

使用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理圖像數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)在圖像領域的新發(fā)展。本文通過基于BLOB的圖像查詢系統(tǒng)的研究，得到了圖像數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中處理與使用的有效方法。圖像文件庫系統(tǒng)雖然可以以高效的方式處理圖像數(shù)據(jù)，但在其自身的系統(tǒng)安全性和數(shù)據(jù)完整性上存在難以克服的缺陷，在使用中會出現(xiàn)圖像文件被破壞而引起系統(tǒng)出錯的現(xiàn)象。因此作者在基于BLOB的配件圖像查詢系統(tǒng)中，采用了圖像數(shù)據(jù)庫設計實現(xiàn)配件查詢系統(tǒng)中圖像的錄入和熱點處理，圖像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用多個小的圖像數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)索引表，即保證系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的完整性，也滿足了系統(tǒng)要求的速度和效率，是進行圖像數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中處理與使用的有效方法，而且其設計思想和實現(xiàn)步驟簡單，可以方便的應用在各種實際的系統(tǒng)中，具有一定的應用價值。

但是，也應當清醒的認識到對于大數(shù)據(jù)量的圖像數(shù)據(jù)的存儲，還有許多問題要進行研究。一個問題就是大對象數(shù)據(jù)的特殊操作實現(xiàn)，因為LOB型數(shù)據(jù)是二進制的大對象，它不能簡單的按照一般數(shù)據(jù)的操作符來進行計算。比如要查出一個數(shù)據(jù)表中含有大對象的圖像，如果圖像很大，又要進行瀏覽，那怎么辦呢？如果直接進行讀取那速度是難以忍受的。只有采取分塊或添加索引影像的方法，由此會帶來許多需要研究的問題。

另外一個重要的問題是對海量圖像數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)化，原先的優(yōu)化方法如索引優(yōu)化等仍然適用，但是現(xiàn)在遇到了新的問題：海量圖像數(shù)據(jù)是龐大的，那么對海量圖像數(shù)據(jù)的操作（尤其是檢索）開銷巨大，那么如何降低這種開銷，縮短操作時間，又是一個重要課題。

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