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1 Otto-von-Guericke-Universit tmagdeburg Institutf rtechnischeundbetrieblicheinformationssysteme Fakult tf rinformatik Diplomarbeit VergleichendeAnalysevonAnfragesprachenin Multimedia-Datenbanken MarcoPaskamp 31.August1999 Verfasser: Prof.Dr.GunterSaake,Universit tmagdeburg,iti Dr.IngoSchmitt,Universit tmagdeburg,iti Betreuer: Postfach4120,D39016Magdeburg Fakult tf rinformatik Germany

2 Paskamp,Marco: VergleichendeAnalysevonAnfragesprachen inmultimedia-datenbanken Diplomarbeit,Otto-von-Guericke-Universit t Magdeburg,1999.

3 Vorwort AnfragesprachensindeinwesentlichesMerkmalvonDatenbank-Management-Systemen Anfragesprachenf rmultimedia-anwendungeneineebensowichtigerolle. dasgebietdermultimedia-informations-systemespieltdieverf gbarkeitvonspeziellen undmitverantwortlichf rderenerfolg.durchdeneinzugderdatenbanktechnologiein vonanfragenanmultimedia-datenbanksystemeuntersuchtwerden,umdarausgeeignete Vergleichskriterienf rdieverschiedenenans tzeabzuleiten.ausderuntersuchungder derenvergleichwarendaszieldieserarbeit.dazumu tenzun chstdiebesonderheiten EineumfangreicheAufarbeitungvonAns tzenf rmultimedia-anfragesprachenund einzelnensprachans tzeunddendarinenthaltenendezitenwurdendesignprinzipien Otto-von-Guericke-Universit tmagdeburgimsommersemester1999. TechnischeundBetrieblicheInformationssystemederFakult tf rinformatikander alsgrundlagef rzuk nftigeentwicklungenabgeleitet. DievorliegendeArbeitentstandimRahmenmeinerDiplomarbeitamInstitutf r tebetreuungmeinerarbeitbedanken.inzahlreichenkonsultationenunddurchseine Danksagung AndieserStellem chteichmichbesondersbeidr.ingoschmittf rdieausgezeichne- beidr.dobrowolnyf rdiekurzfristige bernahmedeszweitengutachtensbedanken. nen.weiterhinm chteichmichbeiprof.saakef rdieunterst tzungdieserarbeitsowie konstruktivekritikbeimkorrekturlesenderarbeitgabermirwertvollehinweise.auch Dipl.-Inf.StephanDassowdankeichf rseineanmerkungenbeiverschiedenendiskussio- dankeichf rihrestetsfreundlicheunterst tzungbeifachlichenfragen. DenMitarbeiterndesInstitutesf rtechnischeundbetrieblicheinformationssysteme

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5 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis vii VerzeichnisderAbk rzungen xi ix 1Einleitung 1.1Motivation AufbauderArbeit Grundlagen 2 2.1Multimedia-Daten Metadaten SQLundOQL Multimedia-Datenbank-Management-System AnfragenanMultimedia-Datenbanken 3.1InhaltsbasierteAnfragen Datenmodellef reineinhaltsbeschreibung R umlicheanfragen R umlicherepr sentation Abschw chung/versch rfungvonanfrageausdr cken R umlicheoperationen R umlichebeziehungen...24 iii

6 iv 3.3ZeitbezogeneAnfragen UnscharfeAnfragen ZeitlicheBeziehungen DerAnfrageproze ZeitbezogeneOperationen Pr sentationvonanfrageergebnissen Unsch rfeundgewichtunginanfrageausdr cken MerkmaleeinerMultimedia-Pr sentation AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen 3.5.2Datenmodellef rdiepr sentation SpezielleAnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen AllgemeineAnforderungenanAnfragesprachen Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen 4.3Zusammenfassung NeuentwickelteAnfragesprachen PICQUERY SCORE ErweiterungenvonSQL Frameworkf reinestrukturiertemultimedia-datenbank TVQL MedienspezischeabstrakteDatentypenundSQL/MM CSQL KEQL ErweiterungenvonOQL MMSQL VideoSQL WeitereAns tze MOQLundVisualMOQL...85

7 6VergleichundBewertung v 6.2KlassikationvonMultimedia-Anfragesprachen BewertungderuntersuchtenAnfragesprachen VergleichvonMultimedia-Anfragesprachen ZusammenfassungundAusblick 6.4Entwurfsprinzipienf rmultimedia-anfragesprachen Ausblick Ergebnisse Literaturverzeichnis Thesen

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9 Abbildungsverzeichnis 3.2R umlicheeinteilungdurchrichtungsbeziehungen BeispieleinerBegrishierarchie GrobeSystemarchitektureinesMMDBMS TopologischeBeziehungen Beispielf rdieinhaltsbeschreibungvonbilderninscore Drei-EbenendesMetadatenmodellsvonKEQL ObjektezurBeschreibungvonVideodateninTVQL BeispieleinervisuellenzeitbezogenenAnfrageinTVQL KlassikationvonMultimedia-Anfragesprachen KlassikationnachArtenvonAnfragen berblick berdasdisima-datenmodell...86 vii

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11 Tabellenverzeichnis 3.2BeziehungenimeindimensionalenRaum DenitionderRichtungsbeziehungen AnfragearteninMMDBMS R umlicheoperationen ZeitbezogeneOperationen AllgemeineAnforderungenf ranfragesprachen Anfragepr dikateincsql BeispielanfrageinPICQUERY SpezielleAnforderungenf rmultimedia-anfragesprachen VergleichneuentwickelterSprachans tzeanhandallgemeinerkriterien VergleichSQL/OQL-basierterSprachans tzeanhandallgemeinerkriterien94 6.4St rkenundschw chenuniversellermultimedia-anfragesprachen Gegen berstellunganhandmultimediaspezischerkriterien...98 ix

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13 VerzeichnisderAbk rzungen ADT DBMS ER ANSI AbstrakterDatentyp IR Datenbank-Management-System Entity-Relationship Information-Retrieval AmericanNationalStandardsInstitute MBR ISO InternationalStandardizationOrganization MADT MinimalesumschreibendesRechteck MMDBMS (englisch:minimumboundingrectangle) MMQL Multimedia-Datenbank-Management-System Multimedia-Anfragesprache MedienspezischerabstrakterDatentyp ODBMS ODMG OMG Objektdatenbank-Management-System ObjectDatabaseManagementGroup ObjectManagementGroup (englisch:multimediaquerylanguage) ORDBMS QBE OQL ObjektrelationalesDatenbank-Management-System Objektanfragesprache QoS QueryByExample (englisch:objectquerylanguage) SFW SQL Select-From-Where StructuredQueryLanguage QualityofService

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15 1 Einleitung DieVerf gbarkeitvongeeignetendatenendger tenunddiest ndigzunehmendekapawaltungleistungsf higemultimedia-datenbank-management-systemeben tigtwerden. denvergangenenjahrengro eansammlungenvonmultimedia-daten,f rderenver- zit tderspeichermedienf hrtzueinerimmerst rkerenintegrationvonmultimedia- DasEinsatzgebietsolcherDatenbanksystemeistsehrvielseitig.SondenMultimedia- DateninheutigeKommunikations-undInformationssysteme.Dadurchentstandenin Datenbank-SystemeunterandereminGeographischenInformationssystemen,Digitalen BibliothekenundzurVerwaltungvonR ntgen-undanderenmedizinischenaufnahmen Verwendung.Zus tzlichergebensichdurchdiezunehmendeverbreitungdesinternets Anwendungsgebiete. unddiedamitverbundeneverf gbarkeitzahlreichermultimedia-informationenweitere KapiteldientdabeiderEinf hrungindiethematik.au erdemwerdendiezieleund deraufbauderarbeiterl utert. sollenindieserarbeitmultimedia-anfragesprachenuntersuchtwerden.dieseserste AlseinwesentlicherBestandteilvonMultimedia-Datenbank-Management-Systemen Ver nderungenandendatenvornehmen.umanfragenbez glichdeninderdatenbankabgelegteninformationenstellenzuk nnen,bietendiemeistendatenbanksysteme 1.1 ImallgemeinenarbeitenBenutzermiteinerDatenbank,indemsieAnfragenstellenoder Motivation zurberechnungderanfrageergebnissevorzugeben.auchinmultimedia-datenbanken einespeziellesprache(anfragesprache)an.mithilfedieseranfragesprachewerdendie StrukturunddieAuswahlvonDatencharakterisiert,ohneeinenspeziellenAlgorithmus media-anfragesprachenaberweitaush hereanforderungengestellt.soenthaltenmul- wirdf reineezientesucheeineleistungsf higeanfragespracheben tigt. timedia-datenunteranderemr umlicheundzeitlichemerkmale,diedurcheineanfra- gespracheber cksichtigtwerdenm ssen.au erdembasierenanfragenanmultimedia- ImGegensatzzuAnfragesprachenintraditionellenDatenbankenwerdenanMultidertprozentigexakteInhaltsbeschreibungistdabeiindenmeistenF llennichtm glich. Datenbankenh ugaufdeminhaltdermedienobjekte.dieserwirdmithilfespezieller AlgorithmenoderdurchdenBenutzerausdenrohenMediendatenabgeleitet.Einehun-

16 2Multimedia-Anfragesprachenm ssendiesber cksichtigenundben tigendeshalbspezi- 1.2.AufbauderArbeit lungderanfrageergebnisse.dennandersalsalphanumerischedatenk nnenmultime- dia-daten(z.b.videosequenzen)nichtinformvontabellenangezeigtwerden.die nissenfestlegen. Anfragesprachemu somitzus tzlicheigenschaftenderpr sentationvonanfrageergeb- ellekonzeptebeideranfrageformulierung.einweiterergrund,warummultimedia- Anfragesprachenben tigtwerden,sinddiebesonderenanforderungenbeiderdarstel- Diese,fastausschlie lichimrahmenverschiedenerforschungsprojekteentstandenenans tze,sollenindervorliegendenarbeitaufgearbeitetundanalysiertwerden.durcheinen DieNotwendigkeitspeziellerAnfragesprachenf rmultimedia-datenbankenf hrtein dervergangenheitzurentwicklungeinerreihevonunterschiedlichensprachans tzen. diesef reineeektivesucheinmultimedia-datenbankengeeignetsind.einweiteres ZielderArbeitstelltdieAbleitungvonallgemeinenEntwurfsprinzipienf rzuk nftigeentwicklungenvonmultimedia-anfragesprachendar.dieergebnissedieserarbeit VergleichdereinzelnenMultimedia-Anfragesprachensollfestgestelltwerden,inwieweit 1.2 sollenalsgrundlagef rweitereforschungsaktivit tendienen. diesemeinleitendenkapiteldiemotivationf rdieuntersuchungvonanfragesprachenin NachfolgendsollkurzderAufbauderArbeitvorgestelltwerden.Dabeiwurdebereitsin Multimedia-Datenbankenerl utert.au erdemwurdendiezieledieserarbeitvorgestellt. ment-systemen.desweiterenwerdendiewesentlicheneigenschaftenvonmultimediadardanfragesprachensqlundoqldieausgangsbasisf rvielederimweiterenverlauf DatenundeineBeschreibungdieserdurchgeeigneteMetadatenerl utert.dadiestan- Kapitel2beschreibtgrundlegendeMerkmalevonMultimedia-Datenbank-Manage- derarbeitbeschriebenenmultimedia-anfragesprachensind,wirdinkapitel2einekurze Einf hrungzudiesensprachengegeben. zepte,umdieverschiedenenformenvonanfragenzuunterst tzen. werdeninkapitel3vorgestellt.weiterhinerfolgteinebeschreibunggrundlegenderkon- Kapitel4stelltalsAusgangsbasisf rdensp terenvergleichdereinzelnenans tze DieverschiedenenArtenvonAnfragen,dietypischf rmultimedia-datenbankensind, wohlallgemeineanforderungen,welchef rjedeartvonanfragesprachegelten,alsauch multimediaspezischeanforderungenuntersucht. f rmultimedia-anfragesprachenkriterienaufunddiskutiertdiese.dabeiwerdensomedia-datenbankengibtdaskapitel5dieserarbeit.dabeiwirdnebendenwichtigstetrachtet,dadiesesf rdiesemantikderanfragekonstrukteeinewesentlicherollespielt. KonzeptendereinzelnenSprachans tzeauchdaszugrundeliegendedatenmodellbe- Einenumfassenden berblick berdieverschiedenenforschungsans tzef rmulti- Multimedia-AnfragesprachenundeineBewertungihrerLeistungsf higkeit.aufbauend UnterVerwendungderaufgestelltenKriterienerfolgtinKapitel6einVergleichder

17 Kapitel1.Einleitung aufdiesemvergleichwerdendiesprachans tzeklassiziert.au erdemwirduntersucht, 3 inwieweitdieanfragesprachenf rdieverwendunginmultimedia-datenbankengeeignetsind.eineauistungvonentwurfsprinzipienf rzuk nftigeentwicklungenvon Multimedia-Anfragesprachenschlie tdaskapitelab. inkapitel7beschlie endiesearbeit. m glicheweitereforschungsarbeitimzusammenhangmitmultimedia-anfragesprachen EineZusammenfassungderErgebnissedieserArbeitundeinkurzerAusblickauf

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19 2 Grundlagen AlsAusgangsbasisf rdieuntersuchungvonmultimedia-anfragesprachenwirdindiesem KapiteldasUmfeldderArbeituntersucht.ZweiGebietewerdendabeibesondersbetrachtet:dieMultimedia-DatenundderenEigenschaftensowiediegrundlegendenMerkmale einesmultimedia-datenbank-management-systems.desweiterenwirddiebeschreibung Multimedia-Anfragesprachensind. OQL,dadieseAusgangsbasisf rvielederimweiterenverlaufderarbeitvorgestellten deskapitelserfolgteinekurzeeinf hrungindiestandardanfragesprachensqlund desinhaltesvonmultimedia-datendurchgeeignetemetadatenvorgestellt.amende 2.1 DieserAbschnittdeniertgrundlegendeBegrie,dieimZusammenhangmitMultime- Multimedia-Daten dia-datenverwendetwerden,undbeschreibtwesentlicheeigenschaftenvonmultime- dia-daten.dabeistelltsichamanfangeinersolchenbetrachtungdiefrage:wasist gestaltetoderformuliertwerdenkann. einmedium?nach[mw91]verstehtmanuntereinemmediumeinennachrichtentr ger, welcher bereinenvorratandarstellungsmittelnverf gt,mitdeneneinenachricht tinuousmedien(zeitabh ngigemedien)undnon-continuousmedien(zeitunabh ngige dienerfolgen.h ugwerdenmedienauchnachihrerabh ngigkeitvonderzeitincon- h ren,tasten,schmecken,riechen)sowienachsprachlichenundnicht-sprachlichenme- EineKlassikationvonMedienkannnachdenmenschlichenSinnesorganen(sehen, undvideo.indiesemzusammenhangwirdh ugauchderbegrimedientypf reine KlassebestimmterMedienundMedienobjektf reindatenobjekt,daseinenachrichtin Medien)unterschieden. einembestimmtenmediumenth lt(z.b.eintext),verwandt.beiderzusammenstellungmehrererverschiedenermediensprichtmanvonmultimedia.analogdazuistein ist.nachfolgendsinddieinmultimedia-datenbankenamh ugstenvorkommenden Popul remedienimumgangmitrechnernsindvorallemtext,grak,bild,audio MultimediaobjekteinDatenobjekt,dasausmehrerenMedienobjektenzusammengesetzt MedientypenundderencharakteristischeMerkmaleaufgef hrt.

20 6 2.1.Multimedia-Daten InfastallenAnwendungenwerdenTextef rdiedarstellungundverarbeitungvoninformationenbenutztundstellensomiteinensehrwichtigenmedientypdar.eintext DateienvomverwendetenTextverarbeitungssystemabh ngt.umtexteinmultimedia- erzeichen.imallgemeinensindtexteindateienabgelegt,wobeidasformatdieser Datenbankenabzulegen,m ssendieseunterumst ndenvonverschiedenendateiforma- bestehtdabeiauseinerendlichenfolgevondruckbarenzeichenundspeziellensteunedarstellungaufdieabbildungdertextedurchzeichenketten.textebesitzenaber oftaucheinestruktur(kapitel,abschnitt,unterabschnittusw.)undenthaltenmeist tenineineinternedarstellungkonvertiertwerden.h ugbeschr nktsichdieseinter- InformationensolltenzurUnterst tzungeinerleistungsf higensucheausdentextdateienabgeleitetundimdatenbanksystemabgelegtwerden.f rdiebeschreibungder weitereinformationenwieautor,titel,zusammenfassungundschriftart.auchdiese undwortgruppen.diesuchekanndabeiauchaufbestimmtetextteile,zumbeispiel StruktureinesTextesexistierenspezielleSprachen,wiezumBeispielSGML[ISO86]. die berschriften,eingeschr nktwerden.problemetretenindiesemzusammenhang durchsynonyme1undhomonyme2auf.deshalbwerdenzus tzlichzurvolltextsuche GesuchtwirdinTextenimallgemeinennachdemVorkommenbestimmterW rter SchlagwortlistenundThesaurenverwendet. InAnlehnungan[MW91]wirduntereinerGrakeineZeichnung(Vektorbild)verstanden,welcheauseinerkomplexenStrukturvongeometrischenObjekten,Beschriftungenven.AllgemeinkanneineGrakalseineungeordneteMengevonLinienaufgefa twer- Zeichnungen,Flu diagramme,gesch ftsgraken,landkartenodermathematischekur- SchattierungenundTexturenbesteht.TypischeBeispielef rgrakensindtechnische den,welchesichdurchzwei-oderdreidimensionalekoordinatenzugeometrischenob- jektenh hererordnung(polygonebzw.polyeder)zusammenf gen.denlinienk nnen ineineinternedarstellungabgebildetwerden.anfragenangrakenbeziehensichvor kineinerdatenbankabzulegen,mu derenstrukturausverschiedenendateiformaten dabeiattributezugeordnetsein,wielinienart,linienst rkeundfarbe.umeinegra- allemaufdier umlicheanordnungdereinzelnengeometrischenobjekte,denabstand dieserzueinanderunddier umlichegr evonobjekten. deninterndargestelltalseinematrixvonbildpunkten,welchebeiderausgabeeinen Rasterbilderrepr sentierendigitalisiertezeichnungen,bilderundfotograen.siewer- 1verschiedeneWortehabendiegleicheBedeutung 2dasgleicheWorthatinverschiedenenZusammenh ngenunterschiedlichebedeutungen

21 Kapitel2.Grundlagen geschlossenenoptischeneindruckerwecken.dieeinzelnenkomponentendiesermatrix 7 werdenauchpixelgenannt.jederdieserpixelenth lteinefarbinformation.entspre- ab.umdenspeicherbedarfm glichstgeringzuhalten,werdenverschiedenekompressionsverfahrenbeiderabspeicherungvonrasterbildernindateienangewandt.dieigebensichverschiedenefarbtiefen(8,16oder24bit).vondieserfarbtiefeundder Gr edermatrixh ngtdiequalit tdesbildes,aberauchderben tigtespeicherplatz chenddesspeicherplatzes,derf rdiefarbinformationeinespixelreserviertwird,er- einersolchendateivorliegendenbilddatenwerdennachfolgendauchalsrohebilddaten (oderrohdaten)bezeichnet. daf rverwendeteformatmu sogew hltwerden,da beimim-undexportderbilder inbzw.ausderdatenbankm glichstkeininformationsverlustauftritt. RasterbilderwerdeninMultimedia-DatenbankenmeistalsRohdatenabgelegt.Das indiemultimedia-datenbankausdenrohdatenzahlreicheinformationen(z.b.farbverteilung,gestalt,gr e,r umlichemerkmale,semantikusw.)automatischoderdurch denbenutzerabgeleitetundinderdatenbankinformvonattributenundindexenabge- UmAnfragenandenInhaltderBilderzuerm glichen,m ssenbeimeinf gendieser legtwerden.hierbeiwerdenh uginteressantebildausschnitte,nachfolgendbildobjek- tegenannt,ausdemgesamtenbildausgew hltundbeziehungenzwischenbildobjekten bestimmt.interessantebildobjektek nntenzumbeispielzweipersonenaundbauf vonmetadatenineinemdernachfolgendenabschnittenochgenauervorgestellt. ausdenrohenbilddatenableitenlassen,werdenimzusammenhangmitderbetrachtung einemfotosein.dierelativer umlicheanordnungdieserpersonen(z.b.personalinks vonpersonb)istdabeieinem glichebeziehung.weiterewichtigemerkmale,diesich Gestalt,derTextur,derFarbverteilungundweitererinhaltsbeschreibenderMerkmale. spezielle hnlichkeitsma eundberechnungsalgorithmenben tigt,welcheaberindieser H ugwirdeine hnlichkeitssuchezwischenrasterbilderndurchgef hrt.hierf rwerden EineSucheinRasterbildernerfolgtimallgemeinenanhandr umlichermerkmale,der Arbeitnichtbetrachtetwerden.VorgestelltwerdensolcheVerfahrenunteranderem in[fal99]. Audio ordentlichebedeutung.durchdieverf gbarkeitgeeignetertechnikkommenakustische Medienauchimmerh ugeraufrechnernzumeinsatz.audioistdabeieinoberbegri DieSpracheistdasmitAbstandwichtigsteMediumzumNachrichtenaustauschzwischen Menschen.AuchandereakustischeSignale,wieMusikundGer usche,habeneineau er- f rdieverschiedenenakustischenmedientypen. lingfrequenzgenannt.jeh herdiesesamplingfrequenzist,umsobesseristdiequalit t einemfestenzeitlichenabstanddigitalisiert.dieserzeitlicheabstandwirdauchsamplichecharakteristik.f rdiedarstellungvonaudiodatenimrechnerwerdendiesein ImGegensatzzudenbisherbetrachtetenMedientypenhabenAudiodateneinezeit- desdigitalisiertenaudiosignals,aberumsoh heristauchderspeicherplatzbedarf. hn-

22 lichwiebeirasterbildernwerdenbeiderabspeicherungvonaudiodatenverschiedene Multimedia-Daten datenabgespeichert,ausdeneneinereihevonmerkmalenabgeleitetwerden.dazu Komprimierungsverfahreneingesetzt,umdashoheDatenvolumenzuminimieren.Die dabeientstehendenaudiodateienwerdenalsaudio-rohdatenbezeichnet. signals.au erdemwirdderinhaltdurchmetadatenbeschrieben.einaudiosignalkann z hlenunteranderemdielautst rke,dietonlage(pitch)undderklangeinesaudio- InMultimedia-DatenbankenwerdenzurVerwaltungvonAudiodatenmeistdieRoh- verschiedenezeitlichebeziehungen,z.b.zeitliche berlappung,auftreten.einesuche ineinzelnezeitlicheabschnittezerlegtwerden.zwischendiesenabschnittenk nnen inaudiodatenerfolgtmeist berdiemetainformationenunddiezeitlichenbeziehungen.teilweisewirdaberaucheine hnlichkeitssucheanhandbestimmterakustischer BedeutunginMultimedia-Datenbanken.EsexistierenverschiedeneVerfahren,umden InhaltvonSprachdokumentenzuindizieren,unddamiteineSuchenachbestimmten Merkmaleangeboten. WortenundWortgruppen, hnlichderfreitextsucheintextdokumenten,zuerm glichen. EinespezielleFormvonAudiodatenistdieSprache.Diesegewinnteineimmerh here EinsolchesVerfahrenwirdunteranderemin[Sch97]vorgestellt. miteinerzugeordnetentonspur.einvideokannalsaggregationvonbildundaudio Videodatensindeinebeliebiglange,endlicheFolgevonRasterbildernoderGraken betrachtetwerdenundistsomitebenfallszeitabh ngig.dabeibestehtzwischenden Videodatennochmalsdeutlichan.UmVideodateninRechnernabspeichernzuk nnen, einzelnenbilderneinesvideoseinestrengeordnungundzudenaudiodatendertonspur werdendeshalbeektivedatenkompressionsverfahrenben tigt. undaudiodatenbereitssehrhochwar,steigtesdurchdiekombinationdieserbeidenin einstraerzeitlicherbezug(synchronisation).w hrenddasdatenvolumenbeibild- f rbild-undaudiodateneineabspeicherungderrohenvideodaten.anschlie endwerdendarausgeeignetemetainformationenabgeleitet.nebendenbereitsvonbild-und AudiodatenbekanntenMerkmalenwirdvorallemversucht,Szenen3undKamerabewegungeninVideoszuerkennen.EinVideokanndadurchineinzelneSegmentezerlegt F rdieverwaltungvonvideodateninmultimedia-datenbankenerfolgt hnlichwie Anfragensindtypischf rvideodaten: werden.zwischendensegmentenbestehenzeitlicheabh ngigkeiten.vierartenvon Objektanfragen:SuchenachObjektenineinemVideoodereinemVideosegment, Segmentanfragen:SuchenachSzenenzueinerBedingung,zumBeispiel:Finde allestellenimvideo,wojohnwayneaufdempferdsitzt., 3Videoausschnitt,welchereinebestimmteabgeschlosseneHandlungenth lt zumbeispiel:zeigeallepersonendieimvideovorkommen.,

23 Kapitel2.Grundlagen Aktivit tsanfragen:suchenachhandlungenineinemvideoodereinemvideosegmentund 9 Eigenschaftsanfragen:SuchenachVideooderVideosegmentanhandspeziellerEil utert,besitzendieseeinsehrgro esdatenvolumenundwerdenmeistalsrohemedien- WiebeiderBeschreibungderverschiedenenMultimedia-Datenbereitsmehrfacher- Metadaten 2.2genschaften,z.B.zeitlicheBeziehungenzwischeneinzelnenSzenen. schreibungdermultimedia-datendurchmetadaten.nach[pra97a]sindmetadatenaus denmedienobjektenabgeleitetedaten,welchedeninhalt,diestrukturunddiesemantik sehrschweroderteilweisegarnichtm glich.deshalberfolgth ugeinezus tzlichebedatenabgelegt.inhaltsbasierteanfragenaufbasisderrohenmediendatensindabernudenausezienzgr ndenmeistbeimeinf gendermultimedia-datenindiedatenbank dieserbeschreiben. abgeleitet,wobeidreiverfahrenzurgewinnungvonmetadatenunterschiedenwerden: dernbekommenzus tzlicheinereihevonmetadatenzugeordnet.diesemetadatenwer- Multimedia-DateninDatenbankenbestehensomitnichtnurausdenRohdaten,son- ManuelleAbleitung:HierbeiwirddieBeschreibungdesInhaltesderMultimedia- DatenvomBenutzerdurchgef hrt.dieserordnetjedemeinzelnenmultimediaobjektmetadatenzu,dieseinermeinungnachdasobjektinhaltlichgutbeschreiben. H ugstehenhierf rstichwortlistenundterminologiebeschreibungenalshilfsmittelzurverf gung.diequalit tdermetadatenistdabeisehrstarkabh ngigvom AutomatischeAbleitung:DerProze derableitungvonmetadatenwirdautomatischdurchdassystemvorgenommen.diesgeschiehtunteranderemdurch BerechnungvonbestimmtencharakteristischenMerkmalenausdenRohdatender Multimediaobjekte(z.B.FarbverteilungundGestalteinesBildes).SolcheMerk- speziellealgorithmen,meistausdemgebietdesinformationretrieval[br99], ben tigt. malewerdennachfolgendauchalsfeaturesbezeichnet.zurberechnungwerden Benutzer,welcherdieMetadatenableitet. HalbautomatischeAbleitung:DiesisteineKombinationderbeidenobigenVerfahren.DabeiwerdeneinigeMetadatendurchdasSystembestimmt.Anschlie end DieMetadaten,welchezurBeschreibungdesInhaltesvonMultimedia-Datenbenutzt korrigiertunderweitertderbenutzerdiese. nden.mithilfederklassikationvonabereretal.in[atn99]sollenverschiedeneartenvontypischenmetadatenkurzvorgestelltwerden.eswirdunterschiedenzwischen: zieren.inderliteratur[bks98,atn99]lassensichdabeiverschiedeneeinteilungen werden,sindsehrvielf ltig.eswurdedeshalbmehrfachversucht,metadatenzuklassi-

24 10Registrierungs-undIdentikationsdaten:inhaltsunabh ngigedaten,dieunteran- deremdasformatunddiekodierungdermultimedia-datensowieinformationen 2.3.Multimedia-Datenbank-Management-System Pr sentationsdaten:metadatenzurbeschreibungderdarstellungeinesmedienobjektes.dazugeh renzumbeispieldiequalityofservice-parameter,welche berdenersteller,daserstellungsdatumund hnlichesenthalten. Pr sentationsdatensind,wiedieregistrierungs-undidentikationsdaten,nurvom MedientypundnichtMedieninhaltabh ngig. diegew nschtequalit tdermediendarstellungbeschreiben(vgl.abschnitt3.5). Features:inhaltsabh ngigeinformation,welchemithilfevonspeziellenalgorithmenausdenmultimedia-datenberechnetwerden,beispielsweisediefarbverteilung Interpretationsdaten:DiessindMetadaten,welchedirektausdenFeaturesunterBenutzungeinerWissensbasisabgeleitetwerdenk nnen.einbeispielhierf ristdieerkennungvongesichtsmerkmalen.aufbauendaufdenverschiedenen undgestaltvonbildern. Annotationen:DerInhaltderMultimedia-DatenwirddurchtextbasierteAnmerkungenbeschrieben.DieseArtvonMetadatenwirdh ugzurbeschreibungdesensbasisalsgesichtsmerkmaleinterpretiert. Bilderkennungs-FeatureswerdendieabgeleitetenFeaturewertemitHilfeeinerWis- HandlunginVideoausschnittenverwendet.Annotationenben tigendieunterst tzungdurchdenbenutzer. GebietsspezischeBeschreibungen:MitHilfeeinesvorgegebenenVokabulars,Stichwortlisten,Klassikationenund hnlichemwirdderinhaltdermultimedia-dategestelltwerden,geh renzudieserklassevonmetadaten.genausowiebeiden beschrieben.auchbegrishierarchien(ontologien),welcheinabschnitt3.1.2vor- 2.3Annotationen,isteineUnterst tzungdurchdenbenutzernotwendig. Management-Systems(MMDBMS).F reineausf hrlichebetrachtungvonanfragesprachenmu aberersteinmalerl utertwerden,waseinmmdbmsistundwelche wesentlichenanforderungendieseserf llenmu. EineAnfragespracheisteinsehrwesentlicherBestandteileinesMultimedia-Datenbank- Multimedia-Datenbank-Management-System Management-System,dasnebenformatiertenalphanumerischenDatenauchMedienobjekteintegriertverwaltenkann[MW91].In[Sub98]isteinMMDBMSeinFrameworkf r dervergangenheitversucht,einedenitionf reinmultimedia-datenbank-management- Systemanzugeben.Ganzallgemeinl tsicheinmmdbmsdenierenalseindatenbank- IneinerVielzahlvonVer entlichungen[kb95,mw91,an97,sub98]wurdein ten.dabeimu einmmdbmszus tzlichzudenklassischenaufgabeneinesdbms,wie dieverwaltungeinervielzahlvonmedientypen,dargestelltinunterschiedlichenforma-

25 Kapitel2.Grundlagen Integration,Transaktionen,Synchronisation,Datensicherungusw.,folgendeAufgaben 11 erf llen: Integration,KompositionundPr sentationvonmultimedia-datentypen:neue derdaten.aufgrundderraum-undzeitabh ngigkeiteinigermedientypenergebensichkomplexeanforderungenandiepr sentation,welchedasmmdbmdemsolltensichverschiedenemedienobjektezumultimediaobjektenzusammensetzenlassen.eineweiterewichtigeaufgabedesmmdbms`sistdiepr sentation Multimedia-Datentypenm ssensichineinmmdbmsintegrierenlassen.au er- Verwaltungsehrgro ermengenvonmultimedia-rohdaten:einmmdbmsmu erf llenmu. gro emengenvonmultimedia-datenmeistinformvonrohdatenverwalten.nebenderdatenspeicherungimhauptspeicherundauffestplattenm ssennocheine ReiheweitererMedien,wiezumBeispielJukeboxen,Magnetb nderusw.,unterst tztwerden.dasmmdbmsmu dabeieinenezientenzugriaufdiedaten Anfrageunterst tzungf rmultimedia-daten:anfragenaneinmmdbmsk nnen sicherstellen. verschiedenemedientypen,schl sselworte,attributeusw.enthalten,wobeidie Anfragenh ugunpr zisespeziziertsind.umeineezientesuchezuerm glichen,werdendeshalbunteranderemhochdimensionaleindexstrukturen,eineunterst tzungvoniterativenanfragenundeinrelevanzfeedback-mechanismus HohePerformance:SehrhoheAnforderungenwerdenandiePerformanceeines ben tigt.dieverschiedenenartenvonanfragenwerdenimnachfolgendenkapitel3nochausf hrlichuntersucht. Medien(Audio,Video)zuerm glichenoderumeineezientesuchedurchzuf hrentimierunggestellt,umbeispielsweisedieechtzeit-pr sentationvonzeitabh ngigen MMDBMS`sinbezugaufSpeicherverwaltung,Indexierung,SucheundAnfrageop- M glichkeitenderbenutzerinteraktion:dieunterschiedlicheneigenschaftenvon Medientypenben tigenebensounterschiedlichemethodenf rdendatenzugri undzurdarstellungderverschiedenenmedien.zumbeispielm ssenzurbenutzerinteraktionbeiderpr sentationvoncontinuous-datentypendurchdas NachdemdieAnforderungenerl utertwurden,sollnachfolgendeinetypischesystemarchitekturf reinmmdbmsvorgestelltwerden.einesolchearchitekturbeschreibgebotenwerden. MMDBMSMethodenzumStarten,StoppensowiezumVor-undR cklaufan- an[pra97a]diegrobeschematischedarstellungeinertypischensystemarchitekturf r denaufbauunddiewichtigstenkomponenten.abbildung2.1zeigtinanlehnung einmmdbms.diesekannunterteiltwerdeninmultimedia-datenbank-serverund

26 Multimedia-Datenbank-Management-System Application Interface Response Handler Retrieval Schedule Generator Interactive Query Formulator Client Communication Manager Client High Speed Computer Network Server Communication Manager Query Processor Metadata Manager Multimedia Index Manager Multimedia Data Manager Multimedia Storage Manager Multimedia-Datenbank-Client.DieVerbindungzwischenClientundServererfolgtdabei bereinleistungsf higesnetzwerk.entsprechenddereinteilungnachclientund Abbildung2.1:GrobeSystemarchitektureinesMMDBMS Metadata... Video Server Multimedia-Datenbank-Serverenth ltdiefolgendenkomponenten: ServersollennachfolgenddieeinzelnenKomponentenerl utertwerden.eintypischer StorageManager:verwaltetdieAbspeicherungunddenZugriaufdieverschie- MetadataManager:organisiertdieGenerierungundAktualisierungderMetadaten,welchedenMedienobjektenzugeordnetsind.WeiterhinstelltderMetadatsprechendenMedienobjektenverkn pftdenenmedienobjekte.au erdemwerdendieindex-undmetadatenmitdenent- bereit. ManagerrelevanteInformationenf rdenqueryprocessorzuranfragebearbeitung

27 Kapitel2.Grundlagen IndexManager:verwaltetgeeigneteIndexstrukturenzurinhaltsbasiertenSuche 13 MultimediaDataManager:unterst tztdaseinf genunddiemodikationder undf rdenezientendatenzugri. QueryProcessor:f hrtdenanfrageproze aus.dazuwirddieanfrageausgewertet objektebereit,welchealsanfrageergebniszur ckgeliefertwerdensollen. Multimedia-Daten.DesweiterenstelltderMultimediaDataManagerdieMedien- Pr sentationsanforderungenbereitgestellt. Verf gunggestelltbekommt.dieanfrageergebnissewerdenunterbeachtungvon Informationen,dieervomMetadata-,Index-undMultimediaDataManagerzur undeineoptimierungdurchgef hrt.derqueryprocessornutzthierf rrelevante CommunicationManager:organisiertdenDatentransferderAnfragenundAnfrageergebnisse berdasnetzwerk.hierf rreserviertdercommunicationmanager dieben tigtebandbreiteund berwachtdieeinhaltungderqualityofservice- Parameter. DerMultimedia-Datenbank-ClientbestehtausfolgendenKomponenten: RetrievalScheduleGenerator:legteinenSchedulef rdie bertragungdermediendatenvomserverfestundsteuertdiepr sentationdermultimedia-daten.der FunktionenentsprechendenendesServerCommunicationManagers. CommunicationManager:verwaltetdenDatenaustauschaufderClientseite.Die berdiemedienobjekteunddiedamitverkn pftenr umlichenundzeitlichenbeziehungen. RetrievalScheduleGeneratorerh lthierzuvomresponsehandlerinformationen ResponseHandler:empf ngtdieanfrageergebnisseundanalysiertdiese.jenach ArtdesAnfrageergbnisseswirddieseszurPr sentationandenretrievalschedule InteractiveQueryFormulator:unterst tztdenbenutzerbeiderformulierungvon Generatoroderf reinemodikationderanfrageandenbenutzerweitergeleitet. tioneinesmultimedia-datenbank-management-systemserfolgen.eineumfassendebe- handlungdiesesthemasndetsichinderliteraturunteranderemin[kb95,sub98, ImRahmendieserArbeitkannnureinkurzer berblick berdenaufbauunddiefunk- AnfragendurchgrascheMethoden,durcheineAnfragespracheoder hnliches. ABH97,Pra97a,SH99]. 2.4 ImZusammenhangmitAnfragesprachenf rmmdbmsspielendiestandardanfragesprachensqlundoqleinebesondererolle,dennvielederimrahmendieserarbeit SQLundOQL

28 untersuchtenans tzef rmultimedia-anfragesprachenerweiterneinedieserbeidenspra SQLundOQL chenumkonstruktezurformulierungvonanfragenanmultimedia-daten.diewesent- lichenmerkmalevonsqlundoqlunddiegrundlegendenkonstruktediesersprachen sollendeshalbindiesemabschnittkurzeingef hrtwerden.dabeiwirdzun chstdie AnfragespracheSQLimZusammenhangmitaktuellenEntwicklungenimRahmender SQL3-Normvorgestellt.ImzweitenTeildiesesAbschnitteserfolgteinekurzeEinf hrung SQL indieanfragespracheoql. DieSpracheSQL(StructuredQueryLanguage)istdieNorm-Datenbanksprachef rreternationalennormierungsorganisation(iso)standardisiert.dasqlmittlerweilesehr wurde1986erstmalsvomamericannationalstandardsinstitute(ansi)undderin- nition,datenmanipulationundsichtdenitionalsauchzuranfrageformulierung.sql lationaledatenbanksysteme.siedientsowohlzurdatendenition,speicherstruktur-de- struktedieserspracheverzichtetundhierf raufeinschl gigeliteraturverwiesen[dd97]. an[hs97]zusammengefa taufgef hrt: NachfolgendsinddiewichtigstenSQL-KlauselndereinzelnenTeilspracheninAnlehnung weitverbreitetundallgemeinbekanntist,wirdaufeineausf hrlichevorstellungderkon- Datendenition:Mitdercreatetable-AnweisungwerdenRelationenschematamit Speicherstruktur-Denition:MitHilfederAnweisungencreateindexunddrop dendazugeh rigenattributenunddatentypendeniert. Anfrage:Durchdenselect-from-where-Block(nachfolgendauchSFW-Block indexk nnenzugrispfadef rzuvordenierterelationenangelegtbzw.gel scht genannt)werdendieanfragenformuliert.dieserbestehtimwesentlichenausfolgendenbestandteilen: selectbeschreibtdasergebnisschematadurchdieauswahlvonattributen werden. fromlegtdiezuverwendendenrelationenundeventuellbenutztevariablen undarithmetischenoperationensowieaggregatfunktionenaufdenattributen, wheredeniertselektions-undverbundbedingungen, groupbygruppiertnachbestimmtenattributwertenund f rrelationenfest,diealskartesischesproduktkombiniertwerden, schachteltunddieergebnissediesersortiertundvereinigtwerden. Desweiterenk nnenmehrerederobigensfw-bl cke(absql92beliebig)ge- havingdeniertselektionsbedingungenf rgruppen.

29 Kapitel2.Grundlagen Datenmanipulation:DurchdieKonstrukteinsert,update,deletek nnentupel 15 EineWeiterentwicklungvonSQL-89undSQL-92istdieSQL3-Norm,dasaktuelleNormierungsprojektderANSIundISO.Dieserzuk nftigestandardf rdatenbanksprachen inrelationeneingef gt,ver ndertodergel schtwerden. Multimedia-DatenbankensinddieobjektorientiertenErweiterungen,wie: Konstruktegegen berdembisherigenstandard.sehrwichtigimzusammenhangmit versuchtdievorteilevonobjektdatenbankenindensql-standardeinie enzulassen,ohnebew hrtesql-konzepteaufgebenzum ssen.sql3verf gt beretlicheneue Objekt-Identikatorenf robjekt-adt`sundtupel-identikatorenf rtupelin abstraktedatentypen(adt),dieauchvombenutzerdeniertwerdenk nnen, ADT-Hierarchien, hnlichdentyphierarchieninobjektorientiertenprogrammiersprachen, Tabellen, Tabellen-Hierarchien,wobeialleAttributnamenundSchl sselvererbt,aberauch Besondersinteressantf ranfragespracheninmmdbmsistdaskonzeptderbenutzerdeniertenabstraktendatentypen.einsolcheradterweitertdasdatenmodellum komplexedatentypen,wielist(listen)undmultiset(multimengen). ver ndertwerdenk nnenund zus tzlichedatentypenundmethodenundbietetsomitunteranderemdiem glichkeit, tert.dasnachfolgendebeispielzeigt,angelehntan[sst97],diedenitiondesabstrakten wird.f rdiedenitioneinesadt`swirddiebekanntesql-denitionsspracheerweimulierungbenutztwerden,wodurchsqlzueinermultimedia-anfragespracheerweitert speziellemedientypenindasdbmszuintegrieren.diesek nnenbeideranfragefor- Datentyps. createtypepoint ( publicxreal,yreal, publicfunctionpoint(preal,qreal)returnspoint begindeclaretemppoint; settemp=point(); settemp..x=p; publicfunctiondistance(p1point,p2point)returnsreal end,returntemp; settemp..y=q; ) square(p1..y-p2..y)) returnsquare_root(square(p1..x-p2..x)+

30 IndemBeispielwirdeinDatentypPunktunddazugeh rigeinedistanzfunktiondeniert SQLundOQL EinKonstruktormitdemNamendesADT`sundDestruktormitdemStandardnamen destroywerdenimplizitfestgelegt.au erdemerh ltjedesattributeinesadt`sautomatischeineobserver-funktionzumlesenundeinemutator-funktionzum nderndes Standardfunktionequals(inSQLdurchdasSymbol`='dargestellt)bereitsvordeniert, Attributwertes.Zur berpr fungzweierinstanzeneinesadt`saufgleichheitistdie welcheaberauch berschriebenwerdenkann.eineordnungsrelation,dieunteranderem spielen.f rzus tzlicheinformationenzursql3-normseiauf[sst97,dd97,heu97] f rdieuntersuchungvonmultimedia-anfragesprachennureineuntergeordneterolle zumsortierenben tigtwird,mu imbedarfsfallexplizitdeniertwerden. verwiesen.imzusammenhangmitderuntersuchungvonmultimedia-anfragesprachen WeitereKonstruktevonSQL3sollenandieserStellenichtbetrachtetwerden,dasie inabschnitt5.2.3werdenmultimediaspezischeerweiterungenvonsql3vorgestellt. ODMG-OQL vorgestelltwurde.oqlbautzumteilaufdemvonsqlbekanntensfw-blockauf, DieserAbschnittbefa tsichmitderanfragespracheoql(objectquerylanguage), welcheimrahmendesodmg-93-standardsderomg(objectmanagementgroup) wobeidementwurffolgendeprinzipienzugrundeliegen: DieSprachebasiertaufdemObjektmodellderODMG[Cat94]. ImGegensatzzuSQLunterst tztdieanfragespracheoqlauchobjektkollektionen,objektidentikatoren,pfadausdr cke,kollektionsdatentypenundmethoden optimierbarundnichtberechnungsvollst ndig. ImSinneklassischerAnfragesprachenistOQLohneMethodenaufrufedeklarativ, ZumErzeugen,L schenund ndernvondatenbankobjektenstehennichtdie inanfragen. Standard-SQL-KonstruktezurVerf gung.hierf rm ssenentsprechendemethodenexplizitprogrammiertundaufgerufenwerden. NebendembekanntenSFW-BlockbietetOQLeineReiheweiterersyntaktischerFor- DerSprachentwurfvonOQListvollst ndigorthogonal. menf reineanfragean,wieliterale,einfacheausdr cke,kollektions-odermengen- ausdr ckeusw.soistbereitsderausdruck:p.image.name,eineg ltigeanfrage.wie den,uminnerhalbvontupelnzudentupelkomponentennavigierenundreferenzen dieserausdruckzeigt,lassensichinnerhalbeineranfrageauchpfadausdr ckeverwen- verfolgenzuk nnen. deranfrageergebnisse.oqlunterst tztrelationale,objekterzeugendeundobjekterhaltendeanfragen.einrelationalesanfrageergebnisist,analogzusql-anfragen,eine WichtigimZusammenhangmitAnfrageninObjektdatenbankenistdieSemantik

31 Kapitel2.Grundlagen MengevonTupeln.ObjektgenerierendeAnfragenkonstruierenneueObjektealsAnfrageergebnis,wogegenobjekterhaltendeAnfragenObjektkollektionenbereitsvorhandener Objektedarstellen. tionen,quantoren(forall,exists),sortierung(orderby)undgruppierung(group by)vonanfrageergebnissen,aggregatfunktionen(min,max,countusw.),konvertierungsausdr cke(listtoset,atten)undbenannteanfragen(deneas).weitere NebendenbereitsvorgestelltenKonzeptenunterst tztoqlauchverbund-opera- 17 InformationenzuOQLkannmanin[Cat94,SST97,YM98]nden.

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33 3 Anfragenan Multimedia-Datenbanken Da Multimedia-DatenimVergleichzualphanumerischenDaten,wiesievontraditionellenDBMSbekanntsind,einigezus tzlicheeigenschaftenbesitzen,wurdebereitsbeider BeschreibungderverschiedenenMedientypeninAbschnitt2.1festgestellt.Beispielsweise enthaltensieh ugr umlichebeziehungenundsindoftauchzeitabh ngig.dervielzitierteausspruch,einbildsagtmehralstausendworte.,zeigtbereits,da derinhalt vonmultimedia-datendurchtextalleinnurschwerzubeschreibenist.diesgiltnat rlichebensof rdieformulierungvonanfragenanmultimedia-daten.einem chtigrischendateneinereiheweitererkonzeptezuranfrageformulierungunterst tzen.in Anfragetyp InhaltsbasierteAnfragenSucheanhanddesInhaltesderMedienobjekte R umlicheanfragen Erl uterung Tabelle3.1sinddiewesentlichenArtenvonAnfrageninMMDBMSzusammengefa t. Anfragesprachef rmmdbmsmu deshalbnebenexaktenanfragenaufalphanume- ZeitbezogeneAnfragen derenbeziehungenzwischenundinnerhalbdermedienob- Anfragenandier umlicheanordnungvonobjektenund UnscharfeAnfragen Suche berzeitlichezusammenh ngeinnerhalbundzwischendenmedienobjekten unscharfeformulierungeineranfrageunterausnutzung vonmethodendesinformation-retrieval ImZusammenhangmitdenverschiedenenArtenvonAnfragenmu dasjeweilszugrunde liegendedatenmodellber cksichtigtwerden.esdeniertkonzeptezurbeschreibungder Tabelle3.1:AnfragearteninMMDBMS StrukturderDaten.FolgendeKonzeptewerdenunterschieden[HS97]: statischeeigenschaften,wieobjekteundbeziehungenzwischendiesen, Integrit tsbedingungenf robjekteundoperationen. dynamischeeigenschaften,wieoperationenund DasDatenmodelleinesMMDBMSbestehtausverschiedenenTeilmodellenzurBeschreibungdereinzelnenEigenschaftenvonMultimedia-Daten.SodientzumBeispielein

34 r umlichesmodellzurabbildungderr umlicheneigenschaften,unddiezeitabh ngigkeitenwerdendurcheinzeitbezogenesmodelldargestellt.diesedatenmodellewerden InhaltsbasierteAnfragen imzusammenhangmitdenanfrageartenindennachfolgendenabschnittenvorgestellt. 3.1 ImGegensatzzuDatenkonventionellerDBMSistderInhaltvonMultimedia-Daten imallgemeinenunstrukturiertundliegtnichtinformvonexplizitenattributeneines InhaltsbasierteAnfragen Datenbank-Schematavor.WiebereitsimZusammenhangmitderInhaltsbeschreibung durchmetadateninabschnitt2.2erl utertwurde,existierenverschiedenetechniken, chen.anfragen,dieeinesolchesucheunterst tzen,werdennachfolgendalsinhaltsba- sierteanfragenbezeichnet.inanderenarbeitenwirdauchderbegriinhaltsorientierte Bezeichnungengemeintist,solldurcheinigeBeispieleverdeutlichtwerden: oderinhaltsadressierteanfrage[mw91]verwendet.welcheartdersuchemitdiesen MMDBMSeinedetaillierteSucheanhanddesInhaltesderMultimedia-Datenzuerm glispieldieextraktionvonfeatures.zielalldiesertechnikenistes,dembenutzereines uminformationen berdeninhaltausdenmultimedia-datenabzuleiten,wiezumbei- RechercheineinemMultimedia-StadtarchivnachTextenundBildern berdie SuchennachR ntgenaufnahmen,aufdeneneingehirntumorzusehenist, SuchenachFotosineinerVerbrecherkartei,aufdenenPersonenmitVollbartund langen,lockigenhaarenzusehensind, KirchenderStadt, IndennunfolgendenzweiUnterabschnittensinddiegrundlegendenAns tzef rdie RechercheineinemNachrichtenarchivnachVideoaufnahmen,welche berschwemmungskatastrophenderletzte10jahreindeutschlandzeigen. ModellierungdesInhaltesvonMultimedia-Datenaufgelistet.Desweiterenerfolgteine BetrachtungderM glichkeitenf reineabschw chungbzw.versch rfungvonanfrageausdr cken,umdieinhaltsbasiertesuchezuverbessern.dieindensichanschlie enden Abschnitten3.2und3.3vorgestelltenr umlichenundzeitbezogenenanfragensindgenaugenommenauchinhaltsbasierteanfragen,dennraumundzeitstellenebenfalls einegrundanforderungf rjedesmmdbmsdarstellt. MerkmalebesitzenundsomitdieUnterst tzungr umlicherundzeitlicherbeziehungen nochgesondertbetrachtet,dafastalleartenvonmultimedia-dateneinesdieserbeiden Eigenschaftendar,diedenInhaltderMultimedia-Datenbeschreiben.Siewerdenden- EineganzentscheidendeVoraussetzung,uminhaltsbasierteAnfragenzuerm glichen, isteingeeignetesdatenmodell,welchesvondenrohenmediendatenabstrahiertund Datenmodellef reineinhaltsbeschreibung

35 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken deninhaltdermultimedia-datenabbildenkann.eineklassikationderverschiedenen 21 dreikategorien: nutzteninformationenerfolgen.amatoetal.unterscheidendabeiin[ams98]folgende Ans tzezurabbildungdesinhaltesvonmultimedia-datenkannanhandderdazuge- Schl sselwort-basierteans tze,hierbeiwirdderinhaltdermultimedia-dokumente Feature-basierteAns tzebenutzeneinedirektausdenrohenmediendatenabgeleitetemengevonfeatureszurbeschreibungdesinhaltes.typischefeaturessind FreitextoderdurchSchl sselworteauseinemvorgegebenenvokabular. mittelsvombenutzerhinzugef gterkommentarebeschrieben,zumbeispieldurch stalt,geschwindigkeit,positionu..oderauchspezielleanwendungsabh ngige dabeiwerte,dieallgemeineinformationenbeschreiben,wiefarbe,textur,ge- oderautomatischdurchdasdbmserfolgen. Satellitenfotos.DieAbleitungderFeaturekannmanuelldurchspeziellePersonen Informationenabbilden,zumBeispielGesichtmerkmaleoderWettermerkmaleauf Konzept-basierteAns tzeinterpretierendendurchfeaturesabgeleiteteninhaltder Multimedia-DokumentemitHilfevonanwendungsabh ngigemwissenundstellen terpretationw rezumbeispieldieverkn pfungvonfotos,audiodokumentenund Zusammenh ngezwischendenabgeleitetenmedienobjektenher.einesolchein- Videosequenzen,welcheBild-undTonaufnahmendesBundeskanzlersenthalten. konzept-basiertenans tzeanwendungsabh ngigundben tigendieunterst tzung desbenutzersf rdeninterpretationsproze. Dadurchk nnenmedien bergreifendanfragenformuliertwerden,wiezumbeispiel:zeigealleinformationen berdenbundeskanzler.imallgemeinensinddie Ans tze,umeinedetailliertemodellierungdesinhaltesdermultimedia-datenunddamit verbundenumfangreichem glichkeitenzurinhaltsbasiertensucheanzubieten. tegorienzuzuordnen,vielmehrunterst tzensiemehrereodergaralleobenaufgef hrten NichtimmersindkonkreteMultimedia-Datenmodelleausschlie licheinerdieserdreika- F rinhaltsbasierteanfrageninmmdbmswerdennebenunscharfenanfragemethoden, welcheineinemdernachfolgendenabschnitteuntersuchtwerden,vorallemm glichkeitenf rdieabschw chungundversch rfungvonanfragenben tigt.sinnvollistdies Abschw chung/versch rfungvonanfrageausdr cken leerist.umeineabschw chungbzw.versch rfungvonanfragenzuerreichen,wirdim zumbeispiel,wenneineanfragezuspeziellformuliertwurdeunddieergebnismenge allgemeineneinederfolgendenmethodenangewandt: manuelleabschw chung/versch rfung,hierf rmu einiterativeranfrageproze VerfahrenwirdinAbschnitt3.4beschrieben. unterst tztwerden,beidereinbenutzerrelevanteobjektespeziziert.dieses

36 nil Musik... 22automatischeAbschw chung/versch rfung,beileerenoderzuumfangreichenan- frageergebnissenwirddurchdasdbmsw hrenddesanfrageprozessesautomatisch 3.1.InhaltsbasierteAnfragen wird. eineabschw chungbzw.versch rfungvorgenommen,wasnachfolgenderl utert Klassik Rock Pop Voraussetzungf rdieautomatischeabschw chung/verfeinerungvonanfragenistwiederumeinegeeigneteunterst tzungdurchdasmultimedia-datenmodell.imeinfachsten Abbildung3.1:BeispieleinerBegrishierarchie Rolling Depeche Strange Beethoven Mozart Beatles FallkanndieDarstellungderBeziehungenzwischendenMultimediaobjektendurcheine Stones Mode Facts Begrishierarchie[OT93]erfolgen.DieVerkn pfungenzwischendenobjektenm ssen betrachtetkanneinebegrishierarchiealshalbgeordnetemenge(a;)deniertwerden, Stilrichtungen(Klassik,RockundPop)undweiterineinzelneMusikgruppen.Formal f reinesolchehierarchie.derallgemeinebegrimusikunterteiltsichinverschiedene dabeidurchdenanwendervorgegebenwerden.abbildung3.1zeigteineinfachesbeispiel BeispielinAbbildung3.1geltensomitfolgendeBeziehungen: wobeiaeinemengevonbegrienistundeinehalbordnungsrelation.derausdruck v1v2mitv1;v22asagtdabeiaus,da v1allgemeineralsv2ist.bezogenaufdas MusikPopDepecheMode,MusikPopStrangeFacts. MusikKlassikBeethoven,MusikKlassikMozart, MusikRockBeatles,MusikRockRollingStones, MitHilfeeinersolchenBegrishierarchiek nnennundieanfrageausdr ckeautomatisch versch rftoderabgeschw chtwerden,solangediedargestelltenbeziehungendieserlaubenunddiebegrieinderanfrageverwendetwerden.sol tsichimobigenbeispielbetuellzueinembesserensuchergebnisf hrt.wieschonanhanddieseseinfachenbeispieldruckabschw chen.gesuchtwirdnunnachobjektenmitdeminhaltrock,waseven- einerunbefriedigendensuchenachobjektenmitdeminhaltbeatlesderanfrageaus- zuerkennenist,h ngtdiequalit tderdurchabschw chung/versch rfungerreichten SuchergebnissesehrstarkvondenabgebildetenBeziehungeninderBegrishierarchie

37 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken ab.diedarinenthalteneneintr gek nnennebenattributwertenauchmedienobjekte 23 griertwerdenundistsomitaufgabedesmmdbms.durchdenbenutzermu aberein oderfeaturewertesein. druckeserfolgensoll.eineumsetzungdiesesverfahrenswirdunteranderemvonv.s. Schwellwertvorgegebenwerden,beidessenErreicheneineVersch rfungdesanfrageaus- DasAbschw chenbzw.versch rfenderanfragemu indenanfrageproze integesprache,welchedasabschw chen/versch rfenvonanfragenunterst tzensoll,m ssen hierf rgeeignetekonstruktedeniertwerden. Subrahmanianin[Sub98]vorgestellt.ImZusammenhangmitdemEntwurfeinerAnfra- 3.2 VieleAnwendungenvonMMDBMSbasierenaufderVerwendungvonr umlichenbeziehungen,welchesowohlzwischendenmedienobjektenalsauchinnerhalbdermedienobjektebestehen.typischsinddabeianfragenwie:findeallebilder,aufdenender Au enministerlinksvombundeskanzlersteht.diebeidenpersonen,au enministerund R umlicheanfragen dasr umlichedatenmodellunterst tztwerdenmu. Bundeskanzler,stellendabeizweiObjektedar,f rdieeinebeziehunglinksvondurch gef rdieformulierungvonr umlichenanfragenundf rdiepr sentationderergeb- nisseeineranfrage.durchdieartunddieanzahlderindenverschiedenenr um- lichendatenmodellenunterst tztenbeziehungenwerdenimwesentlichendiem glich- keitenbeiderformulierungvonr umlichenanfragenvorgegeben.inderliteratur lassensichmehreremodellierungsans tzevonr umlichenbeziehungeninmmdbms nden[hk96,l S97,DAPG98].Eineausf hrlichebetrachtungdieserteilweisesehr Dier umlichenbeziehungenundoperationendesdatenmodellssinddiegrundlaschr nkensichdabeiaufeinezweidimensionaledarstellungderr umlichenbeziehungehungenundoperationeninmmdbmszugeben.dienachfolgendenausf hrungenbe- ZieldiesesAbschnittesistes,einenallgemeinen berblick berdier umlichenbezie- hnlichenans tzeerfolgtinverbindungmitkonkretenanfragespracheninkapitel5. ausschlie licheinezweidimensionaledarstellungvonr umlichenzusammenh ngen.f r einedreidimensionaledarstellungbedarfeslediglicheinererweiterungdernachfolgend chen.zumheutigenzeitpunktvorgeschlageneans tzef rmmdbmsverwendenfast undoperationen,dadiesezurbeschreibungdergrundlegendenzusammenh ngeausrei- vorgestelltenbeziehungenundoperationenumeineweiteredimension. werdenmu,istdiedarstellungdereinzelnenobjekteimr umlichendatenmodell.mit EinwichtigerAspekt,derimZusammenhangmitr umlichenbeziehungenber cksichtigt R umlicherepr sentation ObjektwirdindiesemZusammenhangeinAusschnittausdemgesammtenMedienobjekt bezeichnet,wiezumbeispieleinepersonaufeinembild.imallgemeinenwirdanstelle derobjekteeinevereinfachtedarstellunginderdatenbankabgelegtundzurr umlichen

38 Indexierungundsp terensuchebenutzt.diesevereinfachtedarstellungwirdnachfolgendauchalsregionbezeichnet.abh ngigvomanwendungsgebietgibtesverschiedene R umlicheanfragen benderechteckeverwendet,dasiesichdurchnurzweipunktedenierenlassenund somiteinfachzuhandhabensind.werdenaberexakter umlichebeziehungenben tigt, st tmanbeiderverwendungvonumschreibendenrechteckenaufschwierigkeiten.so Ans tzef rdiebeschreibungeinerregion.amh ugstenwerdenminimaleumschrei- diesesproblemzul sen,isteinepr ziser umlichebeschreibungderobjekten tig.dies k nnenbeispielsweise berlappungenangezeigtwerden,wogarkeineauftreten.um kanndurcheinedarstellungderobjektemittelseinerpunktmengeerreichtwerden.dieseransatzf hrtaberzuerh htenspeicherkostenf rdieobjekteundzueinemh heredarstellungenderobjekte. Aufwandf rdieberechnungderr umlichenbeziehungenzwischendenpunktmengennungsaufwandf rdier umlichenoperationensteigtundsomitdieezienzdesgesamtsystemssinkt. dier umlicheobjektbeschreibungab,wobeimitzunehmendergenauigkeitderberechschiedenwerden.sieh ngtvonderdurchdieanwendunggefordertegenauigkeitf r DieAuswahleinergeeignetenBeschreibungsmethodemu vonfallzufallunter- UmfangreicheUntersuchungenvonr umlichenbeziehungenzwischenmehrerenobjektenerfolgtenimzusammenhangmitgeographischen-informationssystemenundbilddatenbanken.daraufaufbauendexistierenmehrerearbeiten,dieversuchen,einegeeignete DabeilassensichverschiedeneArtenvonBeziehungenunterscheiden.Diesesindim Mengevonr umlichenbeziehungenf rmmdbmszudenieren[dapg98,l S96] R umlichebeziehungen einzelnen: Richtungsbeziehungen, topologischebeziehungenund DieRichtungsbeziehungenbeschreibendier umlichelagevonobjektenzueinander.in Abbildung3.2istderZusammenhangzwischendenverschiedenenRichtungsbeziehungen Distanzbeziehungen. welchessichindermittederabbildungbendet.dieeinzelnenquadraterepr sentierendabeieinenr umlichenbereich,indemsichobjektebendenk nnen,damit graschdargestellt.dierichtungsangabenbeziehensichdabeiaufdasreferenzobjekt, eingeschr nkt.dier umlichenbeziehungengeltensowohlf reinedarstellungdurchminimaleumschreibenderechteckealsauchf rpolygon-undpunktmengendarstellungen. diejeweiligebeziehunggilt.diedargestelltenbereichesindinbestimmtenrichtungenoen(dargestelltdurchgestricheltelinie)undwerdennurdurchdiesystemgrenzen