Media Asset Management mit MPEG-7

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1 Diplomarbeit an der Technischen Universität Graz und Technischen Universität Dresden vorgelegt von Andreas Thun November 2002 Copyright 2002, Andreas Thun Diese Arbeit ist in deutscher Sprache verfasst. Hochschullehrer: Prof. Dr. Dr.h.c. Hermann Maurer, Technische Universität Graz Prof. Dr. Klaus Meißner, Technische Universität Dresden Betreuer: Dr. Jutta Becker, Technische Universität Graz Dipl. Inform. Zoltán Fiala, Technische Universität Dresden

2 Kurzfassung Media Asset Management begründet eine systematische Organisation medialer Inhalte und unterstützt in erster Linie den Menschen beim Auffinden dieser Inhalte. Es bietet darüber hinaus weitere Funktionen zur Zusammenarbeit von mehreren Teams und Unternehmen sowie zur Verteilung der Inhalte auf verschiedenste Medienplattformen. Für das Auffinden von Inhalten in einem Media Asset Management System ist ein effizientes Identifizieren und Verwalten dieser Inhalte erforderlich. Das wird zumeist mit Hilfe von Metadaten bzw. einer Metadatensprache, die die Inhalte in einer für Maschinen verständlichen Art beschreiben, realisiert. Eine allgemein anerkannte Metadatensprache hat sich im Bereich Media Asset Management nicht durchgesetzt, stattdessen werden unterschiedlichste Technologien und anwendungsspezifische Metadatensprachen verwendet. MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface) stellt einen einheitlichen Standard für die Beschreibung von audio-visuellen Inhalten dar, um ein effektives und effizientes Identifizieren und Verwalten dieser Inhalte durch darauf aufbauende Applikationen und Systeme zu ermöglichen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde untersucht, inwieweit MPEG-7 für den Einsatz in Media Asset Management Systemen geeignet ist und welche existierenden MPEG-7 Werkzeuge zur Verwendung kommen können. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde ein Konzept eines Media Asset Management Systems entwickelt, das ausschließlich auf MPEG-7 basiert. Abstract Media Asset Management constitutes the systematic organization of digital media files und supports primarily human to retrieve the content. In addition, it provides functions to cooperate with several teams and enterprises as well as distribution methods for various medial platforms. An efficient identification and management of content is claimed in such a system. This is realized with metadata languages, which describe the content in a machineunderstandable fashion. There is no generally accepted metadata language in Media Asset Management systems, instead of that different technologies and custom-designed metadata languages are used. MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface) depicts a common standard for describing audio-visual content to identify and manage content efficiently by the use of constitutive applications and systems. In the context of the thesis the possibility to use MPEG-7 in a Media Asset Management system is researched and which MPEG-7 tools may be applied. Furthermore, a concept of Media Asset Management is designed, which solely based on MPEG-7.

3 Ich versichere hiermit, diese Arbeit selbständig verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt und mich auch sonst keiner unerlaubten Hilfsmittel bedient zu haben. I hereby certify that the work presented in this thesis is my own and that work performed by others is appropriately cited.

4 Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich bei all jenen bedanken, die mir beim Erstellen dieser Diplomarbeit mit Rat und Tat zur Seite standen. Da die Durchführung dieser Arbeit in Dresden, Deutschland, am Institut für Software- und Multimediatechnik, Fakultät Informatik, stattgefunden hat, möchte ich mich insbesondere bei den Dresdner Betreuern Professor Klaus Meißner und Dipl. Inform. Zoltán Fiala bedanken. Ihre Anregungen und Vorgaben stellten ständig neue Herausforderungen und Ziele für mich dar und beide waren bei Fragen immer kompetente Ansprechpartner. Weiterer Dank gebührt Professor Hermann Maurer und Dr. Jutta Becker, die die Betreuung auf der Grazer Seite übernahmen. Der größte Dank gilt allerdings meinen Eltern, die mir ein Studium ermöglicht und mich während dieser Zeit immer unterstützt haben. Kerstin möchte ich ebenfalls erwähnen, die mich während der Diplomarbeit stets motiviert, aufgerichtet und für das Korrekturlesen viele Stunden geopfert hat.

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Motivation Aufbau der Arbeit Der Metadatenstandard MPEG Geschichte von MPEG Bereichsabgrenzung von MPEG Die Hauptelemente des MPEG-7 Standards Descriptoren Description Schema Description Definition Language Systemwerkzeuge Zusammenhänge der einzelnen Elemente Teile des MPEG-7 Standards MPEG-7 Systems MPEG-7 Description Definition Language MPEG-7 Audio MPEG-7 Visual MPEG-7 Multimedia Description Schemes MPEG-7 Reference Software: Experimentation Model MPEG-7 Konformität Offene Punkte Konformität Intellektuelles Eigentum und Datenschutz Überschneidungen Leistungsfähigkeit Zusammenfassung Interoperabilität von MPEG-7 mit anderen gängigen Metadatenformaten Metadaten und Metadatenformate Gängige Metadatenstandards und MPEG Allgemeines Resource Description Framework Dublin Core DIG Zusammenfassung

6 Inhaltsverzeichnis 4 Aktuelle Projekte und existierende Werkzeuge mit MPEG Werkzeuge und Projekte im Bereich Audio Gesprochener Inhalt CUIDADO Werkzeuge und Projekte im Bereich Visual Search Engine Tool Video over IP Werkzeuge und Projekte im Bereich Multimedia MPEG-7 Visual Annotation Tool PRIMAVERA SAMBITS MPEG-7 Reference Software: Experimentation Model Aufbau der XM Software Applikationstypen der XM Software Gesamtes Schnittstellenmodell Erprobung und Bewertung der XM Software Zusammenfassung Media Asset Management Systeme Definitionen Aufgaben eines MAM Systems Kennzeichen und Komponenten von MAM Systemen Ausrichtung auf Assets Lebenszyklus von Assets Metadaten Importschnittstelle Die Filter Intelligentes Speichermanagement Multiple Access - Verwaltung mehrfacher Zugriffe Such- und Abfragemechanismen Export und Distribution Unterschiedliche Architekturen Workflow Beurteilungskatalog Media Asset Management Systeme im Vergleich Bulldog Software: Documentum Artesia: Dubidot: Dubidot Media Suite Canto: Cumulus Zusammenfassung Konzeption eines Media Asset Management Systems mit MPEG Zielsetzung Grundlegende Konzepte Assets und Meta-Informationen Verwaltungsaspekte Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 2

7 Inhaltsverzeichnis Benutzer- und Zugriffsverwaltung Versionierung Verwaltung mehrfacher Zugriffe Relationen, Variationen und verwandte Materialien Suche&Retrieval Die MAMmut-Architektur UI-Komponenten Filter&Extrahierung Katalogisierung Ähnlichkeitssuche durch XM Distribution Identifizierung der verwendeten MPEG-7 Metadaten in MAMmut Asset-bezogene Metadaten Benutzer, Benutzergruppen und Organisationen Zusammenfassung Zusammenfassung und Ausblick 113 A Ausgewählte Instanzen der MPEG-7 Teile 115 A.1 Systems A.2 Audio A.3 Visual A.4 Multimedia Description Schemata B Metadatentypen 127 C Dublin Core vs. MPEG D Präprozessordefinitionen 130 E Abkürzungs- und Akronymverzeichnis 132 Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 3

8 Abbildungsverzeichnis 2.1 Abstraktes Blockdiagramm einer möglichen Erzeugungskette[2] Graphischer Überblick über die Beziehungen zwischen den verschiedenen MPEG-7 Hauptelementen[2] Abstrakte Repräsentation von Anwendungen die auf MPEG-7 basieren[2] Aufbau der MPEG-7 Terminal Architektur[2] Übersicht über die Organisation des MPEG-7 MDS[2] Beispiel einer verbundenen und nicht verbundenen bewegten Region[2] Beispiel einer Beschreibung mit konzeptionellen Aspekt[2] Gerichteter Graph eines RDF Triples[29] Repräsentation des MPEG-7 Creation DS durch RDF Klassen[26] Bereich der DIG35 Spezifikation[31] Basiskonzept von CUIDADO[36] Überblick über die VIP Architektur[37] GUI des Visual Annotation Tools von IBM Basiskonzept von SAMBITS[35] Mediumextrahierungsprozess in XM[2] Suchprozess in XM[2] Medientransformationsprozess in XM[2] Filterprozess in XM[2] Schnittstellenmodell der XM Schlüsselapplikationen[2] Logisches Modell eines Assets Workflow in Media Asset Management Systemen Klassischer und integrierter Prozess[45] Vervielfältigung durch Filter Speichermanagement-Methoden Ausrichtungen der Architekturen[38] Architektur von Architektur der Dubidot Media Suite[43] Katalog, Kategorien und Assets Katalogübergreifende Kollektionen Benutzerverwaltung in MAMmut Zugriffsberechtigungen in MAMmut Die MAMmut-Architektur Darstellung der MAMmut-Serverarchitektur

9 Abbildungsverzeichnis 6.7 Schnittstellendefinition für Filter UML-Aktivitätsdiagramm der Filter&Extrahierungs-Komponente Reguläre und irreguläre Textur Adressierung der Assets A.1 Die ersten vier Noten von Here comes the bride A.2 Die ersten vier Noten von O, Tannenbaum Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 5

10 Tabellenverzeichnis 3.1 Die RDF Klassen[30] RDF Eigenschaften mit zugehörigen Domäne oder Bereich[30] Die 15 Dublin Core Elemente[20] Vergleich Documentum & Vergleich Dubidot Media Suite & Cumulus Allgemeine Metadaten zu Assets in MAMmut Medienspezifische Metadaten zu Assets in MAMmut (1) Medienspezifische Metadaten zu Assets in MAMmut (2) Berechtigungen für MAMmut-Benutzer und -Administratoren Beziehungseigenschaften zwischen Assets auf der semantischen Ebene Beziehungseigenschaften zwischen Assets auf der technischen Ebene Vordefinierte Schlüsselwörter für die Suche in MAMmut B.1 Metadatentypen und ihre Aufgaben[18] C.1 Abbildung der 15 Dublin Core Elemente auf MPEG-7 Descriptoren D.1 Zuordnung Präprozessordefinitionen zu XM Modulen

11 Kapitel 1 Einleitung 1.1 Motivation In der modernen Informationsgesellschaft steht der Mensch vor dem Problem der rasch ansteigenden Datenmengen. Speziell bei multimedialen Daten ist ein exponentieller Anstieg zu erkennen, da sich die Wissenschaft auf dieses Gebiet immer mehr konzentriert[1]. Diese Datenmenge ist aber nur dann von Nutzen, wenn aus dieser Menge zu jeder Zeit der gewünschte Inhalt auch auffindbar ist. Um dies zu ermöglichen, müssen die Daten effizient identifiziert und verwaltet und für jeden leicht zugänglich gemacht werden, was aber durch die unvergleichbare Datenmenge extrem erschwert wird. MPEG (Moving Picture Experts Group) hat sich dieser Problematik durch die Spezifikation der Metadatensprache MPEG-7 auf einer Ebene angenommen, wo speziell audio-visuelle Daten strukturiert und umfassend beschrieben werden, um ein effektives und effizientes Identifizieren und Verwalten dieser Inhalte durch darauf aufbauende Applikationen und Systeme zu ermöglichen. Damit unterstützt MPEG-7 nicht direkt den Menschen beim Auffinden von multimedialen Inhalten, sondern bietet standardisierte Beschreibungen, die von Systemen und Applikationen genutzt werden können. Die relativ junge Disziplin Media Asset Management unterstützt im Gegensatz dazu in erster Linie den Menschen beim Auffinden von Inhalten, und bietet darüber hinaus weitere Funktionen zur Zusammenarbeit von mehreren Teams und Unternehmen sowie zur Verteilung der Inhalte auf verschiedenste Medienplattformen. Für das Auffinden von Inhalten im System ist aber ein effizientes Identifizieren und Verwalten dieser Inhalte erforderlich. Genau an diesem Punkt treffen Media Asset Management und MPEG-7 aufeinander und können sich in einem gewissen Rahmen gegenseitig ergänzen. Benutzer von Media Asset Management Systemen wollen rasch und effizient auf Inhalte zugreifen, wofür das Media Asset Management System umfassende und strukturierte Beschreibungen der Inhalte benötigt. Hier setzt die vorliegende Arbeit an, in der untersucht werden soll, inwieweit MPEG-7 für den Einsatz in Media Asset Management Systemen geeignet ist. Dafür soll der MPEG-7 Standard sowie existierende MPEG-7 Werkzeuge auf die Anwendbarkeit in Media Asset Management untersucht werden. Darüber hinaus soll die Analyse der Interoperabilität von MPEG-7 zu anderen Metadatenformaten Aufschluss für etwaige Schwächen von MPEG-7 geben, die durch das Einbinden dieser in ein Media Asset Management System behoben werden können. Ein weiterer Grund für die Untersuchung der Eignung von MPEG-7 für ein Media Asset Management System ist, dass sich noch keine standardisierte Metadatensprache bei Me- 7

12 Aufbau der Arbeit dia Asset Management Systemen durchgesetzt hat, die allgemein anerkannt und verwendet wird. Stattdessen werden unterschiedlichste Technologien und anwendungsspezifische Metadatensprachen verwendet. 1.2 Aufbau der Arbeit Am Beginn der vorliegenden Arbeit wird eine detaillierte Einführung in die Metadatensprache MPEG-7 gegeben. Es werden die Beschreibungsstrukturen des umfangreichen komplexen Standards herausgearbeitet, um den Leser einen umfassenden Einblick in die Beschreibungsmöglichkeiten von MPEG-7 zu geben und zugleich Stärken und Schwächen des Standards zu identifizieren. Danach wird eine kurze Analyse der Interoperabilität von MPEG-7 zu anderen Metadatenstandards durchgeführt. Anschließend werden aktuelle Projekte und Werkzeuge, die auf MPEG-7 basieren, untersucht, wobei der Schwerpunkt auf die Analyse des MPEG-7 Experimental Models gelegt wird, das nützliche sowie effektive Anwendungen, die auf MPEG-7 basieren, enthält. Nach den Untersuchungen des MPEG-7 Standards werden Lösungsansätze im Bereich Media Asset Management vorgestellt und analysiert, die Einblicke in die Funktionalität, die Wirkungsweise und die verwendeten Technologien dieser Systeme geben. Für den Vergleich der Systeme werden vier etablierte und weltweit eingesetzte Media Asset Management Systeme herausgegriffen und mit Hilfe eines Bewertungskatalogs beurteilt. Aufbauend auf die Untersuchungsergebnisse wird ein Media Asset Management System im letzten Abschnitt dieser Arbeit konzipiert, das die grundlegenden Komponenten und Funktionalitäten eines solchen Systems beinhaltet. Die Metadatensprache MPEG-7 wird dabei intensiv eingesetzt und übernimmt deskriptive, administrative und steuernde Aufgaben. Darüber hinaus wird das MPEG-7 Experimental Model in das System eingebunden, um eine effiziente Merkmalextrahierung sowie Suche für mediale Assets bereitstellen zu können. Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 8

13 Kapitel 2 Der Metadatenstandard MPEG-7 Die Moving Picture Experts Group (MPEG) spezifizierte einen ISO/IEC (International Organisation for Standardisation/International Electrotechnical Commission) Standard, der multimedialen Inhalt in einer strukturierten und normierten Form beschreibt und dadurch vorhandene multimediale Informationen leichter zugänglich macht. MPEG nannte diesen Standard MPEG-7, was für Multimedia Content Description Interface steht. In diesem Kapitel wird zuerst kurz auf die Geschichte von MPEG und deren Standards eingegangen. Bevor mit der umfassenden Beschreibung des MPEG-7 Standards begonnen wird, erfolgt eine genaue Abgrenzung des Anwendungsbereichs von MPEG-7 und eine Schilderung, für welche Rolle MPEG-7 designiert ist. Am Ende des Kapitels werden ungeklärte Punkte von MPEG-7, die in der ersten Version der Spezifikation noch nicht behandelt wurden, analysiert. 2.1 Geschichte von MPEG Die Moving Picture Coding Experts Group wurde im Januar 1988 mit dem Ziel gegründet, Standards für kodierte Repräsentationen von bewegten Bildern und auditiven Daten sowie deren Kombinationen zu definieren. Beim ersten Treffen im Mai 1988 in Ottawa (Kanada) waren 25 Experten beteiligt; heutzutage kommen 350 Experten von 200 Firmen und Organisationen zu diesen Treffen. Die MPEG Group hat insgesamt vier Standards herausgebracht, die im Folgenden kurz beschrieben werden. MPEG-1: Das Hauptziel von MPEG-1 war einen Standard zu liefern, um Musik- und Videodaten in ein attraktives Format zu komprimieren. Damit ist ein schnellerer Zugriff auf diese Daten über das Internet ermöglicht worden. Der Standard besteht grundsätzlich aus vier Teilen, die sich in erster Linie mit der Synchronisation und kodierten Repräsentation von auditiven Daten und Video beschäftigt[5]. Nachteile von MPEG-1 sind die geringe Auflösung von Bildern mit 352x288 Pixel, die schlechte Videoqualität und die konstante Übertragungsrate von nur 1,5 MBit/Sek. Aus diesem Grund wird MPEG-1 nur bei CD-ROMs mit niedriger Datenrate und für spezielle Internetanwendungen verwendet[4]. MPEG-2: Produkte wie set top Boxen für digitales Fernsehen und DVDs (Digital Video Discs) sind auf MPEG-2 aufgebaut. Das MPEG-2 Konzept ist dem von MPEG-1 sehr 9

14 Geschichte von MPEG ähnlich, beinhaltet aber Erweiterungen, wodurch eine größere Applikationsvielfalt abgedeckt wird. Das Hauptaugenmerk bei den Applikationen liegt auf der totalen digitalen Übertragung von TV Videos mit einer variablen Übertragungsrate zwischen 4 und 9 Mbit/Sek. Diese Übertragungsrate ist dank der um 15 Prozent besseren Kompressionsrate gegenüber MPEG-1 erreicht worden. MPEG-2 stellt eine maximale Auflösung von 720x576 Pixel und eine bessere Qualität der Videos als bei MPEG-1 bereit. Der Nachteil von MPEG-2 ist die Filegröße, die im Vergleich zu anderen Medientypen wesentlich größer ist[4]. MPEG-4: Die nächste Errungenschaft von MPEG war die Einführung von MPEG-4. Die bereits beschriebenen Standards konzentrieren sich auf Datentransfer und Datenspeicherung audio-visueller Informationen mit Hilfe von Kompressionen. Mit MPEG-4 wird versucht, audio-visuelle Inhalte neu zu strukturieren und zu organisieren und Technologien bereitzustellen, die die Bedürfnisse der Autoren, Service Provider und End-Verbraucher gleichermaßen befriedigen. Die wichtigsten Funktionalitäten von MPEG- 4 sind[3]: 1. MPEG-4 repräsentiert auditive, visuelle oder audio-visuelle Inhalte durch mediale Objekte 2. MPEG-4 beschreibt die Anordnung der medialen Objekte in einer audio-visuellen Szene 3. MPEG-4 verteilt und synchonisiert die Daten, die mit den medialen Objekten assoziiert sind 4. Der End-Verbraucher kann durch MPEG-4 mit einer audio-visuellen Szene interagieren MPEG-7: Mit MPEG-7 beschreitet MPEG ein neues Gebiet, das sich von den davor entwickelten Standards völlig unterscheidet. MPEG-1, MPEG-2 und MPEG-4 richten sich an kodierte Repräsentationen von audio-visuellem Inhalt zur besseren Datenübertragung. Dagegen ist MPEG-7 eine Beschreibungssprache, die audio-visuellen Inhalt beschreibt und absolut unabhängig von den anderen MPEG Standards verwendet werden kann. Die MPEG-7 Alliance 1 hat den Unterschied von MPEG-1, 2, 4 zu MPEG-7 folgendermaßen treffend definiert[6]: While MPEG-1, 2, and 4 represents the content itself ( the bits ); MPEG- 7 tries to represent the information about the content ( the bits about the bits ). Zwischen Oktober 1996 und Oktober 1998 wurden die Ziele, Anforderungen und der Umfang von MPEG-7 definiert. Ende 1999 bekam MPEG-7 den Status Working Draft, Ende 2000 Committee Draft und Ende 2001 wurde MPEG-7 als Standard verabschiedet[7]. MPEG-21: MPEG-21 ist noch in der Entwicklungsphase und der Final Draft zum Internationalen Standard ist für Juli 2003 geplant. Die Vision von MPEG-21 ist the big 1 MPEG-7 Alliance; Information on MPEG-7 standardization, Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 10

15 Die Hauptelemente des MPEG-7 Standards picture zu spezifizieren. Darunter versteht MPEG ein offenes multimediales Framework, das die Integration aller Komponenten, die zur Erzeugung, Verwendung, Manipulation, Verwaltung und Übertragung multimedialer Inhalte dienen, für ein breites Spektrum von Netzwerken und Geräten ermöglicht. Leider sind ausführliche Informationen über MPEG-21 und seinen involvierten Technologien kaum zu finden[8]. 2.2 Bereichsabgrenzung von MPEG-7 Der Bereich, für den MPEG-7 definiert wurde, ist genau abgegrenzt. Anwendungen zur Extrahierung von Merkmalen, Suchmaschinen, Filteragenten und Programme, die sich Beschreibungen von Inhalten zu nutzen machen, liegen nicht innerhalb von MPEG-7. Hier soll die Industrie durch gegenseitigen Konkurrenzkampf das beste Ergebnis liefern. MPEG-7 konzentriert sich ausschließlich auf die Beschreibung von multimedialen Inhalten. Abbildung 2.1 zeigt ein abstraktes Blockdiagramm einer möglichen MPEG-7 Erzeugungskette, die eine Extrahierung (Analyse), die MPEG-7 Beschreibung und eine Suchmaschine (Anwendung) beinhaltet. Erzeugung der Beschreibung Standard Beschreibung Verwendung der Beschreibung Extrahierung - Inhaltsanalyse - Extrahierung von Merkmalen - Annotationstools - Berechtigungstools Bereich des MPEG-7 Standards - Description Schemata (DSs) - Descriptoren (Ds) - Sprache (DDL) Suchmaschinen - suchen und filtern - Klassifikation - Manipulation - Zusammenfassung Abbildung 2.1: Abstraktes Blockdiagramm einer möglichen Erzeugungskette[2] MPEG-7 erlaubt unterschiedliche Abstraktionsebenen bei der Beschreibungen multimedialer Inhalte. Beschreibungen von unteren Abstraktionsebenen können meist automatisch computerunterstützt extrahiert werden, wobei Beschreibungen, die sich auf semantische Inhalte beziehen, meist manuell von Menschen erstellt werden. Die Medientypen, die für die Darstellung des Informationsmaterials verwendet werden, sind für MPEG-7 Beschreibungen nicht von Bedeutung[2]. 2.3 Die Hauptelemente des MPEG-7 Standards Der Standard bietet die Möglichkeit, multimediale Inhalte sowohl in unterschiedlichen Anwendungen als auch in differenten Umgebungen zu beschreiben, was natürlich ein flexibles und erweiterbares Framework verlangt. Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden folgende Elemente in MPEG-7 spezifiziert. Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 11

16 Die Hauptelemente des MPEG-7 Standards Descriptoren Descriptoren repräsentieren Merkmale eines audio-visuellen Inhalts. Ein Descriptor definiert somit die Syntax und die Semantik der Beschreibung eines speziellen Merkmales. Genau betrachtet beinhaltet ein Descriptor eine Wertemenge, die ein Merkmal beschreibt. Der Descriptor für das Merkmal Form (Rechteck, Polygon... ) würde z. B. die Wertemenge der Eckpunkte im Koordinatensystem definieren. Die Information, die ein Descriptor beinhalten kann, ist jedoch meist viel komplexer und geht von Signalverläufen über emotionale Inhalte bis zu detaillierten Klangmodellen[2] Description Schema Ein Description Schema besteht aus einer oder mehreren Komponenten. Eine DS-Komponente kann entweder ein Descriptor oder ein Description Schema selbst sein. Die eigentliche Information, die ein DS beinhaltet, ist die Struktur und Semantik der Beziehungen ihrer Komponenten. Im Allgemeinen ist ein Description Schema ein Modell aus multimedialen Objekten, das die Zusammenhänge dieser Objekte definiert[2] Description Definition Language Die Description Definition Language ist jene Sprache, auf die der komplette MPEG-7 Standard aufgebaut ist. Sie basiert auf XML Schema und besitzt spezifische Erweiterungen. Ein XML Schema definiert eine Klasse von XML Dokumenten, indem es die Struktur durch Einschränkungen auf ihre Elemente, Datentypen, Attribute und Inhalte spezifiziert[14]. Weitere Informationen über XML Schema erfolgen im Abschnitt Die DDL ermöglicht die Erzeugung neuer sowie die Änderung bestehender Description Schemata und Descriptoren. Sie definiert die syntaktischen Regeln, wie Descriptoren und Description Schemata kombiniert und ausgedrückt werden. Es werden räumliche, zeitliche, strukturelle und konzeptionelle Beziehungen der Elemente innerhalb einer DS bzw. auch zwischen den einzelnen Description Schemata spezifiziert. Des Weiteren ist die DDL plattform- und applikationsunabhängig und für den Menschen leicht lesbar[2]. Die Erweiterung bestehender und Erzeugung neuer Descriptoren und Description Schemata durch die DDL wird aus folgendem Grund für notwendig erachtet. MPEG definiert einige hundert Descriptoren und Description Schemata, die als normativ gelten und für keinen speziellen Anwendungsbereiche spezifiziert wurden. Die Praxis hat gezeigt, dass diese Description Schemata nicht alle Beschreibungsmodelle der multimedialen Welt abdecken können. Durch die Festlegung der DDL können anwendungsspezifische Descriptoren und Description Schemata definiert werden. Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des MPEG-7 Standards ist dadurch gegeben. Im Abschnitt befinden sich weitere Beschreibungen und technische Details über die DDL Systemwerkzeuge Die Systemwerkzeuge stellen Funktionen bereit, die zur Verteilung und Synchronisation der Beschreibungen und Inhalte dienen und ermöglichen eine textuelle und binäre Darstellung der Beschreibungen. Die textuelle Darstellung der MPEG-7 Beschreibung erfolgt mittels der Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 12

17 Die Hauptelemente des MPEG-7 Standards DDL im XML Format. Die binäre Darstellung erfolgt in einem Binärformat genannt BiM (Binary Format for MPEG-7) und dient der verlustlosen und einfachen Datenübertragung. Eine weitere wichtige Funktion der Systemwerkzeuge liegt im Schutz und der Verwaltung von geistigem Eigentum. Darunter sind Mechanismen zu verstehen, die unbefugte Zugriffe sowie Änderungen oder Verwendungen der Beschreibungen verhindern. Weitere detaillierte Erläuterungen über Systemwerkzeuge erfolgen im Abschnitt Zusammenhänge der einzelnen Elemente Um ein besseres Verständnis der Terminologie von MPEG-7 zu bekommen, werden hier die Zusammenhänge der einzelnen Hauptelemente dargestellt. Abbildung 2.2 zeigt die Beziehungen zwischen den Hauptelementen von MPEG-7. Description Definition Language Definition Tags => Erweiterung D5 DS1 Instanziierung <szene id=1> <zeit> <kamera> <annotation> </szene> D3 D1 D2 D9 D7 D10 D6 D4 D8 D1 DS2 Strukturierung D2 DS4 D3 DS3 D6 D4 D5 kodieren & senden 0101 Descriptoren Description Schemata Systemwerkzeuge Abbildung 2.2: Graphischer Überblick über die Beziehungen zwischen den verschiedenen MPEG-7 Hauptelementen[2] Der Ausgangspunkt ist die DDL. Sie ermöglicht die Definition der sogenannten Beschreibungswerkzeuge; der Descriptoren und der Description Schemata. Die normativen Descriptoren sind von MPEG definiert worden und liegen ohne jegliche Strukturierung vor. Mit den Description Schemata werden die Descriptoren strukturiert, indem sie die Beziehungen der Descriptoren zueinander bzw. auch zu weiteren Description Schemata beschreiben. Darüber hinaus sind noch Erweiterungen der Beschreibungswerkzeuge mit Hilfe der DDL möglich, um anwendungsspezifische Beschreibungen zu definieren. Werden aus dieser Gesamtmenge an Beschreibungswerkzeugen einige herausgenommen und instanziiert, dann entsteht dadurch ein spezieller Beschreibungstyp. Die möglichen Formate des Beschreibungstyps sind XML oder BiM[2]. Versucht man nicht nur den Standard selbst darzustellen, sondern bezieht darüber hinaus noch die möglichen Anwendungen, die auf MPEG-7 basieren, ein, dann könnte ein Gesamts- Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 13

18 Teile des MPEG-7 Standards zenario mit MPEG-7 in der Praxis wie in Abbildung 2.3 aussehen. Eine Beschreibung eines audio-visuellen Inhalts wird entweder manuell (Mensch) oder durch automatische Extrahierung (Applikationen) erzeugt. Diese Beschreibung wird danach gespeichert (Datenbank, Extrahierung von Merkmalen AV Beschreibung multimediale Daten manuel/automatisch Suche/Anfrage Speicherung Dekodierung Browse Anpassungs punkte Kodierung Übertragung Anwender & intelligente Systeme Filter Abbildung 2.3: Abstrakte Repräsentation von Anwendungen die auf MPEG-7 basieren[2] Repository... ) oder an andere Systeme weitergeleitet. Versucht nun eine Anwendung Anfragen an das Beschreibungsrepository zu stellen, bekommt sie eine Liste von Beschreibungen zurück, die der Anfrage entsprechen. Eine einfache Anzeige, eine Manipulation oder ein Zugriff auf den Inhalt der Beschreibung ist dann ohne weiteres möglich. Ein anderes Szenario könnte das Selektieren von Beschreibungen durch einen Filter (z. B. intelligenter Agent) sein. Dieser sucht nach allen vorhandenen Beschreibungen, selektiert diese nach gewissen Vorschriften aus und führt danach die vorprogrammierten Aktionen aus[2]. An den Schnittstellen zwischen Repository bzw. anderen Speichersystemen und den Applikationen ist eine MPEG-7 Konformität gefordert ( Anpassungspunkte ). Ein Anpassungspunkt ist eine wohl-definierte Teilmenge von MPEG-7 Werkzeugen, die eine exakte Lösung für die Interoperabilität einer bestimmten Applikationsklasse ermöglicht. D.h., an diesen Stellen muss eine Abstimmung zwischen den MPEG-7 Beschreibungen und den darauf zugreifenden Applikationen erfolgen[9]. 2.4 Teile des MPEG-7 Standards Die Komplexität und Größe von MPEG-7 erfordert die Zerlegung des Standards in sieben Teile. Jeder Teil übernimmt eine andere Aufgabe, indem die zuvor erwähnten Beschreibungswerkzeuge unterschiedlich eingesetzt werden. Kein Teil ist als selbständig zu betrachten. Erst durch das Zusammenführen aller Teile entsteht eine Beschreibungseinheit für audio-visuelle Inhalte. Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 14

19 Teile des MPEG-7 Standards MPEG-7 Systems Die Hauptaufgabe von MPEG-7 Systems ist die Aufbereitung von MPEG-7 Beschreibungen, um effizienten Datentransfer und Speicherung, Synchronisation von Inhalt und Beschreibung sowie Verwaltung und Schutz von intellektuellem Eigentum zu ermöglichen. Die Anforderungen an MPEG-7 Systems werden im folgenden Abschnitt beschrieben. Anschließend wird der Aufbau und die Funktionsweise der MPEG-7 Terminal Architektur erklärt Anforderungen an MPEG-7 Systems Die MPEG-7 Systemanforderungen können in vier Teile unterteilt werden, wobei die ersten drei Teile das Versenden der kodierten audio-visuellen Daten ermöglichen. Der vierte Teil spezifiziert Sprachen zur Repräsentation von Description Schemata und von binären sowie dynamischen Beschreibungen[10]. 1. Datenübertragung: MPEG-7 Beschreibungen multimedialer Inhalte sollen mit Hilfe von verschiedenen Datenübertagungsprotokollen versendet werden. Darüber hinaus muss eine Zerstückelung der Beschreibung in einzelne kleine Teile möglich sein, da des Öfteren nur eine geringe Bandbreite bei Datenübertragungen zur Verfügung steht. 2. Synchronisation: Verschiedene Komponenten einer audio-visuellen Präsentation stehen i. a. in einer zeitlichen Relation. Es wird eine genaue Definition der zeitlichen Zusammenhänge der Komponenten benötigt, damit das Erzeugen und Präsentieren der Komponenten zeitlich korrekt abläuft und temporär synchronisiert werden kann. Diese Aufgabe übernimmt die Übertragungsebene, die im nächsten Abschnitt genauer beschrieben wird. 3. Datenstrommanagament: Das Management eines audio-visuellen Datenstromes beinhaltet Mechanismen, mit denen eine Applikation den Datenstrominhalt verarbeiten kann. Diese Mechanismen ermöglichen die exakte Lokalisierung der Daten, die Identifikation der Datentypen, die Beschreibung der Abhängigkeit zwischen den Datenelementen, die Assoziation von Beschreibungen mit dem Inhalt und den Zugriff auf intellektuelles Eigentum. 4. Repräsentation: MPEG-7 Beschreibungen sollen durch zwei Formate repräsentiert werden. Ein Format, das für den Menschen leicht lesbar und plattform-unabhängig ist und ein Format, das eine verlustlose und einfache Datenübertragung garantiert. Wie diese Anforderungen in MPEG-7 umgesetzt worden sind, wird im Anhang A.1 anhand eines konkreten Beispiels gezeigt MPEG-7 Terminal Architektur MPEG-7 Systems stellt die Mittel zur Repräsentation von kodierten Beschreibungen multimedialer Inhalte bereit. Jene Entitäten, die davon Gebrauch machen, werden im Allgemeinen MPEG-7 Terminal genannt. Die MPEG-7 Metadaten können gemeinsam oder unabhängig von dem durch sie beschriebenen Inhalt über beliebige Protokolle der Transportschicht übertragen werden. Es besteht eine bidirektionaler Kommunikation zwischen dem Sender (z. B. Erzeugungsoftware der MPEG-7 Beschreibung) und Empfänger (Applikation), wobei die Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 15

20 Teile des MPEG-7 Standards Daten komprimiert und verschlüsselt gesendet werden können. In Abbildung 2.4 ist die MPEG-7 Terminal Architektur mit den drei Hauptebenen Applikation, Kompressions- und Übertragungsebene dargestellt[10]. Applikation APIs Schema Dekoder Schemastreams BiM/Text- Dekoder Beschreibung Dekoder Übertragungsebene Rekonstruieren BiM/Text- Parser Descriptionstreams definiert Multimediastreams beschreibt upstream Daten elementare Datenströme Demultiplexer Demultiplexer Kompressionsebene MPEG-2 IP MP4 Transport-/Speichermedium Abbildung 2.4: Aufbau der MPEG-7 Terminal Architektur[2] Auf der untersten Ebene der MPEG-7 Terminal Architektur befindet sich das Transportbzw. Speichermedium. Dieses Medium liefert der darüber liegenden Übertragungsebene die Datenströme. Die Übertragungsebene stellt Mechanismen zur Synchronisation und Zerlegung von Datenströmen bereit. Hier erfolgt die Übertragung der MPEG-7 Beschreibungen in Form elementarer Datenströme an die Kompressionsebene. Die Beschreibungen können gemeinsam mit dem multimedialen Inhalt oder separat weitergeleitet werden[10]. Die elementaren Datenströme beinhalten fortlaufende individuell erreichbare Teile von Daten, die Access Units genannt werden. Diese Access Units enthalten folgende zwei Informationen: Schema Streams definieren die Struktur einer MPEG-7 Beschreibung. Diese Information wird nur dann benötigt, wenn die Applikation kein Wissen über das Schema hat, das zur Generierung der Beschreibung benötigt wird. Description Streams weisen entweder die komplette MPEG-7 Beschreibung oder Fragmente dieser Beschreibung auf. Access Units sind die kleinsten Einheiten denen eine atomare Zeitinformation zugeordnet werden kann. Die Fragment Update Units stellen eine weitere Unterteilung von Access Units Copyright TU Graz, TU Dresden, Andreas Thun 16

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