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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.

32

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

39 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken 25 über Nordwest Nord Nordost l i n k s West Referenz- objekt Ost r e c h t s Abbildung3.2:R umlicheeinteilungdurchrichtungsbeziehungen Südwest Süd Südost unter)verzichten.f reineeinfacherebeschreibung,vorallembeideranfrageformulierung,sinddieseimansatzvon[l S96]zus tzlichenthalten.sowirdzumbeispiel f rdiebeziehunglinksnurdasvertikaleintervall(nordwest,west,s dwest)betrach- Intervalle(Nordwest,Nord,Nordostbzw.S dwest,s d,s dost)inbetracht. tet.entsprechendkommenf rdiebeziehungen berundunternurdiehorizontalen PrinzipiellkannmanaufdieallgemeinenRichtungsbeziehungen(links,rechts, berund unter einestartkoordinateasundeineendkoordinateaemitasaedargestelltwerden. einerkoordinatenachseangeordnet.derbereich,deneinobjektabelegt,kanndurch menh ngeimeindimensionalenraumbetrachtetwerden.dieobjektesinddabeiauf F reineformaledenitionderrichtungsbeziehungenm ssenzun chstdiezusam- F rzweiobjekteaundbsind13verschiedenebeziehungenf rihreanordnungaufder belleenth ltdiebezeichnungderrelation.inderzweitenspaltewirdf rdieserelation an.aufbauendaufdieimeindimensionalenraumdeniertenr umlichenbeziehungen Koordinatenachsem glich.diesesindintabelle3.2deniert.dieerstespaltederta- k nnenformaledenitionenf rdieinabbildung3.2dargestelltenrichtungsbeziehungen einsymboldeniert,unddiedrittespaltegibteineformaledenitionderbeziehung derinihnenangegebenenrelationen.zumbeispielistaxfb;m;ogbx quivalentzu angegebenwerden.tabelle3.3,welcheaus[li98]entnommenwurde,fa tdiesedeweisegew hlt.diegeschweiftenklammernentsprechendabeieineroder-verkn pfunnitionenzusammen.f reinebessere bersichtlichkeitwurdeeineverk rzendeschreib-

40 26Relation SymbolDenition graschedarstellung 3.2.R umlicheanfragen AbeforeB AmeetsB mb Ae<Bs AoverlapsB o Ae=Bs AduringB d As<Bs<Ae<Be AstartsB Bs<As<Ae<Be AfinishesB s As=Bs^Ae<Be Abefore 1B f Bs<As^Ae=Be B Ameets 1B b 1 As>Be B Aoverlaps 1B m 1 o 1 As=Be Ae>Be>As>Bs B B A A A A A A A A B A B B B Aduring 1B Astarts 1B d 1 As<Bs<Be<Ae B Afinishes 1B s 1 As=Bs^Ae>Be B AequalB f 1 e Bs>As^Ae=Be As=Bs^Ae=Be A B A B A AxbBx_AxmBx_AxoBx.DurchdieBezeichnungAxbzw.Aywirdf reinobjekta Tabelle3.2:BeziehungenimeindimensionalenRaum A B diejeweiliger umlichedimensionangegeben,aufdiesicheinerelationbezieht. gischebeziehungzweierobjektew rezumbeispieleiner umliche berlappungoder sicheinobjektbez glicheinesanderenbendet,dienendietopologischenbeziehungen derabbildungvonnachbarschaftsverh ltnissenzwischendenobjekten.einetopolo- W hrenddierichtungsbeziehungendieallgemeinerichtungbeschreiben,inwelcher dasenthaltenseineinesobjektesineinemanderen.in[l S96]werdenaufbauendauf einerarbeitvonpullarundegenhoferin[ef91,pe88]sechstopologischebeziehungenf rmmdbmsvorgeschlagen.abbildung3.3enth lteinegraschedarstellungder nachfolgendformaldeniertentopologischenbeziehungen: AequalB,wenngilt:AxfegBx^AyfegBy.

41 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken Relation Name Denition 27 As dlichvonb An rdlichvonb AwestlichvonB A stlichvonb S d Nord West Axfd;d 1;s;s 1;f;f 1;egBx^Ayfb;mgBy AnordwestlichvonBNordwest(Axfb;mgBx^Ayfb 1;m 1;o 1gBy)_ Ost Axfd;d 1;s;s 1;f;f 1;egBx^Ayfb 1;m 1gBy Axfb;mgBx^Ayfd;d 1;s;s 1;f;f 1;egBy Anord stlichvonb Axfb 1;m 1gBx^Ayfd;d 1;s;s 1;f;f 1;egBy As dwestlichvonb Nordost (AxfogBx^Ayfb 1;m 1gBy) (Axfb 1;m 1gBx^Ayfb 1;m 1;o 1gBy)_ As d stlichvonb S dwest (Axfo 1gBx^Ayfb 1;m 1gBy) (Axfb;mgBx^Ayfb;m;ogBy)_ AlinksvonB S dost (AxfogBx^Ayfb;mgBy) ArechtsvonB links (Axfb 1;m 1gBx^Ayfb;m;ogBy)_ AunterB rechts (Axfo 1gBx^Ayfb;mgBy) A berb unter ber Axfb;mgBx Axfb 1;m 1gBx Ayfb;mgBy Tabelle3.3:DenitionderRichtungsbeziehungen Ayfb 1;m 1gBy AcoverB,wenngilt: AinsideB,wenngilt:AxfdgBx^AyfdgBy. AoverlapB,wenngilt: (Axfd 1gBx^Ayff 1;s 1;egBy)_(AxfegBx^Ayfd 1;f 1;s 1gBy)_ (Axff 1;s 1gBx^Ayfd 1;f 1;s 1;egBy): AtouchB,wenngilt: Ayfo;o 1;s;d;fgBy)_(Axfo;o 1gBx^Ayfo;o 1;f;f 1;d;d1;s;s 1;egBy): (Axfs;d;fgBx^Ayfo;o 1;d 1;f 1;s 1gBy)_(Axfe;d 1;f 1;s 1gBx^ AdisjointB,wenngilt:Axfb;b 1gBx_Ayfb;b 1gBy. (Axfm;m 1gBx^Ayfd;d 1;s;s 1;f;f 1;o;o 1;m;m 1;egBy)_ (Axfd;d 1;s;s 1;f;f 1;o;o 1;m;m 1;egBx^Ayfm;m 1gBy): beschreibendenr umlichenabstandvonobjekten.eineeinfachebeschreibungdiesesabstandeskanndurchpr dikate,wiezumbeispielweitentferntoderindern he AlsletzteKlassevonBeziehungensollendieDistanzbeziehungenbetrachtetwerden.Sie

42 R umlicheanfragen A B A B A B A disjoint B A touch B A inside B B contains A A B A B A B von,erfolgen.derabstandzweierobjektekannaberauchdurcheinenkonkretenwert A overlap B A covers B A equal B angegebenwerden,zumbeispielfindealletelefonzellenimumkreisvoneinemkilometer.f rbeideartenderbeschreibungdesabstandesvonobjektenzueinanderwird Abbildung3.3:TopologischeBeziehungen B covered by A eineregion(minimalesumschreibendesrechteckoderpunktmenge)repr sentiertwerden,verwendenzuk nnen,mu manf rdieregionenreferenzpunktedenieren.eine M glichkeitw re,denmittelpunktderregionalsreferenzpunktzuverwenden.die Distanzfunktionmu dabeifolgendebedingungenerf llen: 1.L(p;q)=L(q;p), erpunktebasierendedistanzfunktionauchf robjekte,welcheimallgemeinendurch imraumrnaufeinennichtnegativenwertabbildet.umdieseaufdemabstandzwei- einedistanzfunktionben tigt.diesisteinefunktionl,welchezweipunktepundq DieallgemeineDenitionderDistanzfunktionDlautet: 2.L(p;q)0;L(p;q)=0,genaudannwennp=qund 3.Dreiecksungleichung:L(p;r)L(p;q)+L(q;r). F rverschiedenemsinddabeispezielledistanzfunktionendeniert.diebekanntesten L(p;q)=mvutnXi=1(jpi qij)m;m2n tionensindhierbei: undimzusammenhangmitr umlichenbeziehungenamh ugstenverwendetenfunk- f rm=1diemaximaledistanzl1. f rm=2dieeuklidischedistanzl2und f rm=1diemanhattan-distanzl1,

43 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken R umlicheoperationen 29 dellf reinmmdbmszus tzlichoperationenaufdenr umlichendaten.diesewerden NebenderDarstellungvonr umlichenabh ngigkeitenenth lteinr umlichesdatenmo- berechnen.eineauistungm glicherr umlicheroperationen,wieintabelle3.4,kann nichtdenanspruchaufvollst ndigkeiterheben,dadiesestarkvomkonkretendaten- denmediendatenabzuleitenoderumverschiedeneattributederr umlichenobjektezu ben tigt,umzumbeispieldenanfrageproze zuunterst tzen,bestimmtemerkmaleaus dungenspezielleoperationen.diesezuunterst tzen,kannaberimhinblickaufdie modelldereinzelnenmmdbmsabh ngen.zus tzlichben tigenverschiedeneanwen- Anwendungsunabh ngigkeitnichtaufgabedesmmdbmssein.trotzdemsollteeine Grundmengevonallgemeinen,h ugben tigtenoperationenalsteildesr umlichen Datenmodellsangebotenwerden. undergebnistypenaufgelistet.dabeilassensichanhanddesresultat-typsdreiarten sowohlf rdieoperandenalsauchf rdasergebnisderoperation.intabelle3.4wurden diewichtigstenoperationenaufr umlichendatenunddiedazugeh rigenoperanden- WichtigimZusammenhangmitOperationenistdiegenaueSpezikationderTypen vonfunktionenunterscheiden: Testoperationenaufbestimmtenr umlichenbeziehungenzwischendenobjekten Operationen,dienummerischeWerte hnlichdenaggregatfunktionenaufalphanumerischendatenberechnenund (vgl.abschnitt3.2.2),welcheeinenboole`schenwertberechnen, verschiedenemengenoperationenzwischendenregionen. DieimunterenTeilderTabelle3.4aufgef hrtedurchschnitts-operationkannalsr umlicher-join[sa95],auchspatial-joingenannt,genutztwerden.allgemeinwerdenbei r umlichenbeziehungen,sosprichtmanvoneinemspatial-join.beidereingangserw hntendurchschnitts-operationwerdenzweimengenvonregionenbez glichihrer einem-joinvergleichezwischenattributendurchgef hrt,diebez glichvergleichbar sind,wobeieinenvergleichsoperatordarstellt.basiertdieservergleichsoperatorauf allediest dte,dieaneinemseeliegen.w reeinem glicheanfrage,welcheaufeinem nisregionenthaltensind.einbeispielsolldiebedeutungvonspatial-joinsnocheinmal unterstreichen.gegebenisteinemengevonst dtenundeinemengevonseen.finde r umlichenlageverglichen,wobei bereinstimmendepaarevonregioneninderergebmodell,welcheseinemkonkretenmmdbmszugrundeliegt. Operationen.KonkreteOperationenaufr umlichendatensindabh ngigvomdaten- Spatial-Joinberuht. DieinTabelle3.4aufgef hrtenoperationensindnureinekleineauswahlm glicher

44 30 Name Operand1Operand2Ergebnis 3.3.ZeitbezogeneAnfragen equal,touch,inside,overlap,cover, disjoint Region Region Boole`scherWert nord,ost,s d,westregion nordost,nordwest, s dost,s dwest links,rechts, ber, unter Abstand L nge Region Boole`scherWert Umfang Fl che Linie Mittelpunkt Durchschnitt Vereinigung nummerischerwert Dierenz Region Region Punkt Tabelle3.4:R umlicheoperationen Region 3.3 keit.besondersimzusammenhangmitdencontinuous-datentypen,wieaudio-und EinweitereswesentlichesMerkmalvonMultimedia-DatenistderenzeitlicheAbh ngig- ZeitbezogeneAnfragen Datenmodell,inwelchemsichdiezeitlichenBeziehungendarstellenlassenundwelches Videosequenzen,isteineModellierungderzeitlichenBeziehungengrundlegendf rein allgemeinben tigteoperationenaufdenzeitbezogenendatenanbietet.beidessollin vorpersonbauftaucht.voraussetzungf rsolcheanfragenisteingeeigneteszeitliches MMDBMS.Dieserm glichtanfragenwiefindeallestellenindemvideo,wopersona dennachfolgendenabschnittenn heruntersuchtwerden. den,wiejahr,monat,tag,stunde,minute,sekundeundmillisekunde. Zeitdargestelltwird.ImallgemeinenwirdhierbeizwischendiskretenWertenunterschie- EinwesentlicherAspektdeszeitlichenDatenmodellsistdieGranularit t,mitderdie zwischeneinzelnenkomponenteninnerhalbeinesmedienobjektes,zumbeispielzeitpunktdesauftauchensbestimmterpersonenineinervideosequenz,alsauchzwischen InvielenMultimedia-DatenexistierenzeitlicheBeziehungen.Diesebestehensowohl ZeitlicheBeziehungen Abschnittekanneinzeitabh ngigesmedienobjektindieseabschnittezerlegtwerden, verschiedenenmedienobjekten.aufgrundderbesonderensemantikeinzelnerzeitlicher

45 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken welchenachfolgendauchalssequenzenbezeichnetwerden.einbeispielf reinesolchesequenzisteineszeneineinemvideolm.diezeitlicheninformationen,diemit 31 Eigenschaftencharakterisieren: einersequenzverkn pftsind,lassensichdabeidurchdienachfolgendaufgelistetendrei BeginneinerSequenz, DauerderSequenzund typendenieren: AngelehntandiesecharakteristischenEigenschaftenvonSequenzenlassensichdreiZeit- SynchronisationderSequenzmitanderenSequenzen. Zeitintervall:Sei[ N;]eineOrdnung berdiezeitundaundbzwei Zeitpunkt:EinZeitpunktisteinSonderfalleinesZeitintervalls,beidemdieIntervalluntergrenzegleichderIntervallobergrenzeist. Zeitintervallunda(b)istdieUnter-bzw.ObergrenzedesZeitintervalls. ElementedieserOrdnungmitab.DannistdieMengefx2 jaxbgein Zeitspanne:DerAbstandzwischenderOber-undderUntergrenzeeinesZeitintervallsisteineZeitspanneschriebenwerden.FestbedeutetindiesemZusammenhang,da diezeitangabengenau DerZeitpunktunddieDauereinesEreignissesk nnenentwederfestoderexibelbe- SpieledasMusikst cknachdemendedesvideos,bisdasmusikst ckbeendetist. festgelegtsind.zumbeispiel:spieledasmusikst ckum9uhrf reinedauervon unddiedaueruntereinhaltungbestimmterbeziehungenvariiertwerden,beispielsweise: 5Minutenund23Sekunden.SinddieZeitangabenexibel,sokannderStartzeitpunkt heuteallgemeinakzeptiertenbeziehungenwerdenalsgrundlagef rfastallezeitlichen in[all83]durchgef hrtund13beziehungenzwischenzeitintervalleneingef hrt.diese wirdalssynchronisationbezeichnet.umfangreicheuntersuchungendazuhatallen EineBeschreibungderzeitlichenAbh ngigkeitenzwischendenmultimediaobjekten r umlicheachsedurcheinezeitachse,diesystemweiteindeutigist,sokanndiesedenition bernommenwerdengenimeindimensionalenraumintabelle3.2deniert.ersetztmandieeindimensionale ModelleinMMDBMSgenutzt.DieBeziehungenwurdenbereitsalsr umlichebeziehun- festemodellewerdensehrh ugbenutzt,dasiesehreinfachsind.siehabenaber dennachteil,da diezeitlichenbeziehungenf rjedesobjektindividuellbeschrieben zeitlichfestenmodellenundzeitlichexiblenmodellenunterschiedenwerden.zeitlich EntsprechendderDarstellungderZeitintervalle(festoderexibel)kannzwischen EintypischerVertreterzeitlichfesterModelleistdasTimeline-Model[Pra97a,HK96], welchesdiemultimediaobjekteaufeinerzeitachseanordnet.zeitlichexiblemodelle werden,undsomitdiebeziehungenzwischendenobjektenunber cksichtigtbleiben.

46 32 Name Operand1Operand2Ergebnis 3.3.ZeitbezogeneAnfragen obereintervallgrenze untereintervallgrenze nishes,during,overlaps,equal ZeitintervallZeitintervallBoole`scherWert Zeitspanne Intervalll nge before,meets,starts, Zeitpunkt Durchschnitt,Vereinigung,Dierenz ZeitintervallZeitintervallZeitintervall Intervall k rzen/strecken <;>;;;= +oder- ZeitintervallZeitspanne Abstand Durchschnitt Zeitspanne Zeitpunkt Boole`scherWert <;>;;;= Zeitpunkt ZeitintervallZeitpunktZeitpunkt +oder- Zeitspanne Tabelle3.5:ZeitbezogeneOperationen Zeitspanne Zeitspanne Boole`scherWert Zeitspanne ziehungenzwischendenobjekten.zurmodellierungderbeziehungenzwischenden kn pfendenstartzeitpunktunddiezeitspanneanbestimmtebedingungenundanbeziehungenwirdvonv.s.subrahmanianin[sub98]vorgestellt.hierbeiwerdensogenanntedierenzenconstraints,einemengevoneinschr nkendenbedingungender vonbedingungengenutzt.einweiteresmodellzurdarstellungzeitlichexiblerbe- werdendietransitionenalssynchronisationspunkteunddieplaceszurmodellierung ObjektenwerdenverschiedeneArtenvonPetri-Netzen[DAPG98]eingesetzt.Dabei f hrlichebeschreibungderverschiedenenzeitlichenmodelleseiaufdieliteraturverwie- sen[dapg98,pra97a]. Form:Startzeitpunkt_Objekt1 Endzeitpunkt_Objekt2Konstante,f rdiebeschreibungzeitlicherabh ngigkeitenzwischenmedienobjektenbenutzt.f reineausschaftendermedienobjektewerdenzeitbezogeneoperationenben tigt.f rdienachfolgendeauistungverschiedeneroperationengiltdieselbeeinschr nkungwief rdie Auistungr umlicheroperationeninabschnitt3.2.3.esk nnennurdiegrundlegenden Operationenbetrachtetwerden,welchemaninjedemMMDBMSben tigt. EinteilungnachdenverschiedenenZeittypenausdemvorhergehendenAbschnittvorgenommenwurde.DieSpaltenderTabelleenthaltenjeweilsdenNamenderOperation,die ZurUnterst tzungzeitlicheranfragenundzurberechnungbestimmterzeitlichereigen ZeitbezogeneOperationen InTabelle3.5sinddiewichtigstenzeitbezogenenOperationenaufgef hrt,wobeieine

47 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken Typenf rdieoperandenunddentypdesergebnissesderoperation.beieinstelligen 33 denzweitenoperandenleer. Operationen,wiezumBeispieldieBerechnungderIntervallgrenzen,bleibtdasFeldf r zuanderenintervallen(before,meetsusw.),mengenoperationenzwischenmehrerenintervallenunddieberechnungvonintervalleigenschaften,wiel ngeeinesintervallsund TypischeOperationenaufZeitintervallensindderTestaufbestimmteBeziehungen dieintervallgrenzen.beidenmengenoperationenm sseneinigesonderf llebeachtet Intervall,sonderneineMengevonzweiIntervallen.Ebensoerh ltmanbeiderberechnungderdierenzzweierintervalle,wobeidaszweiteintervallindemerstenenthalten ist,alsergebnis,anstelleeineseinzelnenintervalles,zweidisjunkteintervalle.umtrotz dieserabweichungeneineeindeutigesemantikf rdieoperationenfestlegenzuk nnen, behandelndiemeistenkonkretensystemediesesonderf llealsundeniertundliefern werden.soistdasergebnisdervereinigungzweierdisjunkterintervallekeineinzelnes isteineadditionundsubtraktioneinerzeitspannezubzw.voneinemzeitpunktoder den.hierzustehendievergleichsoperatoren<;>;;;=zurverf gung.au erdem alsergebniseinennullwert. einerzeitspannem glich.f reinenzeitpunktl tsichzus tzlich berpr fen,oberin ZweiZeitpunktebzw.zweiZeitspannenk nnenjeweilsmiteinanderverglichenwer- einemzeitintervallliegt(durschnitt),oderderabstandzwischenzweizeitpunktenkann bestimmtwerden. 3.4 AnfragenintraditionellenrelationalenoderobjektorientiertenDBMSbasierenaufexaktenAnfragen,beidenengenaudieTupelbzw.ObjekteimAnfrageergebnisenthalten UnscharfeAnfragen sind,dieallespeziziertenkriteriendesanfrageausdruckesexakterf llen.gen gtein schnitt2.1erl utert,sehrkomplexsindundgr tenteilsunstrukturiertvorliegen.dem ten.w hrenddieseransatzf rkonventionelledbmsvollkommenausreicht,st tman imzusammenhangmitmultimedia-datenaufprobleme,dadiese,wiebereitsinab- DatenobjektnureinemTeilderKriterien,soistesnichtinderErgebnismengeenthal- Anwenderistesdadurchnichtimmerm glich,diegesuchtenmultimediaobjektegenau schonnichtmehrinderergebnismengeenthalten,obwohlsiedenanforderungendes den,ineineranfragenur u erstschwerodergarnichtausdr cken.desweiterensind beiexaktenanfragenobjekte,dienurwenigvondenanfragepr dikatenabweichen, zuspezizieren.sol tsichbeispielsweisederinhaltvonbildern,welchegesuchtwer- Nutzersgen gth tten.umdiesenproblemenzubegegnen,werdeninmmdbmszus tzlichunscharfeanfragenben tigt.damitsindallediejenigenverfahrenundmethoden gemeint,dieeinenichthundertprozentigeexaktesucheunterst tzen.h ugbedient Ausf hrungenbeschr nkensichaufdieimzusammenhangmitanfragenanmmdbms wichtigenmethoden.f reineumfangreichebetrachtungdesgesamtengebietesdesinformationretrievalseiandieserstelleauf[br99]verwiesen.daderanfrageproze von mansichdazuverschiedenermethodendesinformationretrieval.dienachfolgenden

48 demaustraditionellendbmsbekanntenabweicht,wirddiesernachfolgenderl utert UnscharfeAnfragen Anschlie endwerdendieverschiedenenm glichkeitenzurformulierungvonunscharfen Anfrageausdr ckeninmultimedia-anfragesprachenvorgestellt. UmbeiderVerwendungvonunscharfenAnfrageninMMDBMSguteSuchergebnisseerzielenzuk nnen,m ssenimvergleichzukonventionellendbmseinige nderungenim DerAnfrageproze Anfrageproze vorgenommenwerden.dasichdiese nderungenauchaufdieanforderungenaneinemultimedia-anfragespracheauswirken,wirdderanfrageproze indiesem Abschnittgrobbeschrieben.DerAnfrageproze bestehtausdenfolgendenschritten: 1.Anfragespezikation, 2.AnfragebearbeitungundOptimierung, 4.Anfrage-Iteration. 3.Anfragebeantwortungund ImerstenSchrittspeziziertderNutzerseineAnfrage.DieAnfragesprachesolltedazu dieanfrageimzweitenschrittaufeineinternedarstellungabgebildet.dabeisollte durchdasmmdbmseineoptimierungdurchdiebestimmungeinesoptimalenausf hrungsplanesdurchgef hrtwerden.umbeieinerunscharfenanfrageentscheidenzu exakteundunscharfepr dikateunterst tzen. hnlichwieintraditionellendbmswird k nnen,welcheobjektezurergebnismengegeh ren,mu f rjedesobjekteinrelevanzwertbestimmtwerden.dieserl tsichdurcheinedistanzfunktionzwischenden AnfragemerkmalenunddenObjektmerkmalenberechnen.DieDistanzfunktionliefert raturlassensichverschiedenedistanzfunktionenimzusammenhangmitindexverfahren EinvollkommenunrelevantesObjektbekommtdenWertNullzugeordnet.InderLitetet,da einobjektbez glichdesmerkmalshundertprozentigrelevantzuranfrageist. alsergebniseinenwertimintervall[0;1],wobeiderwerteinsimallgemeinenbedeu- f rmultimedia-datennden[fal99].aufeineausf hrlichebetrachtungvondistanzfunktionenundindexverfahrenwirdindieserarbeitverzichtet,dadieberechnungvon RelevanzwertenAufgabedesMMDBMSistundsomitf rdieuntersuchungvonanfragesprachennureineuntergeordneterollespieltmengesinddabeialledieobjekteenthalten,derenrelevanzeinenbestimmtenschwellwert berschreitet.dieserschwellwertkannentwedervondbmsfestvorgegebensein oderdurchdenbenutzerbeideranfragespezikationfestgelegtwerden.dieeinzelnen ImdrittenSchrittwerdendieErgebnissederAnfrageausgegeben.InderErgebnisordnet.DieseOrdnungwirdimweiterenVerlaufderArbeitauchalsRankingbezeichnet. IntraditionellenDBMSistderAnfrageproze andieserstellebeendet.aufgrundder ErgebnisobjektesinddabeinachihrenRelevanzwerteninabnehmenderReihenfolgege-

49 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken Unsch rfeineineranfragekannabernichtdavonausgegangenwerden,da diegefundenenobjekteimmersofortdenanforderungendesbenutzersentsprechen.deshalbwird deranfrageproze solangeiterativwiederholt,bisdasergebnisdennutzerbefriedigt. 35 diedurchtraditionellesprachen,wiesqloderoql,imallgemeinennichtgegeben DieserIterationsproze bedarfeinerspeziellenunterst tzungdurchdieanfragesprache, nen,umdieanfragezuverfeinernunddierelevanzderergebnisobjektezuerh hen. InjedemIterationsschrittversorgtderNutzerdasDBMSmitzus tzlicheninformatio- Kapitel5untersucht. ist.inwieweitheutigeans tzef reinemultimedia-anfragesprachedeniterationproze unterst tzen,wirdimzusammenhangmitderbeschreibungausgew hlterans tzein wertengeordnetenliste,wobeiderrelevanzwertdie hnlichkeitdesergebnisobjektes Wiebereitserl utert,istdasergebniseinerunscharfenanfrageeinenachrelevanz- Unsch rfeundgewichtunginanfrageausdr cken angegeben: derrelevanzf rdiegesuchtenobjektedurcheinenanfrageausdruckgeeignetspezizierenkann.inderliteratur[kb95,bcf99,fag98]werdenhierf rdreim glichkeiten bez glichdesanfrageausdruckesangibt.dabeistelltsichdiefrage,wiemandengrad durchdieverwendungvonunpr zisenausdr ckenundpr dikaten,wiezumbeispielnormal,typischoderkreisf rmigundhaupts chlichblauf rbildanfragen. JederdieserAusdr ckestellteinemengem glicherwerte,aberkeinenfesteneinzelwertdar.entsprechendequantitativewertem ssendiesenausdr ckenvom DBMSzugeordnetwerden. durchpr dikate,welcheeine hnlichkeitodern hezwischenobjektenausdr cken. zwischenattributenbzw.featuresundwerten.diesuchenachobjektenbasiert vielmehraufderberechnungeinersemantischendistanzzwischendenabgeleiteten DabeibeschreibendiePr dikatekeinepr zisebeziehungzwischenobjektenoder te.einigebeispielef reinesolchesuchesind: FeaturesdesAnfrageobjektesundentsprechenderMerkmalederDatenbankobjek- die hnlichkeitssuche,dashei t,einobjektwirdf rdiesuchenachzudiesem einer umlicheumgebungssuche,alsoeinesucheanhandgeographischerbeziehungen,zumbeispielinbildernoderlandkartenoder Objekt hnlichenobjektenbez glichbestimmtermerkmaleinderanfrage vorgegeben, diefreitextsuche,suchenachtextdokumenten,indeneneinvorgegebener durchdiezuordnungvongewichtenzudeneinzelnenanfragebedingungen,welche dierelevanzdesteilausdruckesbez glichdergesamtenanfrageangeben.im Wortlautin hnlicherweiseauftritt.

50 36 allgemeinenliegendiegewichteimintervall[0;1],unddiesummeallergewichte 3.5.Pr sentationvonanfrageergebnissen betr gteins.inmanchenanfragesprachenwerdenauchprozentangabenf rdie (75%)undeinDirigent(25%)abgebildetist..DabeiwerdenzuerstalleBilder solldenzusammenhangverdeutlichen:findeallebilder,aufdeneneinorchester dieverwendungunscharferausdr cke,wiehochoderniedrig.folgendesbeispiel FestlegungderRelevanzeinzelnerAnfragebedingungenbenutzt.M glichistauch gesucht,welcheeinorchesterundeinendirigentenabbilden.sindvondiesen Bildernnurwenigeodergarkeinegefundenworden,sowirdzus tzlichnachbildern gesucht,dienureinorchesterodernureinendirigentenenthalten.imrankingder ErgebnismengestehenanersterStellealleBilder,diebeideszeigen,einOrchester undeinendirigenten.danachfolgenallebilder,aufdenennureinorchesterzu abbilden. sehenist,dadieseeinh heresgewicht(75%)inderanfrageerhaltenhaben.am EndedesRankingssinddannalleBilderzunden,welchenureinenDirigenten 3.5 IndiesemAbschnittwerdendieBesonderheitenbeschrieben,welchebeiderPr sentation deranfrageergebnisseineinemmmdbmsbeachtetwerdenm ssen.imgegensatzzu Pr sentationvonanfrageergebnissen gengestellt.sobeschr nktsichdiepr sentationnichtnuraufeinfachdarzustellendeta- traditionellendbmswerdenaneinmmdbmsweitaush herepr sentationsanforderunbellen,sondernauchbilderinverschiedenenformatenundmitunterschiedlicherqualit tsowieaudio-undvideodokumentem ssendargestelltwerdenk nnen.besondersdie Continuous-Medientypen,wieAudioundVideo,bringeneineReihezeitlicherAbh ngigkeitenmitsich,diedurchdasmmdbmssynchronisiertwerdenm ssen.nachfolgend werdenkurzeinigedatenmodellef rdiepr sentationvonmultimedia-datenvorgestellt. sinddiewichtigstenmerkmaleeinermultimedia-pr sentationaufgef hrt.anschlie end DieserUnterabschnittenth lteinereihevonmerkmalen,diebeieinermultimedia Pr sentationvonbedeutungsind,undsomitanforderungenf rdiepr sentationder MerkmaleeinerMultimedia-Pr sentation AnfrageergebnisseinMMDBMSdarstellen.Diesesindimeinzelnen: DarstellungverschiedenerDatentypen,dashei t,f rvieleverschiedenetypenvon Ger tespezikation,diepr sentationeinzelnerergebnisobjektekannaufverschiedenenger tenstattnden.sokanneinbild-objektineinemfensteraufdem Abspielfunktionenangebotenwerden. Multimedia-Daten,wieText,Bilder,Audio-undVideodaten,m ssenanzeige-und VideoskannaufverschiedenenBildschirmenerfolgen. MonitoroderaufeinemDruckerausgegebenwerdenunddasAbspieleneinzelner

51 Kapitel3.AnfragenanMultimedia-Datenbanken Medientransformation,vorderAusgabewerdeneineReihevonMerkmalender 37 Medienobjektever ndert.sokanneinetransformationineinexternesdarstel- Formatausgegebenwerden.Au erdemkanndiequalit tderausgabeanhand lungsformaterfolgen.zumbeispielkanneinbildobjektimgif-oderjpeg- st tzen.einspezialfalldermedientransformation,welcheeineninformationsver- lustbeinhalten,sinddiesogenanntenfilterfunktionen.dieselternbestimmte DasMMDBMSmu hierf reinegrundmengeverbreiteterausgabeformateunter- geeigneterparameter(z.b.gr eundfarbtiefef rbildobjekte)variiertwerden. nachmedientypk nnendiesbeispielsweisebildbearbeitungsfunktionen(einf rben, Weichzeichnenusw.)oderFunktionenf rdieaudiosignalbearbeitung(tonh henkorrektur,klang nderungen)sein. m glichstgeringeninformationsverlust.dieskannbeiderpr sentationvonanfrageergebnissendurchaussinnvollsein.einbeispielhierf ristdieausgabeeines Merkmalef rdieweitereverarbeitungausdenmultimedia-datenheraus.je Medientranslationistder bergangvoneinemmediumineinanderesmiteinem R umlicheconstraintsm ssenf rdiepr sentationvisuellermediendaten,wie ObjektesalsGrak. TextesalsAudio-ObjektoderdieDarstellungderSchwingungskurveeinesAudio- Bild-undVideo-Objekte,deniertwerdenk nnen.hierdurchl tsichzumbeispielfestlegen,anwelcherpositionaufdemmonitoreinbildangezeigtwerden soll. ZeitlicheConstraintsundSynchronisationresultierenausdenzeitlichenAbh ngigkeitenvonundzwischendenmediendaten.spezielldiecontinuous-mediendatenisationsanforderungenentstehendadurch,da einemultimedia-pr sentationauzereinunterbrechungsfreiesabspielendieserdatenerwartet.weiteresynchro- stellenbeiderpr sentationhoheanforderungenandasmmdbms,daderbenut- mehrenmedienobjektenbesteht,welchezubestimmten,zuvorfestgelegtenzeitpunktenangezeigtbzw.abgespieltwerdenm ssen.dasmmdbmshatdabeif r diesynchronisationderdarstellungdiesermedienobjektezusorgen. Benutzerinteraktionenk nnenw hrendeinermultimedia-pr sentationeintreten Beispieldie nderungderlautst rkebeimabspieleneinesaudio-objektes.f r undm ssenvomsystementsprechendverarbeitetwerden.m glichw rezum dieinteraktionbeiderdarstellungeinesvideo-objekteswerdenimallgemeinen 3.5.2FunktionenwieschnellerVor-undR cklauf,pauseundplayangeboten. dieindenabschnitten3.2.2und3.3.1vorgestelltenr umlichenundzeitlichenbeziehungengenutztwerden.dier umlicheanordnungeinzelnermedienobjektekanndabei F rdiebeschreibungderr umlichenundzeitlichenconstraintsk nnenimwesentlichen Datenmodellef rdiepr sentation

52 sowohldurchtopologischeundrichtungsbeziehungenerfolgenalsauchdurchdieangabefesterbildschirmkoordinaten.dajedemmultimediaobjekt,daspr sentiertwerden soll,einfesteszeitintervallzugeordnetist,k nnendievonallen[all83]eingef hrten Pr sentationvonanfrageergebnissen rameterwerdenauchalsquality-of-serviceparameter(qos)bezeichnet.siewerden tationeinzelnerobjektefestlegen,sindmitdenmedienobjektenverkn pft.diesepa- ZeitintervallbeziehungenzurFormulierungderzeitlichenConstraintsgenutztwerden. ben tigt,umpr sentationeninunterschiedlicherqualit t,jenachanforderungdesbenutzers,mitm glichstgeringersystembelastungzuerstellen.dieauswahlgeeigneter QoS-ParameterunddieVerwendungdieserParameterzurErstellungeineroptimalen EineReiheweitererParameter,welchediegeforderteMindestqualit tf rdiepr sen- Pr sentationsindgegenstandaktuellerforschungsarbeiten,aufdieandieserstelleverwiesensei[nah99,sha99]. Timeline-Diagramm,alsauchzeitlichexiblePr sentationsgraphen,meistdargestellt schnitt3.3vorgestelltenmodelleverwendet.sowohlzeitlichefestemodelle,wiedas durchpetrinetze,kommenhierbeizumeinsatz. AlsDatenmodellef rdiepr sentationwerdenimwesentlichendieschoninab-

53 4 Anforderungenan Multimedia-Anfragesprachen ErweiterungenodergraphischeAnfragesprachen.AlsGrundlagef reinenvergleich sprachesqlz hlenebensodazu,wieobjektorientierteans tze,beispielsweiseoql- vergangenenjahrenvorgeschlagen.erweiterungenderrelationalendatenbankanfrage- EineReihevonunterschiedlichenAnfragesprachenf rmultimedia-datenwurdeinden dieserverschiedenenans tzewerdenkriterienben tigt,welcheunabh ngigvoneinem stef ranfragesprachennden.basierendaufeinerrechtausf hrlichenauistungvon Literatur[SST97,Heu97,LV97]lassensichverschiedeneVorschl geeinerkriterienli- konkretendatenmodellsindunddabeidiequalit teinersprachewiedergeben.inder Kriterienin[SST97]sindimnachfolgendenAbschnittallgemeineAnforderungenanAnfragesprachenaufgef hrt.dabeiwirdbesonderesaugenmerkaufdieg ltigkeitdegesprachenf rmmdbmsnat rlichkeinebeachtung.abbildungvonr umlichenund einzelnenkriterienf rdenbesonderenfalldermultimedia-datenbankengelegt. zeitlichenbeziehungeninanfragen,diegeeignetepr sentationderanfrageergebnisse unddiem glichkeit,unscharfeanfragenzuformulieren,sindnureinigedieserspeziellen IneinemgenerellenKriterienkatalogndendiespeziellenAnforderungenanAnfrageleitetenspeziellenKriterienf rmultimedia-anfragesprachenerfolgtinabschnitt4.2. Anforderungen.Eineausf hrlichebetrachtungderbesonderheitenundderdarausab- 4.1 Multimedia-Anfragesprachenm ssendieselbenallgemeinenanforderungenerf llen,wie AnfragesprachenrelationaleroderobjektorientierterDatenbanken.Deshalbsindnach- AllgemeineAnforderungenanAnfragesprachen diesebesonderheitenwirdandenentsprechendenstelleneingegangen.einespezielleanfragesprachekannsomitnichtallenachfolgendenkriteriengleichguterf llen.weiterhin Datenbankenn heruntersucht.zubeachtenist,da diesekriteriennichtunabh ngig voneinandersind,sondernteilweiseinbeziehungstehenodersichwidersprechen.auf folgenddiewesentlichenkriterienaufgef hrtundwerdeninhinblickaufmultimedia- bez glichderanfragespracheninmmdbmsundstelltdazukonkreteanforderungen DerersteTeilerl utertdasjeweiligekriteriumallgemein,derzweiteteilbewertetdieses tersuchtwerden.dienachfolgendenunterabschnittegliedernsichjeweilsinzweiteile. mu dieg ltigkeitderkriterienf ranfragesprachenanmultimedia-datenbankenun- auf.

54 40 Ad-hoc-Formulierung 4.1.AllgemeineAnforderungenanAnfragesprachen formulieren.dieanfragesprachesolltedazusoentworfensein,da keinvollst ndiges diem glichkeitbieten,anfragendirekt bereineinteraktivebenutzerschnittstellezu Anwendungsprogrammgeschriebenwerdenmu,umaufdieDatenzuzugreifen.Diese NebendemZugriaufdieDatenbankdurchAnwendungsprogrammemu eindbms ArtderdirektenFormulierbarkeitvonAnfragenwirdAd-hoc-Formulierunggenannt. beiistesn tig,nebentextbasiertenkonstruktenauchverschiedenemedientypenalsteil TeilweisebestehteinZusammenhangzurweiteruntenaufgef hrtendeskriptivit t. deranfrageeinzubinden.dieanfragesprachemu hierf rgeeignetemethodenanbieten,wiezumbeispieleinegrascheformderanfrageformulierungzurspezikation EineAd-hoc-FormulierungsollteauchvoneinemMMDBMSunterst tztwerden.da- sein.desweiterenwerdenf rdieanfragesprachebasisfunktionalit tenzurspezikation derergebnispr sentationeinerad-hoc-anfrageben tigt. verschiedenenger tenzureingabedermedienobjekte,z.b.scannerf rbilder,m glich r umlicherbeziehungen.indiesemzusammenhangsollteauchdieeinbeziehungvon GenerischeOperationen DieUnterst tzungvongenerischenoperatorendurchdieanfragesprachebedeutet,da Syntaxverwendetwird.Somitmu einanwendernurwenigesprachkonstrukteerlernen, f rsemantischgleicheoperationenaufverschiedenendatenbankobjektendiegleiche umeineanfragesprachezubeherrschen.zus tzlichunterst tzengenerischeoperationen durchabstraktionvondenimplementierungsdetailsundderanwendungssemantikdie nenauchmedienobjekteunterst tzen,beispielsweisef rdieselektion,projektionund Datenunabh ngigkeit. verschiedenemengenoperationenaufdenmedienobjekten.desweiterenistessinnvoll, sowohlf rdiebeschreibungderr umlichenundzeitlichenbeziehungzwischenmedienob- EineAnfragesprachef rmultimedia-datenbankensollteingenerischenoperatio- Joins,welchewienormaleJoinsdurchdieAnfragespracheunterst tztwerdensollten. Anfragen(vgl.Abschnitt3.2.2)zuverwenden.Dasselbegiltf rspatial-undtemporal- geergebnisseeinheitlicheattributezurformulierungderraum-/zeitzusammenh ngein jekteninnerhalbeineranfragealsauchf rdiebeschreibungderpr sentationderanfra- odereinespezielleanwendungerfolgen,ersolltevielmehreineuniverselleverwendung Anwendungsunabh ngigkeit unterst tzen.diesekernforderungentkoppeltdasdbmsvondenanwendungen.somit DerEntwurfeinerAnfragesprachedarfnichtimHinblickaufeinenbestimmtenZweck lassensichohnegleichzeitigebeeinussungdesdbmsneueanwendungenhinzuf gen oderalteanwendungen ndernbzw.entfernen.dasdbmsdienthierbeialszentrales Systemf rvieleverschiedeneanwendungen.dieanwendungsunabh ngigkeitisteine

55 Kapitel4.AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen wichtigeforderungdesprinzipsderdatenunabh ngigkeit,welchef reinelangfristige 41 BenutzungderDatenbest ndedurchverschiedeneanwendungenvongrundlegenderbedeutungist.erreichtwirddiedatenunabh ngigkeitdurchdiedrei-ebenen-architektuunabh ngigsein. Architekturzuunterst tzen,sollteeineanfragesprachesoweitwiem glichanwendungstaundexternesschemata[hs97].auchumdieseheuteimallgemeinenakzeptierte unddiedamitverbundeneunterteilungininternesschemata,konzeptuellesschemaformationvoneinemmediumineinanderes(z.btextalsaudiodokumentausgeben) vonkonkretenmedienformatenundkompressionsverfahren.diem glichkeitdertranskeituneingeschr nkt bernommenwerden.gew nschtistdabeieineunabh ngigkeit F rmultimedia-anfragesprachenkanndieforderungnachanwendungsunabh ngig- Deskriptivit t solltebestehenundvonderanfragespracheunterst tztwerden. DerBenutzereinesDBMSsollbeimFormulierenseinerAnfragedieStrukturundden AnfragesprachesichertdieDatenunabh ngigkeitundistvoraussetzungf reineoptimierungdurchdasdbmsfrageproze Potentialf reineoptimierungzulassenundunabh ngiggegen ber nderungenderimplementierungzusein.auchimzusammenhangmitderpr sentationvotenbanken,solltedurcheinhohesma andeskriptivit tcharakterisiertsein,umdeman- JedeDatenbankanfragesprache,egalobf rmultimedia-,relationale-oderobjektda- d rfenkeineberechnungsalgorithmenodereineabarbeitungsreihenfolgezuranfragebearbeitungvorgegebenwerden.diesealsdeskriptivit tbezeichneteeigenschafteiner InhaltderDatenbankobjekte,welcheersucht,beschreiben.DurchdieAnfragesprache Weise,wiediesezuerstellenist. SosolltendieKonstruktederAnfragesprachezurPr sentationsbeschreibungebenfalls nurdeninhaltunddiestrukturderpr sentationbeschreibenundnichtdieartund Anfrageergebnissenmu einemultimedia-anfragesprachediedeskriptivit tbeachten. Mengenorientiertheit DasErgebniseinerAnfrageindenmeistenDBMSisteineMengevonObjekten.DainnerhalbeinerMengenormalerweisekeineOrdnungbesteht,kanndasDBMSdieElemente beideranfragebearbeitungausgenutztwerdenundf hrtzueinerh herenezienzim ineinerbeliebigenreihenfolgezur ckliefern.dieskannunmittelbarzuroptimierung Anfrageproze. Datenbankobjekten hnlichkeitsanfragenzuzulassen.dieseinabschnitt3.4ausf hrlich werteeigenschaft,esm ssenabereinigebesonderheitenbeachtetwerden.ineinem MMDBMSistessinnvoll,f rdiesuchenachkomplexenoderschwerbeschreibbaren DieMengenorientiertheitistauchbeiMultimedia-Anfragespracheneinew nschens- beschriebenenanfragenliefernkeineexaktenergebnisse.dieergebnismengebesteht

56 42 vielmehrausdatenbankobjekten,welche hnlicheeigenschaftenaufweisenwiesiein 4.1.AllgemeineAnforderungenanAnfragesprachen objektenundderanfragewirdeinegewichtungangegeben,welche,bezogenaufdas derenreihenfolgeimanfrageproze beachtetwerdenmu.dieeinzelnenmengenoperationen,wievereinigung,durchschnitt,dierenzusw.,solltenhierf rumkonzepte zurbehandlungvonrelevanzwertenerweitertwerden.beimentwurfdermultimedia- DiePr sentationderanfrageergebnisseunscharferanfragensollteinformeinernach denrelevanzwertengeordnetenlisteerfolgen. Orthogonalit t Wichtigf rkomplexeanfragenistdiem glichkeitderkombinationvonanfragekonstrukten.dabeikanninnerhalbeineranfrageeinbeliebigeskonstruktdurcheinanderes deranfrageformuliertwurden.alsma f rdie hnlichkeitzwischendenergebnis- gesamteergebnis,alsrankingbezeichnetwird.diesesrankingisteinegeordneteliste, Anfragesprachemu diesemantikdiesermengenoperationeneindeutigfestgelegtwerden. damitdievoraussetzungf rkomplexeanfragekonstrukte. vonanfragesprachenerm glichtunteranderemdasschachtelnvonanfragenundbildet deszuersetzendenkonstruktespa t.diesealsorthogonalit tbezeichneteeigenschaft ersetztwerden,solangederergebnistypdeseingesetztenkonstrukteszumergebnistyp einfachendatentypen(wiez.b.character)undallgemeinenobjekttypenauchmedientypen,beispielsweisebilderundvideosequenzen.betrachtetmaneinkonstrukteiner MMDBMSbasieren hnlichwieodbmsaufeinemtypsystem.diesesenth ltneben AnfragealsAusdruckeinesbestimmtenTyps,soisteineErsetzungdiesesKonstruktesm glich,wenndiedatentypenzueinanderpassen.einemultimedia-anfragesprache einfachedatentypenodermedientypenhandelt. solltedieseeigenschaftausnutzenund,solangedietyp bereinstimmunggew hrleistet ist,einbeliebigesersetzenvonkonstrukteninanfragenerlauben,egal,obessichum dieszugew hrleisten,m ssendiedurcheineanfragesprachezurverf gunggestellten Ezienz EinBenutzererwartetvoneinemDBMSkurzeAntwortzeitenaufseineAnfragen.Um Konstrukteezientzurealisierensein.Dashei t,dieergebnismengekannmiteinem berschreitet,kannimhinblickaufdieperformanzdesgesamtendbmsalsnichtsinnvollerachtetwerden. durchdieanfragesprache,derenberechnungeinenquadratischenaufwandwesentlich siskonstrukteberechnetwerden.eineunterst tzungvonkomplexenbasisfunktionen akzeptablenaufwand(maximalo(n2);nanzahlderbetrachtetenobjekte)f rdieba- auchf rmmdbmsbestehen,dieaufobjektdatenbankenaufbauen.hinzukommen auchnichtf rdieanfragen,welchediesemethodenverwenden.diesesproblembleibt niertenmethoden.f rdiesekannkeineaufwandsgrenzegarantiertwerdenundsomit EinEzienzproblemergibtsichinODBMSdurchdenEinsatzvonbenutzerde-

57 Kapitel4.AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen EzienzproblemedurchdashoheDatenvolumeninMMDBMSunddurchkomplexeAlgorithmenf rkompressionsverfahrenund hnliches.deshalbmu mansichmitder ForderungnachezientberechenbarenAnfragekonstruktenaufdieeinfachenOperationenbeschr nken.ineinemmmdbmskanndasergebniseineranfrageeinlangeroder 43 nehoheezienzdesgesamtsystemszuerreichen,k nnendeshalbf rdiepr sentation inderbestm glichenqualit tstelltsehrhoheanforderungenandieleistungsf higkeit desmmdbmsundwirdinvielenf llen(z.b.zurvorschau)nichtben tigt.umei- endlosermedienstream(video-oderaudiostream)sein.eineausgabediesesstreams solcherparameterunterst tztwerden. Abschnitt3.5.1)vorgegebenwerden.DurchdieAnfragesprachemu diespezikation einesmedienstreamsverschiedeneparameterzurfestlegungderausgabequalit t(vgl. Erweiterbarkeit Datenbank-Management-Systemelassensichumzus tzlichetypenundmethodenerweitern.dieseerweiterungenm ssendurcheineanfragespracheunterst tztwerden. k nnen.einemultimedia-anfragesprachesolltesichleichtandieseerweiterungenanpassenlassenbzw.diem glichkeitbieten,aufdieerweiterungenimtypsystemundauf sichert,da dasergebniseineranfragealseingabef reinenachfolgendeanfragegenutzt werdenkann. einesanfragekonstruktesindemzugrundeliegendendatenmodelldarstellbarist.dies DasKriteriumderAbgeschlossenheitfordert,da jedesergebniseineranfragebzw. wendungenm ssenspeziellefeaturesabgeleitetundinderdatenbankabgelegtwerden dasichsomitdastypsystemumneuemedientypenerweiternl t.f rspeziellean- DieErweiterbarkeitistinbezugaufMMDBMSeinebesonderswichtigeForderung, zus tzlichefeaturesinanfragenzuzugreifen. nisse.diesestelltsichauchf rdieaufdemoid-konzeptbasierendemmdbms.dabei sinddiedreifolgendenans tzef reinesemantikfestlegungm glich: EinGrundproblemvonODBMSistdieFragenachderSemantikderAnfrageergeb- objekterhaltendeanfragen:ausexistierendenobjektenzusammengesetzteanfrageergebnisse. objektgenerierendeanfragen:neueobjektealsanfrageergebnis, relationalesemantik:komplexerwertalsanfrageergebnis, dungf reinerelationaleoderobjektgenerierendesemantikwirdentwederexplizitbei AlledreiAns tzehabenihreberechtigungimentsprechendenkontext.eineentschei- deranfrageformulierunggetroenoderbereitsdurchdasdatenmodellfestgelegt.weiterhinh ngtdieauswahlvomtypderanfrageab,z.b.obkomplexewerteberechnet

58 44 werdenodernurmengenvonobjektenauszuw hlensind.f reineausf hrlichebetrachtungundeinenvergleichdieserans tze,welchebereitsimzusammenhangmitodbms 4.1.AllgemeineAnforderungenanAnfragesprachen alszus tzlichesattributdenergebnisobjektenzuweisen,welchegeordnetnachihren objektenundrelevanzwertenalsanfrageergebnissefestlegen.relevanzwertelassensich nebendenobenbeschriebenenzusammenh ngenzus tzlichdiesemantikvonmedien- untersuchtwurden,seiauf[sst97]verwiesen.anfragespracheninmmdbmsm ssen objektgenerierendealsaucheineobjekterhaltenesemantikm glich,wasentwederdurch RelevanzwertenalsListedargestelltwerdenk nnen.f rmedienobjekteistsowohleine Ad quatheit dieanfragespracheoderdurchdasdatenmodelleindeutigfestgelegtwerdensollte. DieAd quatheitverlangt,da allekonstruktedesdatenbankmodellsdurchdieanfragespracheausgenutztwerdenk nnen.somitistdiead quatheitdasgegenst ckzur diesedasgesamtedatenmodellausnutzt,abernurdieses. Abgeschlossenheit.BeideKriterienzusammenverlangenvoneinerAnfragesprache,da AnfragespracheKonstruktezumFormulierenvonunscharfenAnfragenunddiePr sentadatenzurformulierungvonanfragenbenutztwerdenk nnen.desweiterenmu eine r umlichenundzeitlichenbeziehungendermultimedia-datenunddiezugeordnetenme- Insbesonderef ranfragesprachenanmmdbmsverlangtdiead quatheit,da die lungeinesbildes,m ssensichdieseinhaltsbeschreibungenauchinnerhalbeineranfrage tationderanfrageergebnisseaufweisen.siesolltemedien bergreifendeanfragenun- terst tzen.wennimeinzelfalldasdatenmodellspezielleinhaltsbeschreibungender Multimedia-Dokumenteabbildet,wiezumBeispielAngabenzurGestaltoderFarbvertei- ausdr ckenlassen,umdaskriteriumderad quatheitzuerf llen. Vollst ndigkeit DasKriteriumderVollst ndigkeitisteineverallgemeinerungderrelationalenvollst ndigkeit.diesefordertvonrelationalenanfragesprachendiegleicheausdrucksf higkeitst ndigkeitimallgemeineneinegleichm chtigkeitzueinerstandardsprachedesjeweiligendatenmodellsaus.beispielsweisewirdvonanfragesprachenf rodbmsmindestens diegleichm chtigkeitzudenobjektorientierten quivalentenderoperationenderrelationenalgebragefordert. wiesiedierelationenalgebrabietet.daranangelehntdr cktdaskriteriumdervollkunfteinealgebraspeziellf rmultimedia-datenbankenentwickeltw rde,wasinanbetrachtderspezielleneigenschaftenvonmultimediaobjektendurchaussinnvollerscheint, zugrundeliegendendatenmodellmindestensdiem chtigkeitderrelationenalgebrabzw. demobjektorientierten quivalentderrelationenalgebrabesitzensollte.wenninzu- Darausl tsichschlie en,da einemultimedia-anfragespracheentsprechenddem den,umdaskriteriumdervollst ndigkeitzuerf llen. m tevoneineranfragespracheeinegleichm chtigkeitzudieseralgebragefordertwer-

59 Kapitel4.AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen Sicherheit 45 DieTerminierungunddieBerechnungeinesendlichenErgebnissesf reinesyntaktisch feno..,formuliertwerdenk nnten. korrektformulierteanfragesinddiewesentlichenanforderungen,welcheunterdembegridersicherheitzusammengefa tsind.umdiesesicherheitgarantierenzuk nnen, darfdieanfragesprachesomitnichtberechnungsvollst ndigsein,dasonstendlosschlei- entwirft.diesistnat rlichnichterw nscht.deshalbwerdeninderliteraturdreialternativenvorgeschlagen: 1.keineMethodenaufrufeinAnfragesprachen, gesprachenf rodbmsundf rmmdbms.beieinerberechnungsvollst ndigenmetho- denspracheliegtdiesicherheitinderhanddesprogrammierers,welcherdiemethoden BesondersproblematischindiesemZusammenhangsindMethodenaufrufeinAnfra- VerbietetmanMethodenaufrufeinAnfragesprachen,widersprichtdiesderAd quatheit, 3.VerwendungeinerentscheidbarenTeilsprache. 2.Zusicherungsverfahrenf rbenutzerdeniertemethodenoder ZumBeispielm ssenf rgesichtserkennungssystemespeziellemerkmaledesgesichtes weiterenwerdeninmmdbmszus tzlichemethodenf reinzelneanwendungenben tigt. damethodenaufrufeeinesdergrundprinzipiendesobjektorientiertenansatzessind.des erkanntundabgespeichertwerden.dazubrauchtmanspeziellemethoden,aufdieauch inanfragenzugegrienwerdenkann.deransatz,welcherdenaufrufselbstdenierter rereinebestimmtekomplexit tunddieterminierungseinermethodensicherstellen, MethodeninAnfragesprachenverbietet,istsomitf rmmdbmsungeeignet.wirdf r damitdiesevommmdbmsakzeptiertwerden.somitk nnenselbstdeniertemethoden inanfragenbenutztwerden.dieverantwortungf rdiesicherheitliegtaberweiterhingr tenteilsbeimprogrammierer.eineentscheidbareteilsprachehingegenl tnur selbstdeniertemethodeneinzusicherungsverfahrenverwendet,mu derprogrammie- berpr fbarekonstruktef rdiemethodenprogrammierungzu.hierk nnenunterumst ndenbestimmtefunktionalit tennurschwerodergarnichtumgesetztwerden.eine Anfragesprachef rmmdbmssollteeinederbeidenmethoden,zusicherungodervergesprachewirdf rdiesenzweckerwartet,da siesichaufeininternesanfragemodell AusderDeskriptivit tergibtsichdieforderungnachoptimierbarkeit.f ranfragen, wendungeinerberechnungsunvollst ndigenteilsprache,unterst tzen. abbildenl t. lassen,hatdasdbmsimallgemeinendieaufgabe,siezuoptimieren.voneineranfra- welchesichunabh ngigvonspeicherstrukturenundimplementierungsdetailsformulieren erf lltwerden. DasKriteriumderOptimierbarkeitmu vonanfragesprachenanmmdbmsebenso

60 46 FormaleSemantik 4.2.SpezielleAnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen komplexenzusammenh ngezwischenbetriebssystem,denein-undausgabeger ten,der PuerverwaltungundderSynchronisationber cksichtigt.umdieseabbildungvornehmenzuk nnen,isteingeeigneter quivalenzbegriunddamitverbundeneineformale Semantiknotwendig.EineformaleSemantikistwichtig,umdieBedeutungeinesAnfragetermseindeutigfestzulegen. eineanfrageaufeineinterneanfragedarstellungabgebildetwerdenk nnen,welchedie DamitsichdurchdasDBMSdieobenbeschriebeneOptimierungdurchf hrenl t,mu bereitsimzusammenhangmitdersicherheiteineranfragebetrachtet. nursehrober chlichundunvollst ndigbehandelt.einigesemantischeaspektewurden lich,wurdeaberindenmeistenans tzenf ranfragespracheninmmdbmsbislang DieForderungnacheinerformalenSemantikf rmmdbmsistsomitselbstverst nd- wurde.eineanfragesprachekannunterber cksichtigungvonezienz,optimierbarkeit Eingeschr nktheit DieEingeschr nktheitfa timwesentlichenzusammen,wasschonmehrfachdiskutiert undsicherheitnichtberechnungsvollst ndigsein. schr nktheitrechtfertigen.zumindestf rdensprachkernsollteausdenobengenannten nacheingeschr nktheit,umdief higkeitendesmmdbmszuerweitern.indiesem Fallmu genauuntersuchtwerden,obdieseerweiterungeneinenverzichtaufdieeinge- AktuelleTrendsinderDatenbankentwicklungwidersprechenteilweisederForderung 4.2 Gr ndendieforderungnacheingeschr nktheitaufrechterhaltenwerden. sprachen SpezielleAnforderungenanMultimedia-Anfragefenwurde.Zus tzlichergebensichf rdenspeziellenbereichdermmdbmsaufgrund derbesondereneigenschaftendermultimedia-datenweitereanforderungen,deneneine ImvorhergehendenAbschnittwurdenKriterienaufgestellt,welcheallgemeinf ranfra- Multimedia-Anfragesprachegerechtwerdensollte.Som ssendieumfangreichenr umlichenundzeitlichenbeziehungen,dieinnerhalbundzwischendenmultimediaobjektegesprachengelten,egalobdiesprachef reinrdbms,odbmsodermmdbmsentworbasiertesuchemitnichtexaktenanfragenwerdenspezielleanfragekonstrukte,die ber MetadatenundBeschreibungenvonMultimedia-Datenausreichen,aberf reineinhalts- nurexakteanfragenaufkonventionellendatenformulieren.diesmagf ranfragenan bestehen,beachtetwerden.desweiterenlassensichmittraditionellenanfragesprachen dentraditionellenansatzhinausgehen,ben tigt.wiesichleichterkennenl t,ergeben sicheinigespezielleanforderungenf ranfragesprachenanmmdbms,welcheindiesem AbschnittinFormvonweiterenKriterienaufgelistetunderl utertwerden.

61 Kapitel4.AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen Universell 47 w nschenswerteneigenschaftenf reineuniverselleanfragesprache.dieanwendungszentrierensichaufeinzelnemedientypen(z.b.videodatenbanken).beidessindkeine VielederheutigenAns tzef rmultimedia-anfragesprachenwurdenimhinblickauf unabh ngigkeitwurdebereitsalsallgemeineanforderungbesprochen.voneineruni- versellenmultimedia-anfragesprachewirdzus tzlicherwartet,da diesemindestensdie sogenanntenvita-datentypen(video-,image-,text-,audiodaten)unterst tzt.des einebestimmteanwendung(z.b.medizinischebilddatenbanken)entworfenoderkon- vielmehrmedien bergreifendformulierbarsein. weiterensolltensichdieanfragennichtaufeinzelnemedientypenbeschr nken,sondern InhaltsbasierteAnfragen Techniken,dieeineSuchenachMultimediaobjekten,basierendaufdemInhaltderObjekte,erm glichen,stelleneinegrundanforderunganjedesmmdbmsdar.dieunter- Anfragesprache.Dazum ssenanfragensowohldurchinhaltsbeschreibendeattribute alsauchdurchfeaturewerte,abgeleitetausdenmultimedia-daten,speziziertundzu st tzunginhaltsbasierteranfragenistsomiteinekernforderungf rjedemultimedia- andiestrukturdermultimediaobjekteformulierbarsein. komplexenanfragenzusammengesetztwerdenk nnen.desweiterensolltenanfragen struktesolltesichspezizierenlassen,obundwiestarkeineabschw chung/versch rfung einzelneranfragekonstruktegew nschtist. sch rfungvonanfragendurchspezielleanfragekonstrukte.durchdieseanfragekon- EineweitereAnforderungbestehtinderUnterst tzungderabschw chungbzw.ver- unpr zisesind,werdenf reineleistungsf higeinhaltsbasiertesucheebenfallsunscharfe Anfragenben tigt.dieanforderungen,welchenachfolgendimzusammenhangmitder Unterst tzungunscharferanfragenaufgestelltwerden,geltensomitebensof rinhaltsbasierteanfragen. R umlicheanfragen Dier umlicheneigenschaftenvonmultimedia-datenwurdenbereitsimzusammenhang DadieausdenMultimedia-DatenabgeleitetenInhaltsinformationenteilweisesehr kateinderwhere-klauselverwendbarsein,umdadurchr umlichezusammenh nge Beziehungenvorgestellt.IneinerMultimedia-AnfragesprachesolltendiesealsPr digeninkapitel2diskutiert.dabeiwurden12richtungsbeziehungenund6topologische mitderklassikationvonmedientypenundderbeschreibungvonr umlichenanfra- inderanfrageausdr ckenzuk nnen.desweiterenm ssenoperationenaufr umlischnitt3.2inkapitel2vorgestellt.zus tzlichmu dieanfragespracheauchweiterevoreitsimzusammenhangmitdemkriteriumdersicherheitimvorhergehendenabschnitchendatenunterst tzenwerden.wesentlichegrundoperationenwurdendazuinab- AnwendungsprogrammiererentworfeneFunktionenintegrierenk nnen.dieswurdebe-

62 48 erl utert.dabeimu anverschiedenenstellenderanfrageeinfunktionsaufrufm glich 4.2.SpezielleAnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen sein,zumbeispiel: alsaggregatfunktion, zurberechnungkomplexerpr dikate. zumableitenbestimmtereigenschaftenderergebnisobjekteoder NachfolgendsindeinigeausSichtdesAnwenderstypischeAnfragenanr umlichedaten aufgef hrt.dieverschiedenenanfragensolltendurchdiemultimedia-anfragesprache abgedecktwerden,umeinekomplexesucheaufr umlichendatenzuerm glichen.diese sindimeinzelnen: 1.Unterst tzungeinerdirektenr umlichensuche:dashei t,bestimmteobjekte 2.Einekombinierter umlichesuche:dabeierfolgtdiesuchenachobjektendurch w re:findealleautosimrechtenunterenteildesvideoframes. werdeninvorgegebenenbildregionengesucht.einbeispielf reinesolcheanfrage bestimmteattributeundbeziehungenzwischendiesenattributenunddenr umlichenobjekten,zumbeispiel:zeigedentyp,dasbaujahr,denkilometerstand 3.Unterst tzungeinerkomplexenr umlichensuchedurchausnutzungvonmengenoperationen berr umlicheattribute:findeallestra en,welchesichimpunkt undeinfotodesautos,welchesrechtsuntenaufdembildzusehenist. 4.DirekteBerechnungspeziellerr umlicheraggregatfunktionenvonobjektenmit (x,y)schneiden. 5.Zusammengesetzter umlicheundzeitbezogenesuche:dashei t,r umlicheund detenw lder. r umlicheneigenschaften:berechnediegesamt chealleraufdembildabgebil- zeitlichebeziehungenwerdenzursucheindendatenausgenutzt,wiezumbeispiel Autostehtundanschlie endindiesemautositzt. inderfolgendenanfrage:findediestellenimvideo,woeinepersonnebeneinem schoninabschnitt3.3festgestelltwurde.ausderforderungnachad quatheit,nach DieAbh ngigkeitvonderzeitisteinwesentlichesmerkmalvielermultimedia-daten,wie ZeitlicheAnfragen welcherallekonstruktedesdatenmodellsdurcheineanfragespracheunterst tztwerden unterst tzenmu.einetypischezeitbezogeneanfragew re:findeallepersonenin sollen,folgt,da einemultimedia-anfragesprachedieformulierungzeitlicheranfragen einem berwachungsvideo,welchediebankbetretenhaben,bevorder berfallstattfand.diespezikationdespr dikatsbevorben tigtdabeieinespezielleunterst tzung

63 Kapitel4.AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen durchdieanfragesprache.einemultimedia-anfragesprachemu zurunterst tzungzeit- 49 rationenabzubilden,wiesiebeispielsweiseinkapitel2diskutiertwurden.diesesind nachfolgendnocheinmalzusammengefa t: bezogeneranfrageninderlagesein,verschiedenezeitlichezusammenh ngeundope- SelektionbestimmterZeitpunkte,ZeitintervalleundZeitspannen, EinbindungvonOperationenaufZeitintervallen,ZeitspannenundZeitpunktenin AusnutzungvonzeitlichenBeziehungenzwischendenMultimediaobjektenzurAnfrageformulierung, Desweiterenmu sicheineanfragesprachef rmmdbmsumzus tzlichezeitbezogene Pr dikateundoperationenerweiternlassen,fallsdiesef rspezielleanwendungsgebiete dieanfragesprache. ben tigtwerden. schreibungdurchmetadateninabschnitt2.2ausf hrlicherl utertwurde,isteineexakte UnscharfeAnfragen WieimZusammenhangmitunscharfenAnfrageninAbschnitt3.4undderInhaltsbe- derunterst tzungdurchdiemultimedia-anfragesprache.folgendem glichkeitenzur BeschreibungderMediendatennichtm glich.f reineleistungsf higesucheineinem teeinemultimedia-anfragespracheanbieten: BeschreibungvonUnsch rfeundn heundzurgewichtungvonanfrageausdr ckensoll- MMDBMSm ssendeshalbunscharfeanfragenformuliertwerdenk nnen.diesbedarf hnlichkeitsanfragen,dashei t,anhandeinesinderanfragespeziziertenmultimediaobjektesundeinerdistanzfunktionwirdnachobjektengesucht,dieeine unscharfepr dikate(z.b.normal,kreisf rmig,haupts chlichblau),dieeinenbereichm glicherwerteundkeineneinzelnenexaktenwertvorgeben, gewichteteanfrageausdr cke,wobeideneinzelnenanfragebedingungengewichte bestimmten heoder hnlichkeitzumvorgegebenenmultimediaobjektbez glich derdistanzfunktionaufweisen,und st tzen. entsprechendihrerrelevanzbez glichdergesamtenanfragezugeordnetwerden. 0,75)oderdieZuordnungvonunscharfenAusdr cken(z.b.hoch,niedrig)unter- DieAnfragesprachesolltedazuentwederdieZuordnungvonZahlenwerten(z.B. WeiterhinsollteeiniterativerAnfrageproze,wieerinAbschnitt3.4.1beschriebenwurde,durchdieAnfragespracheunterst tztwerden,umsodiequalit tdersuchergebnisse Mengenorientiertheiterl utertwurde,m ssendiemengenoperationenumkonzeptezur schrittweiseerh henzuk nnen.wiebereitsimzusammenhangmitderforderungnach

64 BehandlungderdenErgebnisobjektenunscharferAnfragenzugeordnetenRelevanzwertenerweitertwerden.BeimEntwurfeinerMultimedia-Anfragesprachemu hierf reine Zusammenfassung geeignetesemantikfestgelegtwerden. Pr sentationvonanfrageergebnissen Funktionenh ngthierbeivonderartderanfragestellungab.dabeimu unterschieden tationben tigtwerden.diegenauemengevonzuunterst tzendenparameternund IhreAufgabeistes,alleParameterundFunktionenzuspezizieren,dief reinepr sen- DieAnfragesprachespieltbeiderPr sentationderanfrageergebnisseeinewichtigerolle. werdenzwischen: ImerstenFallwerdendieAnfragendurcheinAnwendungsprogrammgestellt.Diezeitlicheundr umlichepr sentationunddiedarstellungderdaten bernimmtsomitdas Anwendungsprogramm.AuchFunktionenf rdiebenutzerinteraktionk nnenindiesem 2.FormulierungeinerAnfrage berdieinteraktivebenutzerschnittstelle. 1.FormulierungeinerAnfragedurcheinAnwendungsprogrammoder FunktionenundParametermu dieanfragesprachegeeignetekonstrukteanbieten. diegefordertenqualit tsparameter(qos)zugarantieren.f rdiespezikationdieser FalldurchdasAnwendungsprogrammbereitgestelltwerden.AufgabedesMMDBMSist es,funktionenf rdiemedientransformationundmedientranslationbereitzustellenund schiedenenmedientypendurchdasmmdbmsangebotenwerden.ebenfallswerden MedientransformationundMedientranslationauchDarstellungsfunktionenf rdiever- Funktionenf rdiesteuerungderdarstellungdiesermediendatenundzurunterst tzung BeiderAnfrageformulierung bereinebenutzerschnittstellem ssenzus tzlichzur legungderdarstellungdermedienobjekteanbieten. Medientranslation/-formation,f rdiebeschreibungderqos-parameterundf rdiefestsequenzenzusteuern.einemultimedia-anfragesprachemu somitkonstruktef rdie wesentlicherbenutzerinteraktionenben tigt,umzumbeispieldasabspielenvonvideo- Ans tze[lsb+99]gehensogarsoweit,komplettepr sentationenalseineartsichtabzukenab,immermehrpr sentationsfunktionalit tindasmmdbmszuverlagern.einiglegenunddiegesamtepr sentationsfunktionalit t,wier umlicheanordnung,synchronisationusw.,durchdasmmdbmsbereitzustellen.hierf rmu eineanfragesprache s mtlichepr sentationsparameterzus tzlichzureigentlichenanfragespezizieren. 4.3 DieserAbschnittfa tdieaufgestelltenanforderungenanmultimedia-anfragesprachen zusammen.imerstenteildieseskapitelswurdenallgemeineanforderungenf reinean- Zusammenfassung InletzterZeitzeichnetsicheineEntwicklungimBereichderMultimedia-Datenbanfragesprachebetrachtet,wobeidieG ltigkeitdereinzelnenkriterienimzusammenhang

65 Kapitel4.AnforderungenanMultimedia-Anfragesprachen Kriterium Erkl rung 51 Ad-hocFormulierung GenerischeOperatorenAnfragesprachebestehtauseinerkleinenMengegenerischer FormulierbarkeitvonAnfragen,ohneeinvollst ndigesanwendungsprogrammzuschreiben Anwendungsunabh ngigkeit Deskriptivit t Sprachentwurfunabh ngigvonbestimmtenanwendungen BeschreibungdergesuchtenDatenundderArtderPr senta- Mengenorientiertheit Orthogonalit t tiondieserdatenohnevorgabeeinerberechnungsvorschrift Ezienz Unterst tzungvondatenmengenundmengenoperationen Erweiterbarkeit beliebigekombinationvonoperationen,solangeeinetypdesdatenbankmodells ezienterealisierbarkeitderkernoperationen einfacheerweiterungderanfragesprachebeierweiterungen bereinstimmunggegebenist Abgeschlossenheit Ad quatheit DarstellbarkeitderResultatevonAnfragenundMethodenaufrufenimDatenbankmodell Vollst ndigkeit AbdeckungallerKonstruktedesDatenmodellsdurchdieAnfragesprache(r umliche,zeitlichebeziehungenusw.) SprachebesitztmindestensdieM chtigkeitderrelationenalgebra Sicherheit Optimierbarkeit FormaleSemantik rung TerminierungundendlicheErgebnissef ralleanfragen Eingeschr nktheit AbbildungderSpracheaufeininternesModellzurOptimie- formaledenitionallersprachkonstrukteundoperationen Tabelle4.1:AllgemeineAnforderungenf ranfragesprachen berechnungsunvollst ndigeanfragesprache mitanfragespracheninmmdbmsbesondersuntersuchtwurde.dabeikannfestgestelltwerden,da alleallgemeinenkriterienauchf rmultimedia-anfragesprachenihre volleg ltigkeitbehalten.intabelle4.1sinddieseallgemeinenkriteriennocheinmal zusammenmiteinerkurzenbeschreibungaufgelistet. Anfragesprachegestelltwerden.DazuwurdeneineReihevonKriterienaufgestellt,welchenocheinmalinTabelle4.2indererstenSpalteaufgef hrtsind.diezweitespalte DerzweiteAbschnittdiesesKapitelsbefa tesichmitdenspeziellenanforderungen,dieaufgrundderinkapitel3vorgestelltenbesonderheitenaneinemultimediadersp tervorgestelltenmultimedia-anfragesprachendienen. Anfragespracheinverk rzterformzusammen.dieindiesemkapitelaufgestelltenanforderungenwerdenimweiterenverlaufdieserarbeitalsgrundlagef rdenvergleich dertabellefa tdieausdenkriterienresultierendenanforderungenaneinemultimedia-

66 Zusammenfassung Kriterium Universell Inhaltsbasierte deranfragen AnforderungandieMultimedia-Anfragesprache Unterst tzungmehrerermedientypenundmedien bergreifen- R umlicheanfragen M glichkeitderformulierungvonanfragenanfeaturewerteunddiestrukturdermultimediadatensowieeineunterst tzungiterativverfeinernderanfragen ZeitlicheAnfragen Verf gbarkeitr umlicherpr dikateundoperatorenf rdiean- Verf gbarkeitzeitlicherpr dikateundoperatorenf rdieanfrageformulierungetermen, hnlichkeitsoperatorenundrelevanzwerten Unterst tzungvonunscharfenpr dikaten,gewichtetenanfra- Verf gbarkeitvonpr dikatenundoperationenf reinemedientransformation/-translation,raum-/zeit-constraintsund UnscharfeAnfragen Pr sentation Tabelle4.2:SpezielleAnforderungenf rmultimedia-anfragesprachen QoS-ParameterzurPr sentationderanfrageergebnisse

67 5 Ausgew hlteans tzef r Multimedia-Anfragesprachen folgtwurden,sinddabeisehrunterschiedlich.einteildersprachenentstandim EineVielzahlvonAnfragesprachenf rmmdbmswurdenindenvergangenenjah- ZusammenhangmitspeziellenAnwendungen,wiezumBeispieldieAnfragesprache KEQL[CHIT98],derenAugenmerkaufmedizinischenAnwendungenliegt.AndereAnfragesprachensindaufbestimmteMedientypenspezialisiertoderunterst tzeneinzelnrenvorgeschlagen.dieziele,welchebeiderentwicklungdereinzelnensprachenver- ihrerwesentlichenmerkmalevorzustellen.dabeiwurdenhaupts chlichsolcheanfragesprachenuntersucht,dieeinenanwendungsunabh ngigenansatzverfolgen,dadies ZieldiesesKapitelsistes,diewichtigstenAnfragesprachenf rmmdbmsanhand Anfragearten,wiezumBeispielr umlicheanfragen. einegrundanforderungf rmultimedia-anfragesprachendarstellt.dieverschiedenen Ans tzesinddazuindreikategorieneingeteilt: neue,speziellentwickelteanfragesprachen, ErweiterungenvonSQLund DiesedreiKategorienbestimmenimwesentlichendenAufbaudesKapitels.Die Multimedia-Anfragesprachen,welchenunvorgestelltwerden,sinddabeideneinzelnen ErweiterungenvonOQL. diewenigstenans tzekomplettesprachbeschreibungen.dienachfolgendenbeschreibungenst tzensichaufdieindenver entlichungenzudeneinzelnenanfragesprachen aktuellenforschung,welcheteilweisenochnichtbeendetist.dadurchexistierennurf r Kategorienzugeordnet.DiemeistenvorgestelltenAnfragesprachensindAns tzeausder verf gbareninformationen,welcheunterumst ndennichtdievolleausdrucksf higkeit deranfragesprachenbeschreiben. 5.1 DiesebasierennichtaufeinerStandardsprache,wieSQLoderOQL.EinProblemvon IndiesemAbschnittwerdenvollst ndigneuentwickelteanfragesprachenvorgestellt. NeuentwickelteAnfragesprachen neuentwickeltensprachenistdiefehlendeakzeptanzbeimnutzer.imallgemeinenist

68 54 esschwierig,dembenutzerzuverdeutlichen,warumerf rjedeanwendungeineneue 5.1.NeuentwickelteAnfragesprachen EntwurfderSprachevollkommenaufdiezul sendenproblemekonzentrierenkannund Spracheerlernenmu.NeuentwicklungenhabenaberdenVorteil,da mansichbeim nichtvondeneinerstandardsprachezugrundeliegendenregelnabh ngigist.solassen sichimzusammenhangmitmultimedia-anfragesprachenkonzeptef rverfeinerndeoder visuelleanfragenineinerneuentwicklungeinfacherundkomfortablerumsetzen. PICQUERY+[CIT+93,Pra97b]isteinewissensbasierte,objektorientierteAnfragesprache,welchef rbild-undalphanumerischedatenbankenentworfenwurde.ziegesprachef rmmdbmszudenieren,dieauchgrundlegendeanforderungenausdem BereichdermedizinischenBildverarbeitungunterst tzt.trotzderengenverbindungzu medizinischenanwendungenwurdeaufeineanwendungsunabh ngigesprachdenition derentwicklungwares,einesehrumgangssprachlicheundleichtbenutzbareanfra- geachtet. tiertesmodell.f reinereihevonh ugben tigtenobjektensinddiegrundstruktur DasDatenmodell,welchesPICQUERY+zugrundeliegt,isteinerweitertesobjektorien- undeinigeoperationenbereitsvordeniert.soenth lteinbildobjektbereitsbildbezogeneattribute,wiefarbverteilung,gestaltund hnliches.diebeziehungenzwi- PICQUERY+erweitertdazualseinzigederindieserArbeituntersuchtenAnfrageschendenObjektenlassensichdurchKardinalit ten(1:1,1:n,m:n),durchvererbungs- Beziehungenoderzus tzlichdurchzeitlichundevolution rebeziehungenmodellieren. bestimmtenk rperlichenmerkmalenimlaufederzeitabgebildetwerden.dazuwerden durchevolution remerkmalebeschriebenwerdenk nnen,welchemanunteranderem inmedizinischenanwendungenben tigt.sokannzumbeispieldieentwicklungvon sprachendasobjektmodellumeinzeitlich-evolution resdatenmodell(tedm),wo- folgendeevolution rekonstrukteangeboten: Evolution:sichimLaufederZeit nderndeeigenschaftenvonobjekten, Fusion:zweiodermehrObjekteverschmelzenzueinemneuenObjektund F rdieformulierungvonpr dikateninanfragenwerdenverschiedeneoperatorenunterst tzt.diesesindimeinzelnen: Spaltung:einObjektwirdinzweiodermehrereObjekteaufgespalten. arithmetischevergleichsoperatoren:=;<;>;;und6=,

69 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen zeitbezogeneoperatorenf rzeitlichepr dikate:after,before,during,between,in, 55 r umlicheoperatorenzur berpr fungderr umlichenmerkmalederdaten:intersects,contains,iscollinearwith,inltrates,leftof,rightof,above,below,in overlaps,meets,equivalent,adjacent,followsundprecedes, evolution reoperatorenzurbeschreibungderverschiedenenentwicklungsphasen frontofundbehind, f rdiebeschreibungunscharferanfragenderoperator:similarto. einesobjektes:envolvesinto,fusesinto,splitsintound vomspeziellenanwendungsgebietabh ngigist. dabeivondeninderwissensbasisdargestelltenbeziehungenab,daein hnlichkeitsma welcheeindistanzma f rdie hnlichkeitangeben.diegenauenparameterh ngen MitdemOperatorf runscharfeanfragensimilartosindweitereparameterverkn pft, k nnen, hnlichwieaggregatfunktionen,bestimmteeigenschaftenausdemanfrageergebnisableiten.picquery+unterst tzthierbeifunktionenf rnummerischedateobjektenalsauchzurbeschreibungderartderdarstellung.diebearbeitungsmethoden mehrerekonstrukte,sowohlf rdenaufrufvonbearbeitungsmethodenaufdenergebnis- F rdiebeschreibungderpr sentationvonanfrageergebnissenenth ltdiesprache Methodenf rnummerischedatenundbilddatenan.nummerischedatenk nnenals tionen.f rdieartderpr sentationbietetpicquery+ebenfallsunterschiedliche keitundgr e,graustufendarstellung,farbhistogrammeundverschiedenefilterfunk- (Statistikenusw.)undFunktionenf rbilddaten,wieeinstellungvonkontrast,hellig- einzelnenbildernerfolgen.f reineausf hrlichebeschreibungderverschiedenenbearbeitungsmethodenundpr sentationsartenseiaufdieliteratur[cit+93]verwiesen. TabelleoderinverschiedenenDiagrammtypenpr sentiertwerden.diedarstellungvon BilddatenkannbeispielsweisealsDiashowmiteinemfestenzeitlichenAbstandzwischen AnfrageninPICQUERY+ EineAnfrageinPICQUERY+wirdindreiSchrittenausgef hrt.alserstesw hltder BenutzerausverschiedenenDatenbankendiegew nschtedatenquelleaus.imzweiten SchrittwerdendieBedingungenzurAuswahlderDatenspeziziert. hnlichwiedie SpracheQBE[HS97]gibtPICQUERY+hierf reintabellenger stvor.tabelle5.1 zeigteinsolchestabellenger st,wobeidiefolgendebeispielanfrageinpicquery+ steht. ZurSpezikationdergesuchtenDatenenth ltdietabellef nfspalten: dargestelltist:findeallebilder,aufdeneneinrotesautolinksvoneinemblauenauto 1.Objekt-Denition:FestlegungdesObjektesodereinesObjektattributes,welches voninteresseist,

70 56 ObjectRO 5.1.NeuentwickelteAnfragesprachen AUTO2INIMG.feature.objectAND AUTOINIMG.feature.objectAND ObjectValue LO Group IMG.feature.left AUTO2.farbe AUTO.farbe IS = (AUTO2,AUTO) "blau"and rot"and 1 2.Beziehungs-Operator(RO):BestimmungdesOperatorsf rdiezuordnungderobjektezuobjektwertenausspaltedrei, Tabelle5.1:BeispielanfrageinPICQUERY+ 3.Objektwert-Denition:AngabeeinesObjektwertes,derimZusammenhangmitder Objektdenition(Spalteeins)unddemOperator(Spaltezwei)einPr dikatzur 4.LogischerOperator(LO):DenitiondeslogischenOperators(and,or,not),mit Einschr nkungderergebnismengebildetoderdieangabeeinesbeispielobjektes f reine hnlichkeitssuche. 5.Gruppen-Denition:FestlegungvonGruppierungeninkomplexenPr dikaten Pr dikatezusammenzusetzen. welchemdieaktuelleunddienachfolgendezeileverkn pftwerden,umkomplexe NachdemdieEingabederPr dikateindastabellenger stabgeschlossenist,werden ( hnlichderklammerungvontermenintextbasiertenanfragen).zeilenmitder durchdasmmdbmsdiepassendenobjekteausderzuvorangegebenendatenbasis gleichengroup-nummergeh rendabeizuderselbengruppe. ausgew hlt.dasergebnisderanfragewirdebenfallsineinemtabellenger stangezeigt. legungderergebnispr sentation.hierbeik nnendurchdenbenutzer,ausdenimta- bellenger stdargestelltenobjekten,einzelne,interessanteobjekteundattributef rdie Anschlie endfolgtderletzteschrittderanfrageformulierunginpicquery+,diefest- werden,dieimzusammenhangmitdemdatenmodellvorgestelltwurden. AmEndemu f rdieeinzelnenergebnisobjekteeinederdarstellungsartenangegeben Pr sentationausgew hltwerden.au erdemistesm glich,weitereberechnungen,wie zumbeispielbildbearbeitungsfunktionen,aufdenausgew hltenobjektenauszuf hren. dritteschrittentscheidet berdiepr sentationderergebnisseeineranfrage. zweiteschrittbestimmtdurchdieangabevonpr dikatendieergebnismengeundder einendreistugenanfrageproze.imerstenschrittwirddiedatenquellespeziziert,der WieindenvorangegangenenAbschnittenzusehenwar,unterst tztpicquery SCORE[ATY+95]isteinSystemf rdieinhaltsbasierte hnlichkeitssucheinbilddatenundwurdeanderuniversit tvonillinois/chicagoentwickelt.zurbeschreibung

71 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen derbildinhalteverwendetscoreeinedemer-modell hnlichenotation.anfragen 57 benunscharfenanfragenf rattributwerteundf rnichtr umlichebeziehungenauch eineableitungr umlicherbeziehungen,wasnachfolgendnochgenauererl utertwird. lassensich bereingraschesbenutzerinterfaceformulieren.scoreunterst tztne- DesweiterenwerdenRelevanzwertef rdieanfrageergebnisseangeboten.durchdie Beschr nkungaufbilddatenbietetscorekeinezeitlichenpr dikateundoperatoren. EineeinfachePr sentationderanfrageergebnisse bernimmtdasbenutzerinterface. DasDatenmodell wieaudio-undvideodaten,werdennichtangeboten.zurbeschreibungdesbildinhalteswirdeineaner-modelleangelehntenotationverwandt,dievondenautoren hierf rausschlie lichbild-undbildinhaltsbeschreibendedaten.weiteremedientypen, SCOREisteinDatenbanksystemf rdiesucheinbilddaten.dasdatenmodellverwaltet alsverfeinerteser-modellbezeichnetwird.diesesmodellwirdabernichtwie blich zurschemadenitionverwendet,vielmehrwirdf rjedeseinzelnebildeinverfeinertes ER-Modelldeniert,welchesdenInhaltdesBildesbeschreibt.WiedieKonstruktedes ER-ModellszurBildinhaltsbeschreibungzuverwendensind,istdabeifestvorgegeben: Entitiesrepr sentierendieobjekteinnerhalbeinesbildes(z.b.personenodergeb ude), AttributecharakterisierendieEigenschaftenderObjekte,wieFarbe,Gr e,positionusw.und diefolgendenfestvorgegebenenbeziehungstypenm glichsind: 1.Handlungsbeziehungen,dieseBeziehungenbeschreibenHandlungen,diezwi- BeziehungenstellendieZusammenh ngezwischendenobjektendar,wobeinur 2.R umlichebeziehungenzurabbildungderrelativenr umlichenpositionvon schendenentitiesauftreten(wiezumbeispiel:dermannsch tteltdiehand derfrau.)und unterteiltinsymmetrischeundgerichtetebeziehungen.beieinersymmetrischenbeziehungrzwischenzweientitiesaundbgiltr(a;b)=r(b;a).dasobigebeispiel,der Mannsch tteltdiehandderfrau.,isteinesolchesymmetrischebeziehung,dennesgilt SowohldieHandlungsbeziehungenalsauchdier umlichenbeziehungenwerdenweiter Entitieszueinander. Beziehungen.Ben tigtwirddieklassikationinscoreunteranderemf rdieableitungr umlicherbeziehungenausbereitsbestehenden.sokannzumbeispielaufgrund Dier umlichenbeziehungen,wielinksvonoder ber,sindbeispielef rgerichtete f reinerichtungr0(a;b),esexistiertabereinekorrespondierendeinversebeziehung. ebenso,"diefrausch tteltdiehanddesmannes.einegerichtetebeziehungr0giltnur dertransitivit tr umlicherbeziehungenausaoberhalbvonbundboberhalbvonc

72 gefolgertwerden,da AoberhalbvonCliegt.Hierf rstelltscoreeinemengevon NeuentwickelteAnfragesprachen dieeliminierungredundanterr umlicherbeziehungengenutztwerden. Ableitungsregelnbereit,diezurSchlu folgerungvonr umlichenbeziehungenundf r Baum rechts von Fluß über Brücke groß Abbildung5.1:Beispielf rdieinhaltsbeschreibungvonbilderninscore Blau links von Himmel Berg schreibungderbilddaten.einbeispielf rdieinhaltsbeschreibungeinesbildesdurch DasSCORE-Systementh ltsomiteinemengevonverfeinertener-modellenzurbe- blau klein einsolchesverfeinerteser-modellzeigtabbildung5.1.derbegri,verfeinertesergrünberwieimfallevonscoreverstandenwird. hierunterdiebeschreibungdesdatenmodellsundnichtdiebeschreibungderdatensel- Modell,istindiesemZusammenhangetwasirref hrend,daimbereichderdatenbank zureingabederbeschreibungderbilddatenan,welchesindiesemabschnittbeschriebenwird.einetextbasiertebeschreibungvonanfragenistnichtm glich.inscore durchentities)mitderencharakteristischenmerkmalen(attribute)undbeziehungen ER-Modelldar.Dieseswirdw hrendderanfragebearbeitunganhandspeziellervergleichsmethodenmitdenabgespeichertenmodellenverglichen,umso hnlichebilderzu ausgedr ckt.diefertigformulierteanfragestelltsomitselbstwiedereinverfeinertes bestimmen.deranfrageproze gestaltetsichdabeiwiefolgt: 1.AuswahlvonBeispielobjekten:Hierf rstehteinemengevordenierterbeispiel- EntitieszurVerf gung,dieabh ngigvomanwendungsgebietangepa twerden AnfrageninSCORE SCOREbieteteingraschesBenutzerinterfacef rdieformulierungvonanfragenund wirdeineanfragevielmehrdurcheinekombinationvonbeispielobjekten(dargestellt 2.VerfeinernderEntities:DurchdieAuswahlvonrelevantenAttributwertenwerden Anfragemaskeangeordnet. k nnen.diepassendenentitieswerdenausdialogboxenausgew hltundineiner durchgraschemethoden(z.b.auswahlausvordeniertenlisten)alsauchdurch diecharakteristischenmerkmaledergesuchtenentitiesdeniert.dieskannsowohl Tastatureingabengeschehen.

73 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen 3.SpezikationderBeziehungenzwischendenEntities:MitHilfegrascherMethoden 59 soll,zuspezizieren. Entitiesangegeben,umsodieBeziehungen,welchedasgesuchteBildenthalten werdenr umlichebeziehungenundhandlungsbeziehungenzwischendenbeispiel- 4.AnfragebearbeitungdurchdasSCORE-System:DurchdieSchritteeinsbisdrei wurdestufenweiseeinverfeinerteser-modellaufgebaut.dassystemf hrtnun einenvergleichzwischendemanfrage-modellunddenabgespeichertenmodellen 5.Ergebnispr sentation:die hnlichstenbilderwerdendembenutzerinformeiner gorithmendeniert,f rderengenauebeschreibungauf[aty+95]verwiesensei. durch.f rdiesenvergleichsindgeeignete hnlichkeitsma eundberechnungsal- 6.VerfeinerungderAnfrage:MittelsBrowsendurchdieErgebnismengekannderBenutzerhierauszuseinerAnfragepassendeEntitiesundAttributwerteausw hlen EntitiesundBeziehungenhinzuf gen.anschlie endbeginntderanfrageproze wiederbeischritt1,dashei t,neueentitiesk nnenausgew hltoderbereitsausgew hltek nnengel schtwerden,attributelassensichhinzuf genoder ndern. undzudenbereitsinderanfragemaskevomvorherigenanfrageproze enthaltenen ModellderBilder,pr sentiert. Liste,bestehendauseinerverkleinertenBilddarstellungunddemverfeinertenER- DieserIterationsproze kannsolangefortgesetztwerden,bisderbenutzermitdem denbenutzer,welcheraberineineretwasabgewandelterenformabl uft,alservom SCOREunterst tztsomiteineniterativenanfrageproze mitrelevanzfeedbackdurch Ergebniszufriedenist. InformationRetrievalbekanntist.BeimklassischenRelevanzfeedback-Verfahrenwird feedbackf reineverfeinerungderanfragebedingungennutztundeineerneuteanfrage imallgemeinennuraufderergebnismengeverfeinert,wogegenscoredasrelevanz aufdemgesamtendatenbestandausf hrt. in[hr96]einevisuelleanfragesprachef rvideo-beschreibungsdatenvorgeschlagen,die MitTVQL(TemporalVisualQueryLanguage)wirdvonHibinoundRundensteiner wardieunterst tzungderanalysevonvideodatenbez glichihrerr umlichenundzeitlichencharakteristiksowiedieableitungvonzeitlichentrendsausdenbeschreibungsdaten(zumbeispielereignisatrittimmergleichzeitigmitereignisbauf).nachfolgend indiesemabschnittgenaueruntersuchtwerdensoll.zielderentwicklungdiesersprache gesprachetvql,welcheimzweitenteildiesesabschnittesbetrachtetwerden. Grundlagef rdieformulierungvonzeitlichenanfragenmithilfedervisuellenanfra- wirdzuerstdasmodellzurbeschreibungdervideodatenvorgestellt.diesesbietetdie

74 NeuentwickelteAnfragesprachen AnnotationModell ZurBeschreibungdesRaum-/ZeitverhaltensundanderersemantischerInformationen, dieindenvideodatenenthaltensind,verwendettvqleinaufannotationenbasierendes Datenmodell.DieGrundkonstruktediesesModellssind: Video,gekennzeichnetdurchStartzeitundEndzeiteinesVideosundeinemOsetwert.Zus tzlichgibtessystemweiteineneinheitlichzeitstrahl,dermitderframenummernullbeginntundaufwelchemdievideosentsprechenddemosetwert angeordnetsind.f rdieumrechnungvonstart-undendzeitinframenummern undumgekehrtwerdengeeignetemetodenangeboten. Videosegment,welcheseinenzeitlichenAusschnittauseinemVideodarstellt. Video-Annotation,diebestimmte,f rdenbenutzerinteressante,videoausschnitte beschreiben.siesindzeitlichverkn pftmitvideosegmentenundbeziehensichauf einenr umlichenausschnittdesvideos(zumbeispiel,linkeobereecke). JedemVideoinTVQLwirdeineendlicheMengevonVideo-Annotationenzugeordnet. HierbeiistzurBeschreibungderVideodatenf rdievideo-annotationsobjekteeinefeste Strukturvordeniert.DiesewirdinAbbildung5.2graschdargestellt. Media- Objekt Deskription- Objekt Zeit: Startzeit Endzeit Dauer Startframe Endeframe Raum: Position Breite Höhe Annotation Deskription- Objekt Kommentare Inhalt: Name Aktion Empfänger Kategorie Kommentar Historie (otp.): erstellt_von Erstellungdatum Erstellungszeit Änderungsdatum Änderungszeit Raum: (default) Position Breite Höhe Video-Annotations-Objekt Deskription-Objekt Abbildung5.2:ObjektezurBeschreibungvonVideodateninTVQL EineVideo-Annotationenth ltvierkomponenten:zeitlicheinformationen(startzeit, Endzeitusw.),r umlicheinformationen,freiebenutzerkommentareundeinereferenz

75 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen zueinemdeskription-objekt.diesesbestehtwiederumausvierteilen,wieinabbildung5.2zusehenist.derersteteilbeschreibtsemantischeinformationenzudemim VideoausschnittdargestelltenEreignis,wiedenNamenderPersonoderdesObjektes Objekt. (Name)imAusschnitt,diedargestellteHandlung,einedarineinbezogeneweiterePerson 61 (Empf nger),diezuordnungzueinerkategorieundeinkommentarzumdeskription- Standardwertef rdievideo-annotationsobjektean.dervierteteildesdeskription- TeildesDeskription-ObjektesundbietenzurVereinfachungdesBeschreibungsprozesses jekterstelltoderzuletztge ndertwurde.dier umlichendatenbildendendritten DerzweiteTeildesDeskription-Objektesistoptionalundgibtan,wanndasOb- durchgef hrtwerden,wassehrzeitaufwendigist.inzukunftsollendieannotationen ineinergraschendarstellungdervideosandenzugeordnetenstellenangezeigtwird, ObjektesordnetdiesemeinMedia-Objektzu.EinMedia-ObjektisteinSymbol,was durchgeeigneteverfahrenzumindestteilweiseautomatisiertwerden. umdieanalysezuerleichtern.momentanm ssenallevideobeschreibungenvonhand VisuelleAnfrageninTVQL NachdemdasBeschreibungsmodellvonTVQLvorgestelltwurde,sollnundieFormulierungvonAnfragenandieseBeschreibungsdatenbetrachtetwerden.TVQLbenutzt chedieauswahlkriterienspeziziertwerden,wirdgleichzeitigdasanfrageergebnis hierf rsogenanntedynamischeanfragen,wodurchsichderanfrageproze starkvon demklassischerdatenbankenunterscheidet.w hrend bereinegraschebenutzeroberwerden. Datenbasis,ausderdurchdieAuswahlkriteriendiegew nschtendatenherausgeltert zudermomentanenauswahlangezeigt. ndertmaneinauswahlkriterium,so ndert sichgleichzeitigdasanfrageergebnis.grundlagef rdieauswahlistimmerdiegesamte zumentsprechendenattributinderdatenbankvorhandenenwerte. (Name,Handlung,Historieusw.),zurVerf gung.eineauswahllisteenth ltdabeialle MengevonAuswahllisten,entsprechenddenAttributendesVideo-Annotations-Objektes F rdiespezikationderauswahlbedingungenstehenaufderbenutzerober cheeine geneanfragenschiebereglerverwendet,wiesieinabbildung5.3dargestelltsind.diese lassensichintvqlf rverschiedeneartenzeitbezogeneranfrageneinsetzen: NebendenAuswahllistenzurSpezikationdergesuchtenDatenwerdenf rzeitbezo- zurbeschreibungderzeitdauerdesgesuchtenvideosegmentes(z.b.:findealle zurzeitlicheneinschr nkungdesbetrachtetenvideoausschnittes(z.b.:findealle Videoausschnitte,woderLehrerl ngeralseineminutespricht.), zurbeschreibungvonzeitlichenbeziehungenzwischenzeitintervallen. Personen,dieimVideozwischenderf nftenundzehntenminutezusehensind.),

76 NeuentwickelteAnfragesprachen werden.bereitsinabschnitt3.3.1wurden13zeitintervallbeziehungenvorgestellt,welche AnhandderzeitlichenBeziehungensolldieVerwendungderSchiebereglerverdeutlicht Abbildung5.3:BeispieleinervisuellenzeitbezogenenAnfrageinTVQL diefolgendenvierdierenzen-constraintsdargestelltwerden: auchtvqlunterst tzt.jededieserbeziehungenzwischenzweizeitintervallenaund Bmitao(b0)StartzeitpunktvonA(B)undae(be)EndzeitpunktvonA(B)kanndurch MitHilfeeinesSchiebereglerskannjeweilseinesderobigenDierenzen-Constraintsgra- schdargestelltwerden.hierf renth lteinschiebereglerzweibeweglichekomponenten. a0 b00;a0 be0;ae b00;ae be0;wobei2f<;>;=g: demschiebereglerangegebenenstart-/endzeitpunktezweierobjekteeingestelltwerden. Zus tzlichistauchdieangabevonzahlenwertenm glich.unterhalbeinesreglersist Mitdiesenk nnendierelationenbefore(<),equals(=)undafter(>)f rdiejeweilsvor dazudergesamteeinstellbarebereichangegeben,wohingegenderaktuelleingestellte ZahlenwertoberhalbderbeweglichenKomponentenangezeigtwird.ImBeispielinAbbildung5.3stehenbeidemoberstenSchiebereglerbeideKomponentenaufdemPunkt Null.DiesentsprichtdemDierenzen-Constrainta0 b0=0undbedeutetf rzwei Zeitintervalle,da diesegleichzeitigbeginnen. BeziehungAstartsBdargestellt,wiesieinTabelle3.2deniertwurde. schenzeitintervallengraschspeziziertwerden.zumbeispielistinabbildung5.3die DerCreateMacro-ButtonimunterenTeildesBeispielsdientzumAbspeichern VerwendetmanvierderSchieberegler,k nnensomitdieobigenbeziehungenzwi- vonreglereinstellungenf rsp tereanfragen,wogegenderor+buttonvorgesehen

77 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen ist,ummehrereintervallbeziehungeninnerhalbeineranfrageanzugegeben.dazuwird 63 einweiteresfenstermitderselbenschiebereglereinstellungangezeigt,dieanschlie end Buttonsl tsichdasentsprechendefensterwiederentfernen.dasamunterenendedes beliebigver ndertwerdenkann.diedurchmehrerefensterdargestelltenintervallbestellungausgew hltezeitlichebeziehungundwirdbeiver nderungderreglerdynamisch BeispielshinterdemPfeildargestellteSymbolstehtf rdiedurchdieaktuellereglereinziehungenwerdenbeideranfragebearbeitungdisjunktivverkn pft.mithilfedesorangepa tbungsdatenundzeitbezogeneanfragenausdr cken.dabeibietendiegraschenanfragemethodenunddasprinzipderdynamischenanfragen,besonderszurbeschreibungzeitlicherbeziehungen,sehrgutem glichkeiten.ineineranderenarbeit[kr98]vonkaushik DurchdievorgestellteAnfragespracheTVQLlassensichAnfragenandieBeschreigenbenutzt.LeiderbietetTVQLkeineUnterst tzungf rweiteremedientypenau er Videodaten,undesbestehtkeineM glichkeit,unscharfeanfragenzuformulieren. undrundensteinerwirddiesetechnikebenfallsf rdiespezikationr umlicheranfra- IntelligenzsindLogikprogrammiersprachensehrverbreitet.DienachfolgendvorgestellteMultimedia-AnfragesprachebasiertaufeinersolchenformalenlogischenSprachezur FormulierungvonAussagen(Kalk l)undisteinederwenigenans tze,diesichmitden AufdemGebietderwissensbasiertenSysteme,derExpertensystemeundderk nstlichen Frameworkf reinestrukturiertemultimedia-datenbank welchesimnachfolgendenunterabschnittvorgestelltwird.basierendaufdiesemframeworkwirddarananschlie endeinelogikbasierteanfragesprachebeschrieben.imlaufe VorgestelltwirddieserAnsatzvonS.MarcusundV.S.Subrahmanianin[MS96]. SiedeniereneintheoretischesFrameworkf reinestrukturiertemultimedia-datenbank, mathematischengrundlagenf rmultimedia-datenbankenbefa t. EndediesesAbschnitteserl utertwird. derzeitwurdenverschiedeneerweiterungendieserspracheundeineabbildungdeslogikbasiertensprachansatzesaufdiestandardsprachesql[mar96]entwickelt,welcheam TheoretischesModelleinerstrukturiertenMultimedia-Datenbank thematischesmodellf reinemedieninstanz,welchesalseineverbindungzwischender Grundlagef rdasvonmarcusundsubrahmanianvorgestellteframeworkisteinma- Dabeiist: FormaldeniertisteineMedieninstanzein8-Tupel(S,fe,ATTR,;<;=,Var1,Var2). physischenundderlogischenrepr sentationeinesmedientypsbetrachtetwerdenkann. SeineMengevonMedienobjekten,z.B.Bilder,Videosequenzenusw., feeinefeaturemenge,womitentgegenderallgemeinendenitionvonfeatureseine MengevoninteressantenObjektenoderwichtigenHandlungen,enthalteninden

78 64 Medienobjekten,gemeintist,z.B.PersonenaufeinemFoto,markanteSzenenin 5.1.NeuentwickelteAnfragesprachen ATTReineMengevonAttributwerten,diedenMedienobjektenunddenFeatures einemvideolmusw., :S!2feeineZuordnungvonMengenvonFeatureszuMedienobjekten,um zugeordnetwerden, <einemengevonrelationenauffeiattrjsmiti;j0,dieeinezuordnungvonfeatures,attributwertenundmedienobjektendeniert.zumbeispiel beschreibtdierelationleft_of(baum,haus,foto1.gif),da auffoto1.gifein BaumlinksvoneinemHauszusehenist.IndiesemkonkretenFallndeteineZu- festzulegen,welchesfeatureinwelchemmedienobjektvorkommt, =einemengevonrelationenaufs,dadurchk nnenbeziehungenzwischenden ordnung(fe2attr0s)vonzweifeatues(baum,haus)zueinemmedienobjekt Medienobjektendeniertwerden. (Foto1.gif)statt. Var1MengevonObjektenausSund MitHilfederobigenDenitioneinerMedieninstanzlassensichnunverschiedeneMedientypenformalbeschreiben.DiessollanhandeineskleinenBeispielsverdeutlichtwerden. Var2MengevonObjektenausfe. DieBilddatenvonsiebenFotosunddendaraufabgebildetenPersonensindwiefolgtals Medieninstanzbeschreibbar: 1.MengevonMedienobjektenS=fBild1:gif;Bild2:gif;:::;Bild7:gifg, 2.Features,zumBeispielPersonenaufdenFotos, 3.Zuordnung,welchePersonenaufwelchemBildzusehensind: fe=fingo;stefan;marco;simone;ingolfg; =f(bild1:gif;fingo;stefang);(bild2:gif;fmarco;simoneg); 4.<k nntedier umlicheanordnungderpersonenaufdenbildernbeschreibenund :::(Bild7:gif;fIngo;Stefan;Marco;Ingolfg)g In hnlicherartundweisekannmansoauchmedieninstanzenf randeremedientypen denieren.derinhaltdermedienobjektewirddabeidurchdiefeatures,attributwerte 5.=k nntedie hnlichkeitderfotosbez glichderfarbverteilungausdr cken.

79 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen unddierelationenabgebildet.wieimobigenbeispielangedeutet,lassensichauch hn- 65 lichkeitsbeziehungenausdr cken.einemultimedia-datenbankkannsomitalseineendli- punkte,siekannnichtmitsynonymeninfeaturesumgehenundsiebietetkeinem glich- keitzurversch rfungoderabschw chungvonanfragepr dikaten(vgl.abschnitt3.1.2). Datenbank(SMDS)behoben,diealsein5-Tupel(fM1;:::;Mng;;;inh;subst)dargestelltwird.Dabeiist: Mi=(Si;fei;ATTRi;i;<i;=i;Vari1;Vari2)eineMedieninstanz, eine quivalenzrelationauf==sni=1feizurdenitionvonsynonymen(z.b. einehalbordnung==aufden quivalenzklassenvon=,umattributhierarchien, wieinabschnitt3.1.2beschrieben,zudenieren, AutoFahrzeugWagen), chemengevonmedieninstanzendeniertwerden.diesedenitionenth ltzweischwach- BeideProblemewerdendurchdieformaleDenitioneinerstrukturiertenMultimedia- inheineabbildung==!2==,diejedemfeaturefeinemengevonfeatures substeineabbildungvonsni=1attrinach2sni=1attri,wodurcheinezuordnung zuordnet,welchebez glichderhalbordnung()unterhalbvonfliegen.hierdurch vonattributwertenzuanderenattributwertenfestgelegtwird,umdadurcheine wirdeineverfeinerungvonanfragetermenerm glicht. DurchdieindiesemUnterabschnittvorgestelltenDenitionenf reinemedieninstanz undeinestrukturiertemultimedia-datenbankisteineformalemathematischebeschreibungf reinemultimedia-datenbankgegeben.daraufaufbauendhabenmarcusund SubrahmanianeinelogikbasierteAnfragespracheentwickelt,dienachfolgendbeschrie- Abschw chungvonanfragetermenzuerreichen. benwird. LogikbasierteAnfragenaneinSMDS UmAnfragenaneine,durchdasobigebeschriebeneFrameworkdargestellte,strukturierteMultimedia-Datenbankstellenzuk nnen,wurdein[ms96]einelogikbasiertesprache vorgestellt.diesesprachebestehtausfolgendenkonstrukten: 1.Konstanten: (b)jedess2si;1inisteinekonstante(medienobjekt-konstante)der (a)jedesf2fei;1inisteinekonstante(featurekonstante)deranfrage- (c)jedeganzezahli;1inisteinekonstante, Anfragesprache,

80 66 (d)jedesmediummiisteinekonstante(z.b.wennm1=video,dannistvideo 5.1.NeuentwickelteAnfragesprachen (e)eineendlichemengevonattribut-konstanten(attributwerte,wierot,blau, mittelgro usw.). einekonstante), 3.Variablen:unendlicheMengevonLogikvariablen:V1;:::;Vi;::: 2.Funktionssymbol:ististeineFunktion,welchedieMengederFeatureszueinem Medienobjektbestimmt, 4.Pr dikate: (a)bin respr dikatframetype,welcheszudenzweiargumenten(medienobjekt, bereinstimmt. desmedienobjektesmitdemimzweitenparmeterangegebenenmedientyp Medientyp)denWertwahrzur ckliefert,genaudann,wenndermedientyp (b)bin respr dikat2, berpr ftdasvorkommeneinesfeaturesineinerfeaturemenge, (d)f rjedej-stelligebeziehungzwischenfeatureundmedienobjeten (c)f rjedej-stelligebeziehungr2<iexistierteinj-stelligespr dikatr EineTermistinduktivdeniert: eseinj-stelligespr dikat 2<i2gibt 1.JedeKonstanteisteineTerm. 2.JedeVariableisteineTerm. SpezielleTerme,diekeineVariablenenthalten,sindGrundterme.Wennpeinn-stelliges 3.Wennneinn-stelligesFunktionssymbolundt1;:::;tnTermesind,dannistauch Pr dikatistundt1;:::;tntermesind,dannistp(t1;:::;tn)einatom.eineanfrage n(t1;:::;tn)einterm. kannnunalskonjunktionvonatomenderform: deniertwerden.anhandvonzweibeispielensolldieverwendungdieserspracheverdeutlichtwerden.bezogenaufdasobigebeispieleinerbilddatenbankmitsiebenbildern (9)(A1^:::;An) wirddieanfrage:findeallebilder,aufdenenmarcozusehenist.wiefolgtausgedr ckt: DerBuchstabesisthierbeieinPlatzhalterf rdieergebnisobjekte.durchdaspr dikat frametypewirddertypdesmedienobjektesangegebenundflist(s)istdiemengealler (9s)(frametype(s;Bild)^Marco2ist(s)):

81 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen Features,diedemMedienobjektszugeordnetsind.DaMarcoimBeispielalsFeature 67 hatfolgendeformaledarstellung: (interessanterausschnitteinesmedienobjektes)deniertwar,werdensoallebilder,die Marcoenthalten(Bild2.gifundBild7.gif),alsErgebnisbestimmt.ImzweitenBeispiel werdenallebildergesucht,aufdenenmarcolinksvonsimoneabgebildetist.dieanfrage (9s)(frametype(s;Bild)^Marco2ist(s)^Simone2ist(s) malelogikbasierteanfragesprachead quatbez glichdemformalenmodelleinerstruk- turiertenmultimedia-datenbankist.beientsprechenderspezikationvonr umlichen, mitdurchdiespracher umliche,zeitlicheund hnlichkeitsanfragenformuliertwerden. EbensowirdeineVersch rfung/abschw chungvonanfragetermenangeboten. In[MS96]wirdvonMarcusundSubrahmaniannachgewiesen,da dievorliegendefor- ^left_of(marco;simone;s)): zeitlichenbeziehungenundeinem hnlichkeitsma f reinemedieninstanzk nnenso- welcheeinumfangreicheswissen berlogikprogrammierungvombenutzerverlangt. EinProblemdeslogikbasiertenAnsatzesistdiekomplizierteFormulierungvonAnfragen, SQL-AnfragenaneinSMDS DeshalbwerdendieseSprachenmeistaufeinerunterenEbeneeingesetzt,dasieeinegute mathematischebasisf rdenanfrageproze unddieoptimierungvonanfragenbieten. EineVerwendungalsEndbenutzerspracheisteherselten,meistwerdenf rdiesenzweck abgebildetoderdurcheinegraschebenutzerober chebereitgestellt. diekonstruktederlogikbasiertenanfragespracheineineanderesprache(z.b.sql) schriebenelogikbasierteanfragesprachevorgenommen.in[sub98]stelltv.s.sub- rahmanianeinesql-erweiterungf rdieanfrageformulierunganeinestrukturierte Multimedia-Datenbankvor,welchenachfolgendauchmitSMDS-SQLbezeichnetwird. EinesolcheAbbildungaufdieStandardspracheSQLwurdeauchf rdieobenbe- DieseAnfragespracheenth ltnebenallenstandard-sqlstatementszus tzlichfolgende Konstrukte: select<medien-entity>,wobeieinmedien-entitydeniertistals: 1.m:[i,j],Continuous-Medienobjekt,dargestelltdurchdieMengeallerFrames 2.m,Nichtcontinuous-Medienobjektoder 3.fallsmeinMedien-EntityundaeinAttributvonmist,dannistm.aauchein zwischendensegmenteniundj, from<medientyp><quelle><m>,hierbeiwerdennurdiemedienobjektebetrachtet,welchezumangegebenenmedientypundzurdatenquellepassen.mist Medien-Entity. f rdiesemengevonmedienobjekteneinplatzhalter.

82 68where<Term>in<func_call>,dabeiistTermeineVariableodereinObjekt 5.2.ErweiterungenvonSQL mitdemselbendatentypwiedasergebnisvonfunc_call,undfunc_callisteine derf nfbasisfunktionen: 1.FindType(Medienobjekt)liefertzumvorgegebenenMedienobjektdenMedientypzur ck, 2.FindObjWithFeature(Feature)bestimmtdieMengeallerMedienobjekte mitdemangegebenenfeature, 4.FindFeaturesinObj(Medienobjekt)liefertalleimMedienobjektenthaltenenFeatures(wesentlicheObjekte), berechnetdiemengeallermedienobjekte,welchezumvorgegebenenfeature einedurchattributundattributwertbeschriebeneeigenschaftbesitzen, 3.FindObjWithFeatureandAttr(Feature,Attribut,Attributwert) 5.FindFeaturesandAttrinObj(Medienobjekt)berechnetf ralleimmedienobjektenthaltenefeatureseinerelationmitdemschema(feature, MitHilfedieserSQL-ErweiterungkannnundieBeispielanfrageausdemvorhergehenden Attribut,Attributwert). SMDS-SQLwiefolgtdargestelltwerden: Abschnitt:FindealleBilder,aufdenenMarcolinksvonSimoneabgebildetist.,in wherefindtype(m)=bildand from select MinFindObjWithFeature(Marco)and M MinFindObjWithFeature(Simone)and smdssource1m DieindiesemAbschnittvorgestellteAnfragespracheSMDS-SQLerm glichtdieselben Anfragen,wiederzuvorbeschriebenelogikbasierteSprachansatz.EinBeweishierf r left_of(marco,simone,m) wirdin[mar96]gef hrt. 5.2 DiemeistendervorgeschlagenenAns tzef reinemultimedia-anfragesprachebasieren aufeinererweiterungderrelationalenanfragesprachesql,deransi-iso-normf r ErweiterungenvonSQL relationaledatenbanksprachen.derschrittdererweiterungvonsqlliegtnahe,denn vielemmdbmswurdenebenfallsalserweiterungrelationalerdbmsentwickelt. formalesemantikdergrundkonstrukteundoperationenliegtbereitsvor. akzeptiertwird.dietheoretischengrundlagensindweitestgehenderforschtundeine weiteverbreitungundinternationalestandardisierungbeimbenutzerimallgemeinen DieVerwendungeinerStandardsprache,wieSQL,hatdenVorteil,da siedurchihre

83 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen EsgibtaberauchNachteile,welchesichdurchdieVerwendungvonSQLalsBasisergeben.SoistdieGrundstruktureinerAnfragedurchdenSFW-Blockfestvorgegeben. 69 umsetzen,daeinesql-anfrageimallgemeinennachderergebnisdarstellungbeendet Anfragenvongro erbedeutungist,l tsichnurumst ndlichundbenutzerunfreundlich AuchderinAbschnitt3.4vorgestellteiterativeAnfrageproze,welcherf runscharfe Diesertempor renrelationwirddieergebnismengezugewiesen,aufderdannverfeinerndeanfragenm glichsind.indennachfolgendenunterabschnittenwerdeneinige diekompletteanfrageneuformuliertwerden.eineverfeinerungdererhaltenenergebnismengekannnurdurchdasanlegeneinertempor renrelationerreichtwerden. ist.umanfrage-attributezu ndernoderumzus tzlicheattributeanzugeben,mu SQL-erweiterndeSprachvorschl gevorgestellt IndiesemAbschnittwirddieAnfragespracheKEQL(knowledge-basedspatialevolutionaryquerylanguage)alseineSQL-basierteSprachevorgestellt.KEQL[CHIT98]wurdemalevonMultimedia-Daten,wiesiebereitsbeiPICQUERY+beschriebenwurden.Ein direkterzusammenhangzwischendenbeidensprachenwirdvondenautorenallerdings wiediezubeginndieseskapitelsbetrachteteanfragesprachepicquery+,anderuni- nichthergestellt.dasdatenmodellunddieanfragekonstruktevonkeqlunterst tzen versit tvonkalifornien(ucla)entwickeltundunterst tztebenfallsevolution remerk- ausschlie lichbilddatenunddazugeh rigebeschreibungsdaten.dieentwicklungvon KEQLerfolgteimZusammenhangmitderImplementierungeinermedizinischenBilddatenbank,basierendaufeinemobjektorientiertenDatenbanksystem.UmeinenEindrucsprachevorgestellt. daszugrundeliegendemetadatenmodellundanschlie enddiekonstruktederanfrage- vondenm glichkeitenzuvermitteln,welchekeqlbietet,werdennachfolgendzuerst DasDrei-Ebenen-Metadatenmodell besteht.dieabbildung5.4stelltdiesedreiebenengraschdar. DerInhaltderBilddatenwirdimKEQL-SystemdurchMetadatenbeschrieben.Hierzu wirdeinmetadatenmodellvorgeschlagen,dasausdreiaufeinanderaufbauendenebenen tiefe,h heundbreiteeinesbildes,beschriebenundzus tzlichemedizinischeundtechni- schedatendenbildernzugeordnet.letzterewidersprechendabeieindeutigdemprinzip AufderDarstellungsebenewerdendieEigenschaftenderrohenBilddaten,wieFarb- deranwendungsunabh ngigkeit.desweiterenenth ltdiedarstellungsebenediebeschreibungvonbildausschnitten,dief rdenbenutzerinteressanteobjektedarstelletenmodellwirdeinepunktmengendarstellung(vgl.abschnitt3.2.1)verwendet,umeine m glichsthohegenauigkeitderbeschreibungzuerreichen. (z.b.personenaufeinemfoto).f rdierepr sentationdieserbildausschnitteimda- derdarstellungsebeneausdenbildernextrahiertenobjektenab.alleinabschnitt3.2 DieSemantikebenebildetr umlicheundevolution rebeziehungenzwischendenauf

84 ErweiterungenvonSQL Wissensebene Semantikebene vorgestelltenartenvonr umlichenbeziehungen(topologische,richtungs-unddistanzbeziehungen)werdenhierf rdurchdasdatenmodellunterst tzt.au erdemk nnendie Abbildung5.4:Drei-EbenendesMetadatenmodellsvonKEQL Darstellungsebene werdenaufderwissensebene hnlicheobjekteinverschiedenenbegrishierarchien gleichenevolution renbeziehungen(spaltung,fusion,evolution)wieindersprache PICQUERY+benutztwerden. Abstraktions-Hierarchie(TAH),wobeif rfastalleattributeundfeatureseinesolche (vgl.abschnitt3.1)zusammengefa t.inkeqlnenntsichdiesehierarchieauchtyp- BasierendaufdeninderSemantikebenedargestelltenObjektenundBeziehungen schw chenvonanfragetermenistmithilfedertah`sm glich. undzurunterst tzungunscharferanfragepr dikate.auchdasversch rfenbzw.ab- TAHexistiert.BenutztwerdendieseTAH`sunteranderemf r hnlichkeitsanfragen AnfrageninKEQL AlsSQL-basierteAnfragesprachebenutztKEQLselbstverst ndlichdenbekannten SFW-Block,umAnfragenzuformulieren.Dieserwirdumdiezus tzlicheklausel (Bildkonturenverst rken,bilddrehen,zoomen)undpr sentationseigenschaften(darstellungspositionund-ort,diashowf rergebnisbilder)f rdieanfrageergebnissefestgelegtwerden.eineanfrageinkeqlhatsomitfolgendeallgemeineform: select from where <select-list> <from-list> <Operations>erweitert.MitHilfedieserKlauselk nnenbildbearbeitungsfunktionen W hrenddieselect-klauselunddiefrom-klauseldengleichenfunktionsumfangwie <condition> dieimstandard-sqlbesitzen,wirddiewhere-klauselumzus tzlichekonstruktef r <operations>

85 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen dieformulierungvonr umlichen,zeitlichen,evolution renundunscharfenanfragen 71 erweitert.folgendepr dikateundoperationenwerdendabeiunterst tzt: F rr umlicheanfragenwerdenpr dikatezumvergleichvontopologischen, gebungdesangegebenenwertesliegen. Gleichheitsoperator(=)bereit,welcherauchErgebnissezul t,dieinderum- KEQLzus tzlichzudenvergleichsoperatoren(<;;=;;>)einenunscharfen Richtungs-undDistanzbeziehungenangeboten.F rdiedistanzbeziehungenstellt ZeitlicheAnfragenbeziehensichinKEQLaufdenWertvonObjektenzubestimmtenZeitpunktenbzw.inbestimmtenZeitspannen.Hierf rwerdenoperatorenzur Speziellf rmedizinischeanwendungenunterst tztkeqlevolution reanfragen AbfragevonStart-,End-,Aufnahme-undEreigniszeitpunktsowieVergleichsoperatorenaufZeitintervallen(before,after,duringusw.)angeboten. Einen hnlichkeitsoperator(similar_to)undunscharfeanfragetermeerm glichenunscharfeanfrageninkeql.der hnlichkeitsoperatorben tigteinzus tz- durchdiepr dikateenvolved_from,fuses_intoundsplits_into. Teilvordeniert,wielargeundsmallzurGr enbeschreibungr umlicherobjekte z glichdessendieoperationausgef hrtwird.unscharfeanfragetermesindzum licheskonstrukt(based_on),welcheseinfeatureodereinattributangibt,be- oderfarundnearf rdieangabevondistanzenzwischenobjekten.abh ngig vomanwendungsgebietk nnenauchweitereunscharfeanfragetermevombenutzerfestgelegtwerden. deranfragesprachekeqlzuvermitteln,istnachfolgenddieanfrage:findeallebilder, ZurVerdeutlichungderobigenPr dikateundfunktionenundumeineneindruckvon gefundenenbildernacheinanderaufdemmonitor.inkeqldargestellt: dieeine hnlichegestaltaufweisen,wiedasaufdemmonitorangezeigtebild.zeigedie select from where bild,bild.image Bilderbild,dummy bild.imagesimilar_todummy.image (dummy.image.selected_on_the_screen) DerBezeichnerdummyinderobigenAnfragedientalsPlatzhalterf rdasbildaufdem displaysequences(bild.image) based_onbild.image.gestalt Bildschirm,welchesdurchdiespezielleFunktionselected_on_the_screenzugewiesenwird.MitHilfederdisplaysequences-KlauselerfolgtdieAusgabederErgebnisbilder. nachdemberechnenderanfrage.mithilfedertyp-abstraktions-hierarchien(tah), DerAnfrageproze vonkeqlunterst tzteineverfeinerungderanfrageergebnisse

86 dieimzusammenhangmitdemdatenmodellerl utertwurden,lassensichdurchaufundabw rtsverfolgungderpfadediesertah`sdieanfragebedingungenversch rfenoder ErweiterungenvonSQL abschw chen. frageergebnissesowiezureinfachenformulierungvonanfragenwurdeeinegrasche gesprachebezeichnet,das mtlicheanfragenvonkeqlgraschausgedr cktwerden Benutzerober cheentwickelt.diesewirdvondenautorenauchalsvisuelleanfra- F rdieunterst tzungeinessolchenanfrageprozessesunddiepr sentationderan- berblick berdiesevisuelleanfragesprache.aufeinevorstellungvonmquerywirdin dieserarbeitverzichtet,dasiedenselbenfunktionsumfangwiekeqlbesitztundauf demselbendatenmodellberuht. k nnen.unterdemnamenmquerygebendionisioundcardenasin[dc98]einen Bilddatenbietet.Leiderbeschr nktsichkeqlaufbildundtextbasiertedaten.weitere KritikpunktesinddieteilweisevorhandeneAnwendungsabh ngigkeitunddiefehlende AnfragespracheKEQLguteM glichkeitenf reiner umlicheundunscharfesuchein Zusammenfassendkannfestgestelltwerden,da dieindiesemabschnittvorgestellte Orthogonalit tderanfragekonstrukte AlseineweitereSQL-basierteAnfragesprachewirdindiesemAbschnittCSQL(CognitionandSemantic-basedQueryLanguage)[LC98]vorgestellt.DieseSprachewurdef r entwickelt.demzufolgeunterst tztcsqlmomentannuranfragenanbilddatenund dazugeh rigemetadaten,wobeidiesystemarchitektureineerweiterungumzus tzliche Datentypenzul t. hnlichwiediebeschreibungderanderensprachans tzegliedert dasbilddatenbanksystemsemcog(semanticsandcognition-basedimageretrieval) sichdieserabschnittinzweiteile.zuerstwirddasdatenmodellvonsemcogvorgestelltundanschlie enderfolgteinebeschreibungderanfragesprachecsql. DasDatenmodell Wieeingangsbereitserw hnt,werdenausschlie lichbilddateninsemcogverwaltet. nentenenth lt.jededieserkomponentenentsprichteineminteressantenbildausschnitt. EinBildwirddabeialseinzusammengesetztesObjektbetrachtet,dasmehrereKompo- StelledieserHierarchiestehtunddieKomponentenentsprechenddarunterzugeordnet sindḃeiderbeschreibungdesbildinhalteswirdzwischendensemantischenmerkmalen turwirdinsemcogalseinehierarchiedargestellt,wobeidasganzebildanderobersten AucheineKomponentekannwiederumweitereKomponentenenthalten.DieBildstruk- unddenvisuellenmerkmalendesbildesunterschieden.visuellemerkmale1sinddirektausdembildableitbar,wiezumbeispielfarbverteilungodergestalt.semantische 1inanderenSprachenauchalsFeaturesbezeichnet

87 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen Merkmale(z.B.dasBildzeigteinAuto)beschreibendierealeWeltbedeutungderdargestelltenObjekteundk nnenimallgemeinennichtautomatischerkanntwerden. 73 BeziehungenzwischendiesenEntitytypenk nnencontain-beziehungenoderr umliche den.zus tzlichgibtesnocheinemischformdieserbeidenentitytypen,diedual-entities. tenwerdenf rdiedarstellungimmodellsemantik-entitiesundbild-entitiesunterschie- EntsprechendderEinteilungnachvisuellenundsemantischenBildbeschreibungsda- SEMCOGwerdenhierf rnurdievierrichtungsbeziehungen(linksvon,rechtsvon,oberhalbvonundunterhalbvon)angeboten. Beziehungenkennzeichnendier umlichelagezweierbildkomponentenzueinander.in ausschnittundeinembild,wenndieserausschnittindembildenthaltenist.r umliche Beziehungensein.EineContain-BeziehungbestehtzumBeispielzwischeneinemBild- Datenbankenth ltsomiteinemengevonbildhierarchien,diedeninhaltdereinzelnen undbildkomponentenbeschrieben.diecontain-beziehungenunddier umlichenbe- ziehungenverkn pfendiesezudenbereitserw hntenbildhierarchien.diesemcog- MitHilfedervorgestelltenEntitytypenwirdinSEMCOGderInhaltderBilder getermeneinebegrishierarchieangeboten. berdiegenauestrukturdieserbegris- hierarchiewirdvondenautorenleiderkeineaussagegetroen. Bilderbeschreiben.Au erdemwirdf rdieversch rfungundabschw chungvonanfra- AnfrageninCSQL gef hrtenerweiterungenk nnenanhandderverwendetenentitytypenundoperatoren dieselbeselect-from-where-struktur,wiesievonsqlbekanntist.dievoncsqlein- umanfragenandiebilddatenformulierenzuk nnen.eineanfrageincsqlhatdamit CSQLerweitertdieStandardspracheSQLdurchzus tzlichepr dikateundfunktionen, wiefolgteingeteiltwerden: SemantikbasierteSelektionskriterien:DerBenutzerkannBedingungenbez glich dersemantischenmerkmalederbilderinverschiedenengenauigkeitsstufenangeben.folgendepr dikatesinddabeim glich: is_a:daspr dikatisterf llt,wenndaszweiteargumenteineverallgemeinerungdeserstenist(z.b.trabantis_aauto). is:daspr dikatisterf llt,wennbeideargumenteidentischsind. s_like:daspr dikatisterf llt,wennbeideargumenteeinander hnlichsind Bild-oderDual-Entities,sein.DieEntscheidung,obeineVerallgemeinerungbzw. ArgumentederobigenPr dikatek nnenalledreiartenvonentities,semantik-, (z.b.fraus_likemann). BildbasiertesSelektionskriterium:F reinen hnlichkeitsvergleichanhandvisueller hnlichkeitvorliegtodernicht,wirdmithilfederbegrishierarchiegetroen. MerkmalezwischenBild-undDual-Entitieswirddasi_like-Pr dikateingef hrt.

88 74R umlicheselektionskriterien: CSQLuntert tztdier umlichenpr dikate 5.2.ErweiterungenvonSQL undjenachdem,obdiebedingungerf lltist,alsergebnisderwertwahroder to_the_right_ofin,to_the_left_ofin,above_ofin,below_ofin.dabeiwerden Entitybez glichderr umlichenbedingungindemangegebenenbildverglichen zweientities(semantik-oderdual-entity)undalsdrittesargumenteinbild- StrukturbasiertesSelektionskriterium:Dascontain-Pr dikatben tigtalserstesargumenteinbild-entityundalszweiteseindual-entity.daspr dikatliefertden Pr dikat is_a s_like Argument1Argument2Argument3 falschzur ckgeliefert. ist. Wertwahrzur ck,fallsdasdual-entityimbild-entityalskomponenteenthalten i_like s/d/b is s/d/b to_the_right_ofin to_the_left_ofin b above_ofin d below_ofin s/d s/d Tabelle5.2:Anfragepr dikateincsql b InTabelle5.2sindallevorgestelltenPr dikatemitdenentsprechendenargumentennoch CSQLlediglichf rdieinterneverarbeitungderanfrageverwendet.deranwender einmalzusammengefa t.dabeistehendiebuchstabens/d/bindenargumentspalten frageergebnissedar,bietetdiem glichkeitderanfrageverfeinerungundunterst tztdie formuliertseineanfragen bereinegraschebenutzerschnittstelle.diesestelltdiean- dertabellef rsemantik-/dual-/bild-entity.insemcogwirddieanfragesprache SpezikationderAnfragedurchgrascheMethoden.Sok nnenunteranderemskizzen vorgegebenwerden. alsvorlagenf reine hnlichkeitssucheindenbilddatenmithilfederbenutzerober che terausnutzungdererweiterungsm glichkeitenvonheutigenordbmsumzus tztliche Imfolgendensollbeschriebenwerden,wiesichdieStandardanfragespracheSQLun- MedienspezischeabstrakteDatentypenundSQL/MM DatentypenalseineMultimedia-Anfragespracheverwendenl t.

89 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen Vielederheutigen,kommerziellverf gbarenordbmsbietendiem glichkeit, ber 75 unteranderemdazugenutztwerden,ummultimedia-datentypenineinordbmszu ma(tabellen,assoziationenusw.),umbeispielsweisemetadatenabzubilden.dieskann chenauseinerreihebenutzerdenierterdatentypenundfunktionensowieeinemsche- eineschnittstellezus tzlichemoduleeinzubinden.diesemodulebestehenimwesentli- genannt. s tzlichemedientypenerweitern,auchmedienspezischeabstraktedatentypen(madt) integrieren.inderliteratur[mar99]werdensolchemodule,dieeinordbmsumzu- Diesebietet,wiebereitsinAbschnitt2.4vorgestellt,unteranderemdieM glichkeit, Sichtbarkeitsstufenbeschreiben.Daraufaufbauendbesch ftigtsicheinstandardisierungsprojektderiso/iecmitderentwicklungvonstandard-sql-klassenbibliotheken f rmultimedia-anwendungen.dieseklassenbibliothekenstellenebenfallsmedienspezi- abstraktedatentypen(adt)zudenieren,welcheattributeundfunktionenmitihren Grundlagef rdieerweiterungsm glichkeitenvonordbmsistdiesql3-norm. schepr dikateundfunktionenundkannsomitalsmultimedia-anfragesprachebetrach- tetwerden.diem glichkeiten,welchediesespracherweiterungenunddiemadt`szur DurchdieMADT`swirddasobjektrelationaleModellumMultimedia-Datentypen undfunktionenerweitert.dieanfragesprachesqlerh lthierdurchmultimediaspezi- scheabstraktedatentypen(madt)dar. Standardsdargestellt.Darananschlie endfolgteinekurzevorstellungdervonindustrie undforschungbereitsentwickeltenmadt`s.dieeinbindungindiestandardanfragesprachesqlundderenm glichkeitenwerdenamendedesabschnittesbetrachtet. werden.dazusindnachfolgenddieverschiedenenklassenbibliothekendessql/mm- FormulierungvonMultimedia-Anfragenbieten,sollenindiesemAbschnittuntersucht SQLMultimedia BasierendaufderSQL3-Normbefa tsichdieiso/iecmitderentwicklungvon mationundvideo,standardisiert.sql/mmisteinmehrteiliger,sehrumfangreicher verarbeitungsowief rdieverwaltungvonmultimediaobjekten,wiebild,audio,ani- SQLMultimedia(SQL/MM)werdenverschiedenePaketef rvolltextsucheundtext- Standard-SQL-Klassenbibliothekenf rmultimedia-anwendungen.unterdemnamen Standard,vondemeinigeTeilebereitsabgeschlossensind,wogegensichanderenochin derentwicklungbenden.momentanbestehtdersql/mm-standard[iso95a,iso95b, ISO97,ISO95c,ISO96]ausfolgendenTeilen: 1.Framework:DiesesstelltdenStandardalsGanzesvor,deniertdiezuverwendendenNotationenundlegtallgemeineKonzeptef rdieklassenbibliothekenfest. Au erdembeschreibtdasframework,wiemithilfedesadt-konzeptesdersql3- NormabstrakteDatentypenzudenierensind. 2.Full-TextdeniertDatentypenundMethodenf rdievolltextsucheundtextverarbeitung.

90 763.SpatialdeniertDatentypenundMethodenf rdiesucheundverwaltungr umli- cherdaten. 5.2.ErweiterungenvonSQL 4.GeneralPurposeFacilitiesdenierteineReiheallgemeinben tigterdatentypen undmethodenf rverschiedeneanwendungsgebiete,wiezumbeispielvektoren, 5.StillImagedeniertDatentypenundMethodenf rdieverwaltungvonbilddaten. komplexezahlen,trigonometrischeundexponentialfunktionen. werdeneinigedatentypenf rdieverwaltungunddiesucheineinemstrukturiertentext welchestestet,obeinetextphraseineinemfulltext-objektenthaltenist.desweiteren f rdiekonvertierungvonbzw.ineinenstringundeincontain-pr dikatdeniert, F rdievolltextsuchewerdenimwesentlicheneindatentypfulltextmitfunktionen vorgegeben. trischenobjektenwerdenimteil3vonsql/mm[iso97]deniert.eingeometrisches ObjektistdabeieinebeliebigeAggregationausPunkten,LinienundFl chen.weiterhin bietetdiesesql-klassenbibliothekr umlichefunktionenwie: Datentypenf rdieabbildungvon2-und3-dimensionalenkoordinatenundgeome- BuerberechnetzueinemgeometrischenObjektundeinemAbstandneine CentroidbestimmtdenMittelpunkteinesgeometrischenObjektes, Fl che,f rdiegilt:jederpunktderbegrenzungdieserfl chehatdengleichen AbstandnzumgeometrischenObjekt. AreaberechnetdieFl chedesr umlichenobjektesund Envelopliefertf reinr umlichesobjektalsfunktionsergebnisdasminimaleumschreibenderechteckdiesesobjektes, R umlichepr dikatewerdenebenfallsunterst tztf rdentestaufber hrung(meets), berlappung(overlaps),enthaltensein(contains,containedby)unddiedisjunktion PerimeterbestimmtdenUmfangeinesr umlichenobjektes. Multimediazutunhaben.Imeinzelnensinddies:derDatentypWinkel(Angel)mit (outside)vonzweir umlichenobjekten. verschiedenenwinkelfunktionen(sinus,kosinus,tangensusw.),eindatentypf rkomplexezahlenmitdengrundrechenoperationen,einvektor-undeinarray-datentyp. h ugben tigtenallgemeinendatentypenundfunktionen,dieimprinzipnichtsmit DerTeil4desSQL/MM-Standards[ISO95c]denierteineKlassenbibliothekmit Farbtiefe,Au sungundzeitpunktdeseinf genssowieeinattributf rkommentare dateialsbinarylargeobjektundeinigebildbeschreibendeattribute,wieh he,breite, abstraktendatentypstillimagefest.dessentypdenitionenth ltlediglichdiebild- F rdieverwaltungvonbilddatenlegtteil5dessql/mm-standards[iso96]einen

91 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen zumbild.weiterefunktionenf rbildobjekteoderdieableitungvonfeaturesund 77 daraufaufbauendesuchfunktionensindnichtvorgesehen. f raudio-undvideodaten. SQL/MM-Standardssollenzuk nftigweitereklassenbibliothekenf rmultimedia-anwendungenstandardisiertwerden.vorgesehensindunteranderemabstraktedatentypen Nebendenobenbeschriebenenbereitsgr tenteilsabgeschlossenenteilendes EineweitereM glichkeitf rdieerweiterungdesobjektrelationalenmodellsbieten,ne- MADT`sausIndustrieundForschung bendenzuvorbeschriebenenklassenbibliothekendessql/mm-standards,dieinin- dustrieundforschungentwickeltenmedienspezischenabstraktendatentypen.jenach umzus tzlichemultimedia-datentypenundmethodenerweitert.daeinumfangreicher DaszugrundeliegendePrinzipistdabeiinallenF llendasgleiche,dasdatenmodellwird berblick berdiemadt`sderverschiedenenherstellerdenzeitlichenrahmendieser HerstellerundDatenbanksystemhei endiesedatablade,extenderoderdatacartridge. Multimedia-Datenbieten. desdatenbanksystemsinformixkurzvorgestelltwerden,umsoeineneindruckvonden M glichkeitenzuvermitteln,welchediemadt`sf rdieformulierungvonanfragenan Arbeitsprengenw rde,sollennachfolgendnureinigewesentlicheerweiterungsmodule abgelegtwerden,wobeiverschiedenepropriet redatenformate,wiemsword,html, zugeordnetentextdokumentek nnensowohlinderdatenbankalsauchimfilesystem Funktionenf rdievolltextsuchebereit.hierzuwirdeintext-datentypdeniert.die ExcaliburTextSearchDataBlade[Inf97b]:DiesesErweiterungsmodulstellt PDFusw.,unterst tztwerden.f rdiesuchenachwortphrasenenth ltdasdatablade angelegt. entesuchezuerm glichen,werdendurchdasdatabladeentsprechendeindexstrukturen seunddemtextobjektundgibtden hnlichkeitswertalsergebnisaus.umeineezi- einecontain-funktion.dieseberechneteinen hnlichkeitswertzwischenderwortphradatentypundfunktionenf reineinhaltsbasiertesucheinbildernanhandphysischer Merkmale,wieFarbe,TexturundGestalt,bereitgestellt.EbenfallsdeniertwerdengeeigneteIndexstrukturenundFunktionenzurFeature-Extraktion,welchebeimEinf gen ExcaliburImageDataBlade[Inf97a]:DurchdiesesDataBladewerdeneinBild- Filesystemerfolgen.F rdieangebotenendatenformategif,jpeg,tiffundbmp einesbildesindiedatenbankdiephysischenmerkmaleableiten. hnlichwiebeim TextSearchDataBladekanneineAbspeicherungdesBildesinderDatenbankoderim werdenkonvertierungsfunktionenangeboten. hnlichkeitsanfragenk nnennuranhand abzufragen. nen,umbildbeschreibendeattribute,wieh he,breiteundspeicherformateinesbildes, einrelevanzwertangegebenwird.desweiterenenth ltdasimagedatabladefunktio- einesbeispielbildes(querybyexample)formuliertwerden,wobeif rdieergebnisbilder InformixVideoFoundationDataBlade:VonInformixwurdediesesDataBla-

92 dealsausgangsbasisf rweitere,daraufaufbauendedatablade`sentwickelt.bereitgestelltwerdendatentypenundmethodenf rvideodaten.ebenfallsvordeniertwird ErweiterungenvonSQL Videostreams)undf reineverwaltungvonszenenbeschreibungen. einmetadatenschemaf rdiebeschreibungderphysischenattribute(l nge,formatdes niert.diesisteingenerischerdatentypf rbeliebigedatenstr me,zumbeispielaudio- odervideostreams.voraussetzungf rdieverwendungvonclf-datentypenist,da erweitertdasvideofoundationdatabladeumfunktionenf rdieechtzeitpr sentation voncontinuous-daten.hierf rwirdeincontinuous-long-field-datentyp(clf)de- GMDIPSIContinuousLongFieldDataBlade[HSH+98]:DiesesDataBlade DataBladeaufbauende,Erweiterungsmodulbereit.MomentanwerdendasMPEG1-und diedatenaufeinemebenfallsbereitgestelltenspeziellenclf-serverliegen. MPEG2-Formatunterst tzt.f rdiezukunftisteineerweiterungaufdieformate f rvideodatenimmpeg-formatstelltdieses,ebenfallsaufdemvideofoundation GMDIPSIMPEGDataBlade[MHSA98]:SpezielleDatentypenundMethoden tionvonmetadatenundeineabspeicherungdieserimmetaschemadesinformixvideo FoundationDataBladeunterst tzt. MPEG4undMPEG7geplant.DasDataBladebietetFunktionenf rdenzugriauf dendatenstromunddiedekodierungeinzelnerframes.au erdemwerdneineextrak- diedersql3-standardzurverf gungstellt.diesgiltauchf rdieformulierungvonanfragen,wobeidiemomentanaufdemmarktbendlichensystemenureinenbruchteilder somitderbekanntesfw-blockmitallendazugeh rigenkonstruktenzurverf gung. KonzeptevonSQL3umsetzen.WiebereitsinAbschnitt2.4erl utert,istsql3abw rts- DurchdiezuvorvorgestelltenmedienspezischenabstraktenDatentypenwirdSQL3um Funktionenk nnenf ranfragenanmultimedia-datenbenutztwerden.alsbeispiel zus tzlichedatentypen,funktionenundpr dikateerweitert.spezielldiepr dikateund istnachfolgenddieanfrage:findealledokumente,indenenderwortlautottovon Guerickevorkommt.inSQL3dargestellt: select* AllevorgestelltenmedienspezischenabstraktenDatentypenbasierenaufKonstrukten, SQL3alsMultimedia-Anfragesprache kompatibelzumbekanntensql-anfrage-konzept.f rdieanfrageformulierungsteht DieobigeAnfragebenutztdascontains-Pr dikatderfulltext-klassenbibliothekdes frommydocsd SQL/MM-Standards.InderDatenbankwirdeineVolltextsuchedurchgef hrtundalle wherecontains(d.doc,"ottovonguericke") objektezur ckgeliefert,welchedenwortlautnurteilweiseenthalten(z.b.nurdaswort VerwendungdesInformixTextSearchDataBladewerdenzus tzlichauchsolchetext- Objekte,welchedenWortlautenthalten,werdenalsErgebniszur ckgeliefert.beider

93 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen Guericke).F rdieeinzelnenergebnisobjektewirdindiesemfalleinrelevanzwert 79 angegeben. MADT-KonzeptesinbezugaufAnfragenanMultimedia-DateninKapitel6wirddeshalbvoneinemgleichzeitigenEinsatzallervorgestelltenMADT`sineinemMMDBMS konkretenmmdbmseingesetztenmadt`sab.f rdenvergleichderf higkeitendes lierungvonanfragenanmultimedia-datendirektvondenangebotenenundineinem WieimobigenBeispielbereitszuerkennen,h ngendiem glichkeitenf rdieformu- ausgegangen VideoSQListdieAnfragespracheeinesobjektorientiertenVideo-Informations-Datenbanksystems,genanntOVID[OT93].IndiesemSystemwerdenVideosequenzenund verwaltet.anderemedientypen,wieaudio-undtextdokumente,werdennichtunterst tzt.f rdieeingabeund nderungderbeschreibungeinzelnervideosequenzensteht BeschreibungenvonVideo-Objekten,welcheausdenVideosequenzenabgeleitetsind, einvideo-object-denitiontoolzurverf gung.diesesunterst tzteinedynamische temu nichtmiteinemmalerfolgen,sondernkannimlaufederzeitver ndertund undinkrementellebeschreibung,dashei t,dieinhaltsbeschreibungdervideoobjek- erfolgen. VideoChartoderdurchAd-hoc-Anfragen,formuliertinderAnfragespracheVideoSQL, verbessertwerden.diesucheindenvideodatenkannmiteinembrowsing-werkzeug dell.einvideodokumentwirddabeizerlegtineinzelnevideoframes(einzelbilder). DasVideo-Object-Data-ModelistdasdemOVID-SystemzugrundeliegendeDatenmo- DasDatenmodellvonOVID EinVideo-Objektsetztsichzusammenaus: bestimmtenvideoausschnittes(mengeaufeinanderfolgendervideoframes)beschreiben. EinHauptbestandteildesModellssinddieVideo-Objekte,welchedenInhalteines Objekt-Id, MengevonAttributenzurInhaltsbeschreibungund Zeitintervall,dargestelltdurchStartframenummerundEndframenummer,inwelchemdasVideo-Objektbez glichdesgesamtenvideolmsangeordnetistgeordnet.einzeitlichfestesmodellordnetdieframesaufeinerzeitachsean,wodurch DurchdieObjekt-IdwirdjedemVideo-ObjekteineindeutigesIdentikationsmerkmalzu- grundlegendemethodenf rdievideoverwaltung. werdenkann.f rdieattribute,welchedeninhaltdesvideoausschnittesbeschreiben, daszeitintervalleinesvideoausschnittesdurchstart-undendframenummerdargstellt

94 wirdkeinfestesdatenbankschemavorgegeben.dernutzerkannundmu selbereine ErweiterungenvonSQL AttributstrukturfestlegenoderandereVideo-ObjektezurInhaltsbeschreibungzuweisen. Videoausschnitte(Abspielen,Pause,Stop,Vor,Zur ck)undfunktionenf rdiekompositionunddekompositionvonvideo-objekten. ZudenGrundfunktionen,diejedesVideo-Objektbesitzt,geh ren:abspielfunktionenf r neralisierungshierarchie(vgl.abschnitt3.1)miteinanderinbeziehung.dabeikannein VeerbungvonAttributen,basierendaufInterval-Inklusionsbeziehungen,m glich.bei Video-ObjektauchAttributeinesanderenVideo-Objektessein.Desweiterenisteine DieeinzelnenVideo-ObjekteundAttributestehendurcheineSpezialisierungs-/Ge- Video-ObjektBimZeitintervallvonVideo-ObjektAenthaltenist.Hierbeindeteine dieserimovid-systemdeniertenbeziehungsartkanneinvideo-objektaattribute undattributwerteaneinanderesvideo-objektbvererben,fallsdaszeitintervallvon VererbungberuhtaufderFeststellung,da h ugvideosequenzenandereteilsequenzen VererbungzwischenInstanzenderKlasseVideo-Objektstattundnichtwieimklassischen objektorientiertenansatzzwischenklasseundsubklasse.dieideef rdieseartder enthalten,welchedurchdieselbenattributebeschriebenwerdenk nnen. tributederanderenbeidenobjekteundbekommtalszeitintervalldievereinigungder zweiexistierendenvideo-objektenaundb.dasvideo-objektcerbtdabeidieatnen,mergeundoverlap.diemerge-operationgenerierteinneuesvideo-objektcaus F rdiekompositionvonvideo-objektenenth ltdasdatenmodellzweioperatio- geerbtenattributesinddieinbeidenausgangsobjektenenthaltenenattributeunddas enth ltdabeidendurchschnittderbeidenanderenobjekte.imeinzelnenhei tdies,die ebenfallseinneuesvideo-objektauszweianderengeneriert.dasneuevideo-objekt ZeitintervallederVideo-ObjekteAundBzugeordnet.BeiderOverlap-Operationwird zugeordnetezeitintervallistderdurchschnittderzeitintervallederausgangsobjekte. AnfrageninVideoSQL Video-Objektebeschriebenwerden,ineinemObjektzusammenzufassen. DieseOperationistsinnvoll,umdieBeschreibungvonSzenen,welchedurchmehrere AlsAnfragesprachedesOVID-Systemsunterst tztvideosqldiesucheinvideodaten Anfrageistdabeiwiefolgtaufgebaut: Objekten,welchedieinderAnfragespeziziertenBedingungenerf llen.einevideosql- anhandihrerattributwerte.dasergebniseineranfrageisteinemengevonvideo- SELECTKlausel:DieseKlauselunterscheidetsichstarkvomStandard-SQL.Hier kannnureinedervideo-objekt-kategorien: Incontinuous,mehrereeinzelneVideoausschnitteund Continuous,eineinzelnerzusammenh ngendervideoausschnitt, SELECTKlauselwerdennichtunterst tzt. f rdieergebnisobjektevorgegebenwerden.weiterekonstrukteinnerhalbder anyobject,beideartencontinuousundincontinuous

95 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen FROMKlausel:HierkannnurderNameeinerVideo-Datenbankangegebenwerden. 81 WHEREKlausel:DieWHEREKlauselgibtdurchAttribute/WertepaareundVergleichsoperatorendiePr dikatef rdiesuchean.folgendepr dikatestehenzur 1.[Attribute]is[ValuejVideo-Objekt]:HierbeiwerdenVideo-Objektegesucht, Verf gung: Suchemitbenutzt. AttributinderGeneralisierungshierarchiedeszugrundeliegendenDatenmodellsweitereuntergeordneteAttributwerte,sowerdendieseebenfallsf rdie diedenspeziziertenattributwertbzw.dasvideo-objektenthalten.hatdas 2.[Attribute]contains[ValuejVideo-Objekt]:F rattribute,diealsmengentypendeniertsind,kannmitdiesempr dikatnacheinzelnenattributwerten 3.deneOver[VideoausschnittjVideoframe]:EinundderselbeVideoausschnitt Pr dikateswerdenallevideo-objekte,diedenangegebenenvideoausschnitt inderwertemengederattributegesuchtwerden. bzw.videoframebeschreiben,ausgew hlt. kanndurchbeliebigvielevideo-objektebeschriebenwerden.mithilfedieses ObwohlVideoSQLdenbekanntenSFW-BLOCKdesStandard-SQLverwendet,mu Sprachkonstrukteerkennenkann,unterst tztvideosqlwederaggregatfunktionennoch manindiesemzusammenhangehervoneinereinschr nkungalsvoneinererweiterung geschachtelteanfragen.dieimzusammenhangmitmmdbmsbesonderswichtigen dersprachesqlsprechen.wiemananhandderobenaufgef hrtenbeschreibungder bervomanwenderzugewieseneattributedarstellen.eineformulierungunscharfer Anfragenistnichtm glich.f rdiepr sentationderdurchdieanfrageausgew hlten r umlichenundzeitlichenbeziehungenlassensichgarnichtodernursehrumst ndlich Video-ObjektebietetdasOVID-SystemeineOber chemitdenben tigtenabspielfunktionenan. berdieseober chek nnenauchdievideosql-anfragenformuliert Objektezuneuenzusammengesetzt(merge)werdenk nnen. werden,wobeimehrereanfrageergebnissegespeichertunddiedarinenthaltenenvideo- 5.3 WiebereitsinAbschnitt2.4dargestellt,istOQL[Cat94]eineobjektorientierte,deklarativeAnfragesprache,welcheimRahmenderStandardisierungsbem hungenderomg ErweiterungenvonOQL vorgeschlagenwurde.dainj ngsterzeitfastalleans tzef reinmmdbmsaufeinemodbmsaufbauen,existiereneinereihevonsprachvorschl genf rmultimediadiegleichenaussagen bervor-undnachteile,wiesief rsql-basiertesprachvorschl gschl gesollenindenfolgendenunterabschnittenvorgestelltwerden. Anfragesprachen,dieeineErweiterungvonOQLvorsehen.EinigedieserSprachvor- F rdieaufoql-erweiterungenbasierendenanfragesprachengeltenimwesentlichen

96 82 inabschnitt5.2getroenwurden.positivgegen berdemsql-basiertenansatzistdie 5.3.ErweiterungenvonOQL bessereunterst tzungiterativeranfragendurchdaskonzeptderbenanntenanfragen, geergebnisseinnerhalbeineranderenanfragezugegrienwerden,waseineverfeinerung welchesoqlanbietet.hierbeikann berdennameneineranfrageaufvorherigeanfra- vonergebnismengenerlaubt DieMultimediaSymbolicQueryLanguage(MMSQL)wurdevonAmato,Mainettound Savinoin[AMS98]imZusammenhangmiteinemAnsatzf reinsystemzurinhaltsbasier- MMSQL tensucheinmultimedia-datenvorgestellt.diestandardfunktionalit teneinerobjekt- orientiertenanfragefragesprachewerdenhierbeiumkonzeptef rdiebehandlungvon unscharfenanfragenerweitert.f rdieerl uterungdessprachansatzeswirdzun chst KonstruktederSpracheerl utert. dasmultimedia-datenmodellvorgestellt.darananschlie endwerdendiewichtigsten AlseinwichtigerTeildesvonAmatoetal.vorgestelltenAnsatzessollnundasobjektorientierteMultimedia-Datenmodellbeschriebenwerden,daesdieGrundlagef rdie DasMultimedia-DatenmodellvonMMSQL nachfolgendenteilmodellen: daraufaufbauendeanfragesprachemmsqlbildet.essetztsichzusammenausdendrei MultimediaDescriptionModel(MDM),welcheseinestrukturierteSichtaufdie MultimediaInterpretationModel(MIM),f rdiezuordnungeinersemantischen Mediendatenbietet, MultimediaPr sentationmodel(mpm),welcheseiner umlicheundzeitlicheanordnungderunterschiedlichstrukturiertenmediendatenundderensynchronisation InterpretationzudenstrukturiertenMediendatenund timediadescriptionmodelf rdiesedateneinestrukturaufgebaut.dazuwerdendrei AusgehendvondenrohenMediendaten,zumBeispieleinemAudiostream,wirdimMul- erlaubt. Nummerundmedienabh ngigemetadaten(z.b.gr eundfarbtiefeeinesbildes)zu. EinMedienobjektrepr sentierteinenausschnittauseinemkanonischenmedienobjekt, xeobjekte.kanonischemedienobjekteordnendenrohenmediendateneineeindeutige ArtenvonObjektendeniert,KanonischeMedienobjekte,MedienobjekteundKomple- DescriptionModelbietetsomiteinestrukturierteSichtaufdierohenMediendaten,wobei objektek nnenzueinemkomplexenobjektzusammengesetztwerden.dasmultimedia derf rdenbenutzervonbesondereminteresseist,zumbeispielregionenineinembild, verschiedenemedienobjekteaufeinunddieselbenmediendatenzugreifenk nnen. FramesineinemVideoclipoderAbschnitteineinemTextdokument.MehrereMedien-

97 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen DasMultimediaInterpretationModelbildetdenInhaltderMediendatenab.Dazu 83 vonbildobjekten.durchdasmimwirdkeinekonkretemengevonfeaturesvorgegeben, Konzept-Ebene.DieFeature-Ebenemodelliertf ralleobjektedesmdmautomatisch erkennbareundme barewerte,wiezumbeispielfarbverteilung,texturundgestalt wirdzwischenzweiebenenderdarstellungunterschieden,diefeature-ebeneunddie EinFeatureisteinQuintupel(d,dclass,extrf,simf,ftype),wobeigilt: sondernvielmehreinallgemeinesframeworkf rdiebeschreibungvonfeaturesdeniert. dentsprichtderbezeichnungeinesfeatures,wiezumbeispielhaarl nge,augenfarbe,farbverteilungusw., dclassistdiebezeichnungeineszugeordnetenobjektesdesmultimediadescription extrfgibteinenalgorithmuszurberechnungdesfeaturesauseinemobjektdes Modells(MDM),f rdasdiesesfeaturedeniertist, simfisteinefunktionzurberechnungder hnlichkeitzwischenzweifeaturewerten MDMan, ftypedeniertdentypdesfeatures,wiezumbeispielhistogrammalstypf rdie Farbverteilung. und derkonzept-ebenewerdenzueinzelnenobjektendesmultimediadescriptionmodels r umlicherundzeitlicherbeziehungenl tsichebenfallsaufdieseweiserealisieren.auf abh ngigvomanwendungsgebietgeeignetefeaturesdeniertwerden.eineabbildung MitHilfediesesFrameworksk nnenentsprechenddenbed rfnissendesanwendersund ModellierungdereinzelnenAttributeerfolgtdabeianalogzumobjektorientiertenAnsatz. Informationen berdereninhaltabgelegt,welchesichnichtautomatischausdenmediendatenableitenlassen,dazus tzlicheshintergrundwissenben tigtwird.einbeispiel daf ristdernameunddasgeburtsdatumeinerpersonaufeinembildobjekt.die beieinererfolglosensucheverwendetwerden. BeziehungenzwischendenAttributenk nnenzurabschw chungvonanfragepr dikaten Modellberuhtaufzeitabh ngigenpetrinetzen[dapg98],diebereitsinabschnitt3.3 verschiedenermedienobjektedesmdm,umdamiteinepr sentationzuerstellen.das vorgestelltwurden. DasMultimediaPr sentationmodelerlaubtdier umlicheundzeitlichekomposition diestrukturdermultimedia-datenundanschlie enddereninhaltmodelliert.dasmultimediapr sentationmodellbildetzus tzlichdiebeziehungenf rdiepr sentationder vonmultimedia-daten.durchdieverschiedenenteilmodellewirdschichtweisezuerst DasDatenmodellvonMMSQLbietetallewesentlichenMerkmalef rdieverwaltung Multimedia-Datenab.

98 84 AnfrageninMMSQL 5.3.ErweiterungenvonOQL Language(MMSQL).DieseAnfragespracheerweitertdieSpracheOQLumdieF higkeit, DieserAbschnittbeschreibtdiegrundlegendenKonzeptederMultimediaSymbolicQuery netelistevonobjekten.dieordnungerfolgtanhandderranking-werte,diejedem Ergebnisobjektzugeordnetsind.EineAnfrageinMMSQLhatdietypischeselect-fromwhereStruktur: <Q>=select<select-list> unscharfeanfragenabzubilden.dasergebniseineranfrageinmmsqlisteinegeord- <from-list>bestimmtalswurzelderanfragediegrundmengevonm glichen where<condition> from<from-list> Ergebnisobjekten.FolgendeElementekanndie<from-list>enthalten:eineKonzeptmehrkannf rdieoperandeneinegewichtungangegebenwerden.zumbeispielstellgen.diemengenoperationenentsprechendabeinichtderboole`schenlogik,vieleinigung,dendurchschnitt,diedierenz,daskartesischeproduktvonzweianfra- KlassedesMIM,einebeliebigeKlassedesMDM,eineweitereAnfrageoderdieVer- Union(Q1;w1;Q2;w2)dieVereinigungzweierAnfragenQ1undQ2dar,miteinerrelativenGewichtungw1undw2.DasErgebnisdieserOperationistdieVereinigungder ErgebnismengenderbeidenAnfragen,wobeidasMa f rdie hnlichkeitjedeseinzelnen Ergebnisobjektesvondessen hnlichkeitsma inq1(bzw.q2)undderrelativengewichtungabh ngt.diebeiderkombinationverschiedenerrankingsauftretendenprobleme Aussagegemachtwerdenkann. che,soda berdiekonkretesemantikdermengenoperationenandieserstellekeine undderenbehandlungsindgegenstandaktuellerforschungderentwicklerdieserspra- AllevonOQLf rdieselektionbekanntenausdr ckesindauchinmmsqlm glich. Datenmodellangeboten.Dazugeh renbeispielsweisederzugriauffeaturewertevon Zus tzlichwerdeneinigekonstruktespeziellf rdaszugrundeliegendemultimedia- <select-list>speziziert,wasf rjedesergebnisobjektausgegebenwerdensoll. abgespeichertenobjektenunddieabfragevonrankingwertenf rergebnisobjekte. ruhenaufvergleichenzwischenobjektenbzw.attributenundwertenmitgew hnlichen Vergleichsoperatoren,wiegleich,kleinerodergr er.unscharfepr dikatewerdenf r bestehteinebedingungauspr zisenundunscharfenpr dikaten.pr zisepr dikatebe- <condition>dientzurbeschreibungvonpr dikateneineranfrage.inmmsql Konstruktean: genanobjektederkonzept-ebenedesmimben tigt.mmsqlbietethierf rfolgende denvergleichvonfeaturewerten,imzusammenhangmitrankingwertenundf ranfra- wertinanfrage berpr ft,obeinwertzueinerrankingmengegeh rt. Featurewert1simFeaturewert2, hnlichkeitzwischenzweifeaturewerten,

99 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen DievorgestellteneinfachenBedingungenk nnenmithilfederoperatorenand,orund 85 notzukomplexenbedingungenzusammengesetztwerden.denzuverkn pfendenpr di- vorgegebenwerden,zumbeispiel:findeallebilder,welche hnlichzumvorgegebenen h herepriorit that.sokannunteranderemdierelevanzverschiedenerfeaturewerte katenwird hnlichwiebeidenmengenoperationendabeieingewichtzugeordnet.da- mithatderanwenderdiem glichkeitauszudr cken,welchesderpr dikatef rihneine Beispielbildsind,wobeimehrWertaufeine hnlichefarbverteilungalsaufdiegestalt Konstruktevorgesehen,obwohlimzugrundeliegendenDatenmodelldieDarstellungder gelegtwird. aufdiesucheinmultimedia-datenausgerichtet. Pr sentationber cksichtigtwird.diesprachkonstruktevonmmsqlsindhaupts chlich ZurSpezikationderPr sentationvonanfrageergebnissensindinmmsqlkeine EbenfallseineErweiterungdervomODMGvorgeschlagenenobjektorientiertenAnfragespracheOQListdieMultimedia-Object-Query-Language(MOQL).Siewurdevon MOQLundVisualMOQL Ver entlichungendieserarbeitsgruppe[l S97,L SO97,Li98]ausf hrlichbeschrieben. Management-Systems(DISIMA)[O SI99],einesPrototypenf reinmmdbms,basierendaufdemobjektdatenbanksystemobjectstore,praktischerprobt.aufbauendauf amendediesesabschnittesbeschriebenwird. dersprachemoqlwurdeeinevisuelleanfragesprachevisualmoqlentwickelt,welche DerSprachentwurfwurdeimRahmenderEntwicklungdesDistributed-Image-Database- Lietal.anderUniversit tvonalbertainkanadaentwickeltundistinverschiedenen vonmoqldiepr sentationderanfrageergebnissefestgelegtwerden.bevordieeintriertsichnichtaufeinzelnemedienoderspezielleanwendungen.hierzuwurdeoql umr umlicheundzeitlicheanfragekonstrukteerweitert.au erdemkannmithilfe MOQListeinallgemeinerAnsatzf reinemultimedia-anfragespracheundkonzen- Grundobjektenunddazugeh rigenfunktionendeniert. schnittzun chstmitdemmultimedia-datenmodell,welcheseinemengevonmultimedia- zelnenkonstruktevonmoqluntersuchtwerden,befa tsichdernachfolgendeab- SystemsKonzeptezurVerwaltungderMultimedia-Datenunddendamitverbundenen DasDISIMA-Datenmodell welchesinabbildung5.5dargestelltist,setztsichauszweibl ckenzusammen,dem DasderSpracheMOQLzugrundeliegendeDatenmodelldeniertalsTeildesDISIMA- Metadaten,umeineinhaltsbasierteSuchezuerm glichen.dasobjektorientiertemodell, Primitiv-Media-BlockunddemSalient-Object-Block.EinBlockisthierbeieineGruppe semantischzusammengeh renderentities. tiv-media-layer)f rdenzugriaufdierohenmediendatenundderdarstellungsebene DerPrimitiv-Media-BlockbestehtauszweiEbenen,derreinenMedienebene(Primi-

100 ErweiterungenvonOQL Salient Object (logical) Primitive Media Primitive Media Representation (represented_by) (contains) (correspond_to) (represented_by) Salient Object (physical) Salient Object Representation Primitive Media Block Salient Object Block derreinenmediendaten(primitive-media-representation-layer),umverschiedenedar- Abbildung5.5: berblick berdasdisima-datenmodell Klasse gehört zu andere Beziehung stellungenderreinenmediendatenabzubilden.dieseunterscheidungwirdvorgenom- men,umdieeigentlichenmultimedia-datenunddieartihrerdarstellungvoneinander zutrennen. Instanz Vererbung schenundlogischenobjektenunterschieden. r umlichebeziehungenmiteinanderinbeziehungstehen.dabeiwirdzwischenphysi- alseinemengevonwesentlichenobjekten(salientobject),welche berzeitlicheund DerSalient-Object-BlockmodelliertdenInhaltderMedien.Dieserwirddargestellt einembild.r umlichebeziehungenzwischendeneinzelnenphysischenobjektenk nnen rereobjekteineinemmediumenthaltensein,wiezumbeispielmehrerepersonenauf durchtopologischeundrichtungsbeziehungenangegebenwerden,wiesieimwesentlicheninabschnitt3.2.2vorgestelltwurden.diedarstellungzeitlicherabh ngigkeit DiephysischenObjektewerdenausdenMediendatenabgeleitet.Dabeik nnenmeh- BildeineDarstellungsowohldurcheinminimalesumschreibendesRechteckalsauch erreicht.f rdieeinzelnenphysischenobjektek nnen hnlichwief rdiereinenmediendatenmehreredarstellungenexistieren.zumbeispielistf reinepersonaufeinem wirddurchdieunterst tzungvonallens13intervallbeziehungen(vgl.abschnitt3.3.1) durcheinepunktmengem glich.imdisima-datenmodellerfolgtdieabbildungder verschiedenendarstellungenaufdersalient-object-representation-ebene. nutzersdieineinodermehrerenphysischenobjektenenthalteneninformationen.dabei EinlogischesObjekt(logicalsalientObject)interpretiertmitUnterst tzungdesbe-

101 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen kanneinphysischesobjekt,abh ngigvonderanwendung,auchmehrereinterpretatio- 87 nenbesitzen.dieobjektederlogischenebenek nnen bereinespezialisierungshierar- chiemiteinanderverkn pftsein. dienobjektem glich,undeswirdeinetrennungvonsemantikundphysischenmerk- malenerreicht.soben tigtdieanfrage:findeallevideos,welchedenbundeskanzler zeigen.,ausschlie lichinformationenderlogischenobjektebene,wogegendieanfrage: DurchdieUnterteilunginEbenenisteineunterschiedlicheRepr sentationderme- FindealleVideos,woderBundeskanzlerrechtsvomAu enministersteht.,informationensowohlderlogischenobjektebenealsauchderphysischenobjektebeneben tigt. AnfrageninMOQL DieMultimedia-AnfragespracheMOQLbietetsehrumfangreicheM glichkeiten,umanfragenzuformulieren.esk nnenr umliche,zeitbezogeneundinhaltsbasierteanfragefeanfragemethodenkaumeineunterst tzung.ein hnlichkeitsoperatorf rr umliche medien bergreifendgestelltwerden.diespezikationderpr sentationvonanfrageergebnissenbeideranfrageformulierungistebenfallsm glich.dahingegenndenunschar- einboole`scherwert,wodurcheinrankingvon hnlichenobjektennichtm glichist. Anfragenwirdzwarangeboten,dasErgebniseinersolchenOperationistaberlediglich EineAnfrageinMOQLhatdiefolgendeallgemeineSyntax: select from [distinct]<projection_attributes> [present<layout>{and<layout>}] [where <query>] {,<query>[[as]<identifier>]} NebendemHinzuf geneinerpresent-klauselerweitertmoqlvorallemdiewhere- KlauselderAnfragespracheOQL.Hierf rwerdendreineueausdr ckedeniert: <temporal_expression>zurbeschreibungzeitlicherbeziehungenund <spatial_expression>zurbeschreibungr umlicherbeziehungen, <spatial_expression>k nnenunterteiltwerdeninr umlichepr dikateundr umlichefunktionen,dief rdieformulierungeineranfrageangebotenwerden.r umliche ObjektenunddenreinenMediendaten. <contain_predicate>zurbeschreibungvonbeziehungenzwischenabgeleiteten Pr dikatevergleichendier umlicheneigenschaftenderdatenbankobjekteundliefern einenboole`schenwertalsergebnis.einesehrumfangreichemengevonpr dikaten stehthierf rzurverf gung.darinenthaltensindnebendeninabschnitt3.2.2vorgestelltentopologischenbeziehungenunddenrichtungsbeziehungenauchpr dikatezum

102 88 VergleichganzerBilder,wieidentical(Test,obzweiBilderbez glichenthaltenerobjekte,farbverteilungundtexturidentischsind),subpicture( berpr fung,obeinbildin einemanderenenthaltenist)odersimilar( hnlichkeitsvergleichzwischenzweibildern, dereinenboole`schenwertberechnet). 5.3.ErweiterungenvonOQL distance(r umlicherabstandzweierobjekte)oderarea(r umlichefl cheeinesobjektes).dieverwendungr umlicherpr dikateundfunktionenineineranfragesoltethierf rebenfallseineumfangreicheauswahlvonfunktionenan,wiezumbeispiel alsaggregatfunktionenwerteaufeinermengevonr umlichenobjekten.moqlbie- Dieangebotenenr umlichenfunktionenberechnenattributeeinesobjektesoder formuliert. aneinembeispielverdeutlichtwerden.dieanfrage:sucheallewaldgebiete,diein Sachsen-AnhaltliegenundberechnedieGr ediesergebiete.,istnachfolgendinmoql fromwaldgebietwald,bundeslandland selectwald,area(wald.region) DieobigeAnfrageenth ltdasr umlichepr dikatinside,durchwelchesalleregionen and wherewald.regioninsideland.region ausgew hltwerden,dieeinwaldgebietenthalten.anschlie endwirddurchdier umliche land.name.equal(sachsen-anhalt) FunktionareadieFl chederwaldgebieteberechnet. Vergleichspr dikatef rzeitintervallewerdendie13allgemeinbenutztenzeitintervallbeziehungenvonallen[all83]angebotenspannenundzeitintervalle,welche hnlichwieinabschnitt3.3.1deniertsind.als undfunktionen.alszeitbezogenedatentypenunterst tztmoqlzeitpunkte,zeit- <temporal_expression>setzensichebenfallszusammenauszeitlichenpr dikaten Zeitintervallen,Vergleichsoperationenf rzeitpunkteundzeitspannenundvieleweitere. nenzurberechnungderintervalll ngeundderintervallgrenzen,mengenoperationenauf Hervorgehobenwerdenm ssendiecontinuous-media-funktionen,vondenenmoqlim DasAngebotanzeitbezogenenFunktioneninMOQLumfa tun reintervallfunktio- wesentlichendieauswahlvonausschnittenundframesinvideolmen(rst_frame, kann,obeinabgeleitetesobjekt(salientobject)ineinembestimmtenmediumenthalten wegungenunterst tzt,wiezumbeispielzoomin,panleft,cutoderfade. last_frameusw.)undboole`schefunktionenf rdentestaufbestimmtekamerabe- istodernicht.zumbeispieldr cktfolgendeanfragediesuchenachbildernaus,auf denenpersonenzusehensind. <contain_predicate>dr ckenbedingungenaus,mitderenhilfe berpr ftwerden selectm frombilderm,personenp eingef hrt.indieserlassensichdasr umlichelayout(z.b.positionundgr edes F rdiepr sentationderanfrageergebnissehatmoqlzus tzlicheinepresent-klausel wheremcontainsp

103 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen Ausgabefensters),derzeitlicheAblauf(z.B.Startzeitpunkt,DauerundSynchronisation 89 Funktionendeniert: Unterst tzungderanforderungeneinerergebnispr sentationsindinmoqlfolgende workzureinbindungandererpr sentationsmodelleund-sprachen,spezizieren.zur derpr sentationeinzelnermedienobjekte)undeinszenariolayout,eineartframe- atwindow(id,punkt_1,punkt_2),einmedienobjektmitderbezeichnungid attime(startzeitpunkt)deniertdenstartzeitpunktf rdiepr sentation. wirdineinemfenster,dasdurchpunkt_1undpunkt_2aufgespanntwird,dargestellt. display(id,startzeitpunkt,dauer),einnon-continuousmedienobjektwird play(id,startzeitpunkt,dauer,geschwindigkeit),eincontinuousmedienobjektwirdzumstartzeitpunktf reinebestimmtedauermiteinerbestimmten zumstartzeitpunktf reinebestimmtedauerangezeigt. thumbnail(id),einmedienobjektwirdalsthumbnailpr sentiert. Geschwindigkeitabgespielt. resize(id,h he,breite)legtdieh heundbreiteeinesmedienobjektesf r parstartstartetzweipr sentationskomponentengleichzeitig. diepr sentationfest. afterstarteteinepr sentationskomponente,nachdemdieanderebeendetist. parendbeendeteinepr sentationskomponentegleichzeitigmiteineranderen. BeispieldieVerwendungderPr sentationskonstrukteverdeutlichen: ZumAbschlu derausf hrungen berdiemultimedia-anfragesprachemoqlsollein from select wheremcontainspor m,v Bilderm,Videosv,Personenp presentatwindow(m,(0,0),(320,240))and vcontainspand play(v,10,30*60,normal)parstart atwindow(v,(321,0),(641,240))and p.name.equal(karlmarx) gen.diedarstellungderbildererfolgtineinemfenstermitdenkoordinaten(0,0), DurchdieobigeAnfragewerdenalleBilderundVideosausgew hlt,diekarlmarxzei- display(m,0,20) (320,240)unddieVideoswerdenineinemFenstermitdenKoordinaten(321,0),

104 (641,240)gezeigt.DieBilderwerdenzehnSekundenvordemStartdesVideosf reine WeitereAns tze Dauervon20Sekundenangezeigt.DieAbspieldauereinesVideosbetr gt30minuten unddieabspielgeschwindigkeitwirdmitnormal "angegeben.sowohlinderwhere- KlausellediglichalsBindegliedzwischenzweiPr sentationsangaben. dielogischeund-verkn pfungzweiertermegemeintist,dientesinderpresent- wobeisichaberdiebedeutungunterscheidet.w hrendinderwhere-klauselhiermit Klauselalsauchinderpresent-KlauselwirddasselbeSchl sselwortandverwendet, VisualMOQL SpracheMOQLabgebildet.Dier umlichenpr dikateundfunktionenvonvisualmoql derzeitigenversionlediglichbildanfragen.eineanfragewirdf rdieverarbeitungaufdie gesprachemoql,istvisualmoql[ox 99].Dabeiunterst tztvisualmoqlinder EinevisuelleAnfragesprache,basierendaufderobenvorgestelltenMultimedia-Anfra- entsprechensomitdenbereitsimzusammenhangmitmoqlvorgestelltenundauchdas sindeinigewesentlichemerkmalederspracheaufgef hrt: zugrundeliegendedatenmodellistdasselbe. derausdrucksf higkeiteinertextbasiertenanfragesprachezuverbinden.nachfolgend VisualMOQLwurdeentwickelt,umdieVorteileeinervisuellenAnfragetechnikmit AufbaueinerAnfrageSchrittf rschritt,dashei t,zuerstwirdeinebildkategorieausgew hlt,anschlie endwerdeneinfachesuchbedingungendeniertunddiese dannzukomplexenbedingungenzusammengesetzt, VisuelleBeschreibungvonAnfragepr dikaten,wiefarbe,gestalt,texturund VerfeinerungderAnfragepr dikateinjederphasedesanfrageprozesses. r umlichebeziehungen,und DaVisualMOQLnurBildanfragenunterst tzt,beschr nkensichdiepr sentationsf higkeitenauchaufbilddaten.beideranfragespezikationwirddiemaximaleanzahlder Bilderangegeben,diezur ckgeliefertwerdensollen.durchdieergebnismengekann anschlie endnavigiertwerdenundzugeordneteattributelassensichangezeigen. ImVerlaufdiesesKapitelswurdebereitseineReihevonAns tzenf rmultimedia- Anfragesprachenvorgestellt.Dennochl tsichnichtderanspruchaufvollst ndig- 5.4 WeitereAns tze keiterheben,dadurchzahlreicheforschungsarbeitenaufdemgebietdermultimedia- eingeschr nktdurchdenzeitlichenrahmendieserarbeit,nichtallesprachans tzeaus- Datenbankenst ndigneueanfragesprachenentwickeltwerden.desweiterenlassensich, f hrlichbetrachten.eswurdevielmehrversucht,solchesprachans tzef reineum- fangreichebetrachtungauszuw hlen,diedasmeistepotentialf reineverwendungals

105 Kapitel5.Ausgew hlteans tzef rmultimedia-anfragesprachen AnfragespracheineinerMultimedia-Datenbankaufweisen.Imfolgendenwerdeneinige 91 HK96](MultimediaQueryLanguage).MQLbasiertaufeinemobjektorientiertenFrameworkzurVerwaltungvonMultimedia-Datenundunterst tztkomplexeobjektanfragen, EinederAnfragesprachendiebishernochnichtbetrachtetwurdenistMQL[LC98, stellt.au erdemwirdaufsprachans tzeinartverwandtengebietenkurzeingegangen. derbishernochnichtbetrachtetenans tzef rmultimedia-anfragesprachenkurzvorge- verfeinerndeanfragen,geschachtelteanfragenundpr dikatef r hnlichkeitsanfragen MQLbietetCSQLabereinigezus tzlichepr dikate(is_a,s_like)an. BeideSprachenhabenunteranderemdascontain-Pr dikatgemeinsam.imvergleichzu dassprachdesignsehr hnlichzuderinabschnitt5.2.2untersuchtensprachecsqlist. anbilder,texteundsprachdokumente.dieanfragesprachebasiertaufsql,wobei Multimedia-DokumenteninmehrereMultimedia-Segmente.DieeinzelnenMultmedia- Segmenteenthaltenr umlicheundzeitlicheinformationensowiemedienspezischemerkguage(mmqsl)vor.dasmodellzudieserspracheberuhtaufderzerlegungvon HirzallaundKarmauchstellenin[HK96]eineMultimediaQuerySpecikationLan- hatdiefolgendeallgemeineform: genwerdenanmengenvonmultimedia-dokumentengestellt.eineanfrageinmmsql male,wiez.b.kamerabewegungeninvideodatenoderfarbverteilunginbildern.anfra- ndxindoc-list where begin [Temporale-Spezifikation]andjor [R umliche-spezifikation]andjor [Medienspezifische-Spezifikation]andjor [Externe-Spezifikation] rendderpr sentation.f rdieformulierungvonanfragenwerdenunz hligepr di- katef rs mtlichemultimedia-datentypenangeboten,wobeisichdieautorenaufdie BeschreibungderSyntaxbeschr nken.unscharfeanfragenoderdasschachtelnvon Externe-SpezikationensinddabeiAngabenzum glichenbenutzerinteraktionenw h- end AnfragenistinMMSQLnichtm glich. BGS98].SieerweitertSQL3umM glichkeitenzurpr sentationsunterst tzungf rmultimedia-daten.hierf rwirdeinezus tzlichedisplay-klauseleingef hrt.indieserklausenissen.ausschlie lichdieseraufgabewidmetsichdieanfragesprachesql+d[bgn98, wieinabschnitt3.5erl utert,dieunterst tzungderpr sentationvonanfrageergeb- EinesehrwichtigeAnforderunganAnfragesprachenf rmultimedia-datenbankenist, Benutzerinteraktionenspezizieren. lassensichdier umlicheundzeitlichedarstellungderanfrageergebnisseundm gliche sprechendefunktionalit twirdbeisolchensystemen bergraschebenutzerober chen diezwaranfragenerlauben,hierf raberkeineeigeneanfragesprachebesitzen.dieent- F rdieinhaltsbasiertesucheinmultimedia-datenexistiereneinigeweiteresysteme,

106 angeboten.w hrendsichad-hocanfragenaufdieseartundweisesehrkomfortabel WeitereAns tze gendsindeinigebeispielef rsolchesystemeaufgef hrt: formulierenlassen,isteineeinbindunginprogrammiersprachennichtm glich.nachfol- QBIC[FSN+97],einSystemzurinhaltsbasiertenSucheinBildundVideodatenanhandderGestalt,Farbverteilung,TexturundweiterenausdenDatenautomatisch abgeleiteteninformationen.derinhaltdergesuchtenbilderwirdvomanwender durchskizzenvorgegeben. VisualSEEK[SC97], hnlichwieqbicbietetdiesessystemeineinhaltsbasierte VideoSTAR[Hje95],einexperimentellesDatenbankframeworkf rdieverwaltung BildsuchemittelsabgeleiteterBildmerkmalean. Abschlie endsollenindiesemkapitelanfragesprachenerw hntwerden,diezwaraufanderengebietenderdatenbankforschungentwickeltwurden,welcheaberdennocheinigmenhangmittemporalendatenbankenzahlreicheanfragesprachenentwickelt.diese Anfragen. vonvideodatenundderm glichkeitzurformulierungvonkomplexenzeitlichen erm glichenanfragenanzeitpunkteundzeitintervalleundbietengrundlegendezeitbezogeneoperationenan,wiesieauchinmmdbmsben tigtwerden.ein berblick ber ProblemvontemporalenAnfragesprachenimZusammenhangmitMultimedia-Datenist, da sichtemporaleanfragenhaupts chlichaufdiehistoriederdaten(zust ndederdatenzuverschiedenenzeipunkten)beziehen.ineinemmmdbmsm ssenaberzus tzlich typischeanforderungenanmultimedia-anfragesprachenerf llen.sowurdenimzusam- einprominentervertreterdiesersprachen,wirdin[myr97]vorgestellt.eingenerelles temporaledatenbankenundentsprechendeanfragesprachengibt[zcf+97].tsql2, genwurdenverschiedeneforschungsarbeiten berdieintegrationr umlicherdateninein Continuous-DatentypendurchAnfragenunterst tztwerden,wasmittemporalenanfragesprachenimallgemeinennichtm glichist. DBMSver entlicht.dabeiwurdeunteranderemdieanfragesprachepictorialquery- By-Example[PS95,DSS98](PQBE)vorgeschlagen.F ranfragenindiesersprache ImZusammenhangmitGeographischenInformationssystemenundCAD-Anwendun- werdenineingitter,welchesdieverschiedenenbildregionenrepr sentiert,richtungsbeziehungenundtopologischebeziehungeneingetragen.anhandderhierdurchvorgegebenenbildstrukturwirdeine hnlichkeitssuchedurchgef hrt.dieseransatzbildetdie Grundlagef reinigegrascheanfragesprachen(z.b.qbic)inmmdbms.

107 6 VergleichundBewertung InKapitel5wurdeeineReihevonAns tzenf rmultimedia-anfragesprachenvorgestellt.diegrundlegendenkonzeptedereinzelnenanfragesprachenunterscheidensich deninkapitel4aufgef hrtenkriterienf rmultimedia-anfragesprachenimnachfolzelnensprachenvornehmenzuk nnen,werdendieseanhandihrereigenschaftenund dabeisehrstarkvoneinander.umeineeinsch tzungderleistungsf higkeitderein- Sprachans tzef rdeneinsatzinmultimedia-datenbank-management-systemengeeig- klassiziert.darananschlie enderfolgteineuntersuchung,inwieweitdievorgestellten gendenabschnittgegen bergestelltundmiteinanderverglichen.aufbauendaufdiesem netsind.amendedieseskapitelswerdenentwurfsprinzipienf rzuk nftigeentwick- lungenvonmultimedia-anfragesprachenvorgeschlagen. VergleichwerdenimzweitenAbschnittdiesesKapitelsdieverschiedenenSprachans tze gesprachenaufgezeigt.dazuerfolgteinegegen berstellungundeinvergleichder IndiesemAbschnittwerdendieVor-undNachteiledereinzelnenMultimedia-Anfra- 6.1 VergleichvonMultimedia-Anfragesprachen Darananschlie enderfolgteinebetrachtungdermultimediaspezischenkriterieninbezugaufdieanfragesprachen. zun chstdieallgemeinenkriterienbetrachtet,welchef rjedeanfragesprachegelten. Sprachans tze,basierendaufdeninkapitel4aufgestelltenkriterien.dabeiwerden DabeiwirddieErf llungdereinzelnenkriteriendurchdiejeweiligeanfragesprache AllgemeineKriterienf rmultimedia-anfragesprachenwurdenbereitsinabschnitt4.1 erl utert.diesesollennunf rdieuntersuchungdersprachans tzebenutztwerden. betrachtet. berpr ft.derabschnittgliedertsichhierf rinzweiteile.imerstenteilwerdendie SQL/OQL-basiertenSprachans tzeundimzweitenteildieneuentwickeltenans tze Gegen berstellungdiesersprachans tze.indererstenspaltesinddieverschiedenen rendenobjektorientiertenoderrelationalenanfragesprache.tabelle6.1enth lteine EinGro teildervorgestelltenmultimedia-anfragesprachenbasiertaufeinerexistie-

108 allgemeinenkriterienaufgef hrt.dieanderenspaltengebenjeweilsdieg ltigkeitdes VergleichvonMultimedia-Anfragesprachen KriteriumskeineAussagegemachtwerdenkann.IsteineKriteriumnichterf lltenth lt da daskriteriumdurchdieanfragespracheerf lltwirdundein(p)kennzeichnetein nurteilweiseerf llteskriterium.dasfragezeichengibtan,da berdieerf llungdes Kriteriumsf rdieeinzelnenmultimedia-anfragesprachenan.einpbedeutetdabei, dietabelleein. Kriterium Ad-hocFormulierung GenerischeOperatoren Anwendungsunabh ngigkeit KEQLCSQLMADTVideoSQLMMSQLMOQL Deskriptivit t (p) Mengenorientiertheit Orthogonalit t Ezienz Erweiterbarkeit? (p) (p)? (p) (p) Abgeschlossenheit Ad quatheit Vollst ndigkeit Sicherheit (p) Optimierbarkeit (p) (p)? (p) (p) FormaleSemantik Eingeschr nktheit p p p p p p Tabelle6.1:VergleichSQL/OQL-basierterSprachans tzeanhandallgemeinerkriterien vorgegeben,diesichauchbeieinererweiterungderanfragesprachenichtver ndern. allgemeinenkriterien.einigekriterienwerdenaberauchnurunzureichendodergar Soerf llendiesql-basiertenanfragesprachen(keql,csqlundmadt)fastalle DurchdiezugrundeliegendeStandardsprachesindbereitswesentlicheEigenschaften nichterf llt.diesesindimeinzelnen: Orthogonalit t:insqlunddemzufolgeauchindaraufaufbauendenanfragesprachenwirddieseskriteriumdadurchverletzt,da Anfragetermenichtanallen Stellen(z.B.nachderfromKlausel)m glichsind.diesgiltallerdingsnichtf r Eingeschr nktheit:anfrageninsql3k nnenmethodenaufrufeenthalten.dadiesemethodenineinerprogrammierspracheentworfenwerden,istdaskriteriumder Sprachans tze,welcheaufdemsql3-standardberuhen,wasf rdiemeistenin dieserarbeituntersuchtenans tze(csql,madt)derfallist. Eingeschr nktheitdurchdieberechnungsvollst ndigkeitderprogrammiersprache nichterf llt.dienegativenauswirkungenaufdieezienz,sicherheitundopti-

109 Kapitel6.VergleichundBewertung mierbarkeitwerdenzwaraufgrundderkontrolledermethodenausf hrungdurch 95 Anwendungsunabh ngigkeit:dieanfragesprachekeqlwurdeimhinblickauf dasdbmsabgeschw cht,bleibenabergrunds tzlichbestehen. Gesondertbetrachtetwerdenmu dieanfragesprachevideosql.f rdiesesprachegeltendieobigenausf hrungennicht,davideosqllediglichdenbekanntensfw-block bernimmt,sonstaberkaumetwasmitsqlgemeinsamhat.videosqlunterst tzt einead-hocformulierungundgenerischeoperatoren,istanwendungsunabh ngig,deskriptiv,abgeschlossenundeingeschr nkt.daauchvomdatenmodellnurvideodaten undvideosequenzenalsanfrageergebnisseunterst tztwerden,istdiead quatheitund Abgeschlossenheittrivialerweiseerf llt.anhandder bervideosqlzurverf gungstehendenliteraturkannkeineaussage berdiemengenorientiertheit,ezienzundoptimierbarkeitgetroenwerden,wasintabelle6.1durcheinfragezeichenausgedr ckt wird.videosqlerf lltdiekriterienorthogonalit tunderweiterbarkeitnicht.desweiterenexistiertkeineformalesemantik,unddievollst ndigkeitbez glichderrelationaleunabh ngig. medizinischeanwendungenentwickeltundistdeshalbnurteilweiseanwendungsden.dieeingeschr nktheitwirdauchhiernichterf llt.damitverbundensindauswirkungenaufdieezienz,sicherheitundoptimierbarkeit,dadasergebnis,dielaufzeit F roql-basiertemultimedia-anfragesprachen,wiemmsqlundmoql,geltenim wesentlichendiegleichenaussagen,dief rsql-basierteanfragesprachengetroenwur- Algebraistnichtgegeben. OperationenentsprechenddemTypsystemunddenEin-undAusgangstypenfreimitein- SQLerf lltoqlaberdaskriteriumderorthogonalit t,denninoql-anfragenk nnen unddieterminierungeinermethodenabarbeitungnichtvorhersehbarsind.gegen ber anderkombiniertwerden.diesgiltnat rlichebensof rdiebeidenindieserarbeitvor- gestelltenoql-basiertenmultimedia-anfragesprachenmmsqlundmoql.w hrend obwohldasdatenmodelleinepr sentationderanfrageergebnisseunterst tzt,bietetdie eineanfragespracheerf lltwerden,verletztmmsqlzus tzlichdiead quatheit.denn vonmoqlau erdenobigeneinschr nkungenalleweiterenallgemeinenkriterienf r tenmultimedia-datenbank-management-systemenentstandensind.diesesollennun Kapitel5weitereSprachans tzevorgestellt,welcheimzusammenhangmitneuentwickel- Anfragesprachehierf rkeinekonstruktean. anhandderallgemeinenkriterienverglichenwerden.hierf renth lttabelle6.2eine NebenMultimedia-Anfragesprachen,dieaufStandardsprachenaufbauen,wurdenin sprichtdemvontabelle6.1,welchedieallgemeinenkriteriendensql/oql-basierten Sprachans tzengegen berstellt.einpkennzeichnetwiederumeinerf lltesundein Gegen berstellungderneuentwickeltensprachans tze.deraufbaudiesertabelleent- unvollst ndigesprachbeschreibunginderliteratur,welchef rdieverschiedenenan- einunerf llteskriterium. s tzezurverf gungsteht.deshalbkonnteneinigekriteriennichtf ralleneuent- EinProblembeimVergleichderneuentwickeltenSprachans tzeistdiegr tenteils

110 96 Kriterium 6.1.VergleichvonMultimedia-Anfragesprachen Ad-hocFormulierung GenerischeOperatoren Anwendungsunabh ngigkeitpicquery+scoretvqlsmds Deskriptivit t Mengenorientiertheit Orthogonalit t Ezienz Erweiterbarkeit Abgeschlossenheit Ad quatheit Vollst ndigkeit Sicherheit Optimierbarkeit FormaleSemantik Eingeschr nktheit p? p? p? Tabelle6.2:VergleichneuentwickelterSprachans tzeanhandallgemeinerkriterien p Fragezeichen. wickeltensprachans tzeaufihreg ltigkeituntersuchtwerden.indenf llen,woeine Einsch tzungnichtm glichwar,enth ltdietabelle6.2anderentsprechendenstelleein SMDS)bietenf rdieformulierungvonanfragenausschlie licheinegrascheanfragesprachebzw.einegraschebenutzerober chean.dieseerf llendurchfestvorgegebene grascheanfragekonstruktedieforderungnacheinerad-hocformulierung,generischen FastallederneuentwickeltenSysteme(bisaufdielogikbasierteAnfragesprachedes OperatorenundDeskriptivit t.lediglichinscoreistdieanwendungsunabh ngigkeitunzureichend,weilf rdieformulierungvonanfrageneinegrundmengemarkantes tzenaufmengenvonobjektenbasiert,wirddaskriteriumdermengenorientiertheit vondiesenanfragesprachenerf llt. Icons(vgl.Abschnitt5.1.2)benutztwird,welcheabh ngigvomanwendungsgebietfest vorgegebensind.dadieauswahlderergebnisobjekteinallenvorgestelltensprachan- vondenuntersuchtensprachans tzenaufgrundderdurchdiegraschenmethodenfest SchachtelungoderKopplungvonTabellenger steninpicquery+nichtm glich. vorgegebenenstruktureineranfragenichterf lltwerden.soistbeispielsweiseeine DieOrthogonalit tforderteinebeliebigekombinationvonoperationen.dieskann Sprachebekanntseinm te.daaberdievorgestelltenmultimedia-anfragesprachen gemachtwerden,dahierf rderaufwandzurausf hrungderoperationenderjeweiligen keinebenutzerdeniertenmethodenunterst tzen,sollteimallgemeineneineeziente bereineezienteausf hrungderbasisoperationenkannkeineeindeutigeaussage RealisierungderAnfragenm glichsein.f rdielogikbasierteanfragesprachedessmds

111 Kapitel6.VergleichundBewertung istdaskriteriumderezienzerf llt,dain[ms96]indexstrukturenundgeeignetealgorithmenmitakzeptablerlinearerkomplexit tf rdieausf hrungvonanfragenauf 97 EinKriterium,dasebenfallsnurdurchdasSMDSerf lltwird,istdieerweiterbarkeit. dieserstrukturbeschriebenwerden. Sprachans tzeunterst tzenkeinesolcheerweiterung. penundfeaturessowieeinebenutzungdiesererweiterungeninanfragen.dierestlichen Dashierf rvorgeschlageneframeworkerlaubtdieerweiterungumzus tzlichemedienty- liegendendatenmodelldarstellbarsind.somitistdieabgeschlossenheitdiesersprachengew hrleistet.auchdiead quatheitwirdvondenobigenanfragesprachenerf lltdaten,videodatenundalphanumerischendaten,welcheindemjeweiligenzugrunde DieAnfrageergebnissevonPICQUERY+,SCOREundTVQLbestehenausBild- diesprachdenitionnurmedienobjekte,featuresundattributwertedersmdssowiedie SMDSerf lltebenfallsdieabgeschlossenheitunddiead quatheit,denneinerseitsl t dennallekonstruktederteilweiserechteinfachendatenmodellek nnendurchdiedazugeh rigeanfragespracheausgenutztwerden.dielogikbasierteanfragesprachedes leeremengealsanfrageergebniszu(abgeschlossenheit),andererseitswerdenallekonzeptederstrukturiertenmultimedia-datenbankdurchdielogikbasierteanfragesprache unterst tzt(ad quatheit). derdielogikbasierteanfragespracheselbsteineartanfragekalk ldarstellt,wurde f rkeinederanderenmultimedia-anfragesprachenindenentsprechendenver entlichungeneineformalesemantikangegeben.obeinesolchenichtexistiertoderinden Au erf rdasframeworkeinerstrukturiertenmultimedia-datenbank(smds),bei keineaussage berdieerf llungdieserkriteriengetroenwerden. dieentscheidung berdievollst ndigkeiteineranfragespracheist,kannandieserstelle festgestelltwerden.daeineformalesemantikvoraussetzungf reineoptimierungund Ver entlichungennurnichtbeschriebenwurde,konnteimrahmendieserarbeitnicht dielogikbasierteanfragespracheansmdswirdin[ms96]hierf reinformalerbeweis istdaskriteriumdersicherheit.diesesfordertf rsyntaktischkorrekteanfragenendlicheergebnisseundeineterminierungdieseranfrageninendlicherzeit.lediglichf r Ebenfallsaufgrundeinerunvollst ndigensemantikfestlegungschwerzuentscheiden, sind,istdaskriteriumdereingeschr nktheitf rallediesesprachenerf llt. angegeben. DaallehierbetrachtetenMultmedia-Anfragesprachennichtberechnungsvollst ndig MultimediaspezischeKriterien vorgestelltenans tzef reinemultimedia-anfragespracheerf lltwerden.grundlage wieweitdiemultimediaspezischenanforderungendurchdieimvorhergehendenkapitel Erf llungderallgemeinenkriterienuntersuchtwurden,sollnunfestgestelltwerden,in- NachdemimvohergehendenAbschnittdieeinzelnenSprachans tzeinhinblickaufdie f rdieseuntersuchungsinddieinabschnitt4.2betrachtetenmultimediaspezischen Kriterien.

112 98 Anfrage- Uni- Inhalts- 6.1.VergleichvonMultimedia-Anfragesprachen sprache versell Anfragen Raum ZeitUnscharfePr sentation Picquery+pppp VBTAFSAVRTAMPOPG RRZTFTLQ ppppppppppp Anfragen SCORE TVQL SMDS ppppppp ppppppp KEQL ppppppppppppp CSQL ppppppppppppppp pppppppp MADT VideoSQLpp pppppp pppppppppp pppp MMSQL MOQL ppppppppppppppppp pppppp pppppppppp InTabelle6.3sinddiemultimediaspezischenKriteriendenAnfragesprachengegen bergestellt.dieerstespaltedertabelleenth ltdieverschiedenen,inkapitel5vorgestellten, Tabelle6.3:Gegen berstellunganhandmultimediaspezischerkriterien riumeineauistungwesentlichereigenschaftenderanfragesprachen,diezurerf llung jeweiligeanfragesprachedargestellt.dazuenth ltderkopfdertabellezujedemkrite- Anfragesprachen.IndenanderenSpaltenwirddieG ltigkeiteinzelnerkriterienf rdie dieseskriteriumsbeitragen.umdief llederm glicheneigenschaftenineinertabelle unterzubringen,wirdeineabk rzendeschreibweiseverwendet.analogzutabelle6.1 und6.2gibteinpdieerf llungundeindienichterf llungeinereigenschaftan. DieeinzelnenBuchstabenhabenabh ngigvomkriteriumfolgendebedeutung: Universell:V\B\T\Astehenf rvideo-/bild-/text-undaudiodatentypen,die Inhaltsanfragen:Fstehtf r(f)eaturebasierteanfragen,sf ranfragenandie (S)trukturderMultimedia-DatenundAVf rdieunterst tzung(a)bgeschw chter durchdieanfragespracheunterst tztwerden. Raum:R\T\A\Mgebenan,obdieAnfragesprache(R)ichtungsbeziehungen, bzw.(v)erfeinernderanfragen. Zeit:P\OkennzeichnendieM glichkeiteneineranfragesprache,zeitbezogene r umlichendatenunterst tzt. (t)opologischebeziehungen,(a)ggregatfunktionenund(m)engenoperationenauf (P)r dikateund(o)perationenf rdieanfrageformulierungzuverwenden.

113 Kapitel6.VergleichundBewertung unscharfeanfragen:durchp\g\ \Rwirdausgedr ckt,da dieanfragesprache 99 Pr sentation:diebuchstabenr\z\tf\tl\qstehenf reineunterst tzung (R)elevanzwerteanbietet. unscharfe(p)r dikate,(g)ewichteteanfrageterme,( )hnlichkeitsoperatorenund viceparameterdurchdieanfragesprache. (T)rans(f)ormationsfunktionen,(T)rans(l)ationsfunktionenund(Q)ualityofSer- von(r) umlichenpr sentationsparametern,(z)eitlichenpr sentationsparametern, DurchdieAngabevonjpjpjinderSpalteUniversellf rdieanfragesprache PICQUERY+wirdsomitausgedr ckt,da diesersprachansatzdiemedientypenbild undtextunterst tzt,aberkeinem glichkeitf ranfragenanvideo-undaudiodaten mentiert. bietet.nachfolgendwerdendieintabelle6.3dargestelltenzusammenh ngekurzkom- SprachenMMSQL,MOQLsowiediedurchdieFrameworksSMDSundMADTangebotenenAnfragesprachen.DierestlichenAnfragesprachenunterst tzenlediglicheinzelne NureinTeildervorgestelltenAns tzef ranfragesprachenkannaufgrundderunterst tzungs mtlicherg ngigermedientypenalsuniversellbezeichnetwerden.diessinddie Medientypen,wiezumBeispieldieAnfragesprachedesKEQL,welchenurBild-und einesucheanhandvonfeaturewertenundeineformulierungvonanfragenandiestrukturdermultimedia-datenunterst tzt.abernureinigeanfragesprachen,wiemmsql, DieM glichkeitderformulierunginhaltsbasierteranfragenwirdvonallenunter- Textanfragenanbietet. suchtenanfragespracheninirgendeinerformangeboten.sowirdindenmeistenf llen frageergebnissezuverbessern. ScoreundSMDS,erm glichenverfeinerndeanfragen,umdadurchdiequalit tderanbeibestehenabergro eunterschiedeindenangebotenenpr dikatenundoperationen. BesondersguteUnterst tzungr umlicheranfragenbietetdiesprachemoql,welche auchr umlicheaggregatfunktionenundmengenoperationenaufr umlichendatenbereitstellt.imgegensatzdazuk nnenindersprachevideosqlr umlicheanfragennur formuliertwerden,fallsvombenutzerdeneinzelnenvideo-objekteneinebeschreibung derr umlichenbeziehungenhinzugef gtwurde. werdenvonallenvorgestelltenanfragesprachenzeitlicheanfragenunterst tzt.f rdie angeboten,wiesieinabschnitt3.3vorgestelltwurden.unterschiedezwischendenein- FormulierungvonAnfragenwerdendabeigr tenteilsdie13zeitintervallbeziehungen BisaufScoreundCSQL,welchesichaufnicht-zeitlicheMedientypenbeschr nken, R umlicheanfragenk nnenindenmeistenanfragesprachenformuliertwerden.dazelnenanfragesprachenexistierenbeidenangebotenenzeitbezogenenfunktionen. durchdieeinzelnenanfragesprachen.sobietetvideosqlhierf rkeinerleim glichkeiten undindenanfragesprachenpicquery+undmoqlwerdennur hnlichkeitsoperatorenunterst tzt.sehrguterf lltwirddaskriteriumunscharfeanfragenvondersprache SehrgravierendeUnterschiedegibtesbeiderUnterst tzungvonunscharfenanfragen

114 MMSQL,welcheunscharfePr dikate,gewichteteanfrageterme, hnlichkeitsoperatoren KlassifikationvonMultimedia-Anfragesprachen undeinrelevanzfeedbackanbietet. st tzungderpr sentation(mmsqlundsmds) berdiebereitstellunggrundlegender lichkeitenbeiderpr sentationderanfrageergebnisse.diesereichenvonkeinerleiunter- Darstellungsfunktionen(PICQUERY+undKEQL)biszurM glichkeitderbeschreibungvonmultimediapr sentationen(moql).keinederuntersuchtenanfragesprachen EbenfallssehrunterschiedlichsinddievondenAnfragesprachenangebotenenM g- Anfragesprachenangegebenwerden. einemanderenmedientyp).auchqos-parameterk nneninkeinerderbetrachteten bieteteineunterst tzungdermedientranslation(dieausgabeeinesmedienobjektesin dia-datenbankenvorgestellt.diesebasierenaufbeobachtungenbeiderbeschreibungder Imfolgendenwerdeneinigem glicheklassikationenf ranfragespracheninmultime- 6.2 KlassikationvonMultimedia-Anfragesprachen Abschnitt. Sprachans tzeinkapitel5unddemvergleichderanfragesprachenimvorhergehenden teilungdeskapitels5inabschnittebenutzt,indemzwischenans tzen,dieaufeiner Standardanfragespracheberuhen,undneuentwickeltenSprachans tzenunterschieden wird.dieaufdererweiterungeinerstandardanfragesprachebasierendenmultimedia- EineM glichkeitf rdieklassizierungdersprachans tzewirdbereitsbeiderein- Anfragesprachenk nnenweiterunterschiedenwerdennacherweiterungenvonsqlund ErweiterungenvonOQL. Multimedia- Anfragesprachen Neuentwicklungen Erweiterungen von von Anfragesprachen Anfragesprachen visuelle textbasierte OQL- SQL- zelnensprachenformuliertwerdenk nnen.hierbeil tsichzwischenvisuellenanfrage- sprachenundtextbasiertenanfragesprachenunterscheiden.inabbildung6.1sindbeide EineKlassikationistebenfallsm glichnachderartundweise,wieanfragenindenein- Abbildung6.1:KlassikationvonMultimedia-Anfragesprachen Anfragesprachen Anfragesprachen Erweiterungen Erweiterungen

115 Kapitel6.VergleichundBewertung ArtenderKlassikationzusammengefa tdargestellt.dasql/oql-erweiterungenvon 101 Anfragennurf rdieneuentwickeltenanfragespracheneinensinn. kationinabbildung6.1wiefolgtzugeordnetwerden: Naturaustextbasiertsind,machteineUnterscheidungnachvisuellenundtextbasierten visuelle,neuentwickelteanfragesprachen:picquery+,score,tvql, DieindieserArbeitvorgestelltenMultimedia-Anfragesprachenk nnenderklassi- SQL-Erweiterungen:KEQL,CSQL,MADTundVideoSQL, textbasierte,neuentwickelteanfragesprachen:smds, OQL-Erweiterungen:MMSQL,MOQL. PICQUERY+ SMDS KEQL MADT MMSQL MOQL unscharfe Anfragen CSQL SCORE zeitliche Anfragen räumliche Anfragen AnhandderF higkeiten,welchedieeinzelnenuntersuchtenanfragesprachenaufweisen, k nnenweitereklassikationenvorgenommenwerden: Abbildung6.2:KlassikationnachArtenvonAnfragen TVQL VideoSQL Einteilungnachunterst tztenmedientypen:entsprechenddenmedientypen,f r dieeineanfragesprachegeeignetekonstrukteanbietet,umeineinhaltsbasierte Suchedurchf hrenzuk nnen,l tsichunterscheidenzwischen: 1.Bildanfragesprachen:PICQUERY+,SCORE,KEQL,CSQL, 2.Videoanfragesprachen:TVQL,VideoSQLund

116 102 3.universellenAnfragesprachen:SMDS,MADT,MMSQL,MOQL. 6.3.BewertungderuntersuchtenAnfragesprachen EinteilungnachArtenvonAnfragen:Anhandderunterst tztenanfragetypen kanneineklassikationderanfragesprachenwieinabbildung6.2vorgenommen werden.daalleuntersuchtenmultimedia-anfragespracheninhaltsbasierteanfragenunterst tzen,kanndieseranfragetypbeiderklassikationweggelassenwer- IndiesemAbschnittsoll,aufbauendaufdenErgebnissendesVergleichesderAnfrage- sprachen,festgestelltwerden,inwieweitdievorgeschlagenenans tzealsmultimedia- 6.3 BewertungderuntersuchtenAnfragesprachen aufgestelltenkriterienerf llen.esgibtabereinigekriterien,welcheeinabsolutesmu inbezugaufdieeignungeinersprachealsmultimedia-anfragesprachedarstellen. Anfragesprachegeeignetsind.EineAnfragesprachemu hierf rnichtalleinkapitel4 gen,dashei t,medien bergreifendeanfragenandiewichtigstenmedientypen(video, Bild,TextundAudio)solltenm glichsein.eingro teildervorgestelltenanfrage- sprachenerf lltdieseanforderungabernursehrunzureichend,wieanhandderklassi- EinediesergrundlegendenAnforderungenistdieUnterst tzunguniverselleranfra- kationnachunterst tztenmedientypenimvorhergehendenabschnittzuerkennenist. SosinddieAnfragesprachenTVQLundVideoSQLnurf rvideodatenverwendbarund undtextdaten.diemeistendieserans tzelassensichaufgrundihrerfestenstruktur Score,PICQUERY+,KEQLundCSQLunterst tzenausschlie lichanfragenanbild auchnurschwererweitern.eineintegrationweiterermedientypenistdeshalbkaum nichtverwendbar.beidenvisuellenanfragesprachenpicquery+,tvqlundscore m glich.somitsinddiesesprachans tzealsuniverselleanfragespracheninmmdbms Sprachans tzef rdeneinsatzinmmdbmsebenfallsungeeignetsind. geeignet.eineeinbindunginanwendungsprogrammeistnichtm glich,wodurchdiese ergibtsichzus tzlichdasproblem,da Anfragenausschlie lich bergraschebenutzerober chenspeziziertwerden.diesemethodeistabernurf rad-hocanfragen durchihreframework-basiertearchitektursehrgutem glichkeitenzurerweiterungeinesmmdbmsundderanfragespracheumzus tzlichemedientypen,features,pr dikate f rmultimedia-anfragesprachen,daeinmmdbmsunm glichallefeaturesundoperationenstandardm igenthaltenkann,dieindenverschiedenenanwendungenben tigten undoperationen.auchmoqll tsichdurchdasobjektorientiertedatenmodellund OQLalsSprachgrundlageerweitern.DieErweiterbarkeitisteinewichtigeAnforderung werden. MOQL)alsMultimedia-Anfragesprachegeeignet.JededieserSprachenbesitztaber netwerden.dar berhinausbietendiedatenmodellevonmmsql,madtundsmds dieanfragesprachenderbeidenframeworkssmdsundmadtalsuniversellbezeich- ImGegensatzzudenzuvorbetrachtetenAns tzenk nnenmmsqlundmoqlsowie PrinzipiellsinddievieruniversellenSprachans tze(smds,madt,mmsqlund

117 Kapitel6.VergleichundBewertung Anfrage-St rken Schw chen 103 sprache SMDS -theoretischfundiert -verfeinerndeanfragen -keineaggregatfunktionen MADT -keinepr sentationsunterst tzung -keinrelevanzfeedbackbei MMSQL -guteraum-/zeitunterst tzung-kaumpr sentationsunterst tzung -erm glichtunscharfeanfragen -guteraum-/zeitunterst tzung-keinepr sentationsunterst tzung unscharfenanfragen MOQL -verfeinerndeanfragen -umfangreicheunscharfe -guteraum-/zeitunterst tzung-kaumunscharfeanfragemethoden -grundlegendepr sentations- unterst tzung -keinerelevanzwertebei Tabelle6.4:St rkenundschw chenuniversellermultimedia-anfragesprachen hnlichkeitsoperationen nachfolgendkurzdiskutiertwerden. Datenbank(SMDS)vorgestelltelogikbasierteAnfragesprachebesitztdurchderenformaleDenitioneinegutetheoretischeBasis.Au erdemwirdeineverfeinerungbzw. DieimZusammenhangmitdemFrameworkf reinestrukturiertemultimedia- kleinereschw chen,diezusammenmitdenst rkenintabelle6.4aufgef hrtsindund Versch rfungvonanfragenunterst tzt.leiderwerdenkeinemethodenf rdiepr sentationderanfrageergebnisseangebotenundkeinerelevanzwertef runscharfeanfragen undzeitbezogeneanfragen.desweiterenistmithilfevongewichtetenanfragetermen durcheinereihevonpr dikatenundoperationengutem glichkeitenf rr umliche unterst tzt. und hnlichkeitsoperationenmitrelevanzwerteneineformulierungunscharferanfragen MedienspezischeabstrakteDatentypen(MADT)mitSQL3alsAnfragesprachebieten eignetekonstrukteerweitern,wenndiemadt`sdien tigefunktionalit tbereitstellen w rden. m glich.einschwachpunktdermadt`sistdiefehlendeunterst tzungeinerergebnispr sentationf rmultimedia-datentypen.prinzipielllie esichsql3hierf rumgetenkonzepte,wieunscharfepr dikate,gewichteteanfrageterme, hnlichkeitsoperatorenund-anfragensowieverfeinerndeanfragen,imsprachentwurfber cksichtigt.es mangeltmmsqlaberwiedenschonzuvorbetrachtetensprachen,ankonstruktenzur DieSt rkevonmmsqlsindunscharfeanfragen.hierf rwerdenallevorgestell- Pr sentationderanfrageergebnisse,obwohldiesvomdatenmodellunterst tztwird. nispr sentationanbietet,istmoql.mithilfeeinerpresent-klausellassensicheinfa- DieeinzigedervieruniversellenAnfragesprachen,welcheMethodenf rdieergeb-

118 104 chepr sentationenunddarstellungsfunktionenf rmultimedia-datentypendurchdie 6.4.Entwurfsprinzipienf rmultimedia-anfragesprachen cheundzeitlicheanfragenzurverf gung.f runscharfeanfragenwirdaberlediglich einpr dikatf r hnlichkeitsvergleicheohnerelevanzwerteangeboten,waseinklarer SchwachpunktdieserSpracheist. Anfragesprachespezizieren.Au erdemstelltmoqlzahlreichekonstruktef rr umlisprachenaufgrundfehlenderunterst tzunggrundlegendermedientypenundmangelndererweiterbarkeitf rdeneinsatzinmultimedia-datenbankenungeeignetsind.sie habenaberalsanfragespracheninspeziellenvideo-undbilddatenbanksystemendurchausihreberechtigung.diezuvoralsuniversellklassiziertenans tzemmsql,moql, Zusammenfassendl tsichfeststellen,da eingro teilderuntersuchtenanfragetenanfragesprachenkonstruktef reinemedientranslationoderzurspezikationvon unscharfenanfragenundderergebnispr sentationauf.sobietetkeinederuntersuch- MADTundSMDSsindgrunds tzlichalsmultimedia-anfragesprachengeeignet,enthaltenabereinigem ngel.diegr tenproblemetretendabeiimzusammenhangmit QoS-Parameternan. 6.4 Entwurfsprinzipienf rmultimedia-anfragesprachen Abschlie endsollenindiesemkapitelentwurfsprinzipienf rzuk nftigeentwicklungen vonmultimedia-anfragesprachenaufgestelltwerden.dieseergebensichausdenmultimediaspezischenkriterieninabschnitt4.2sowiealsschlu folgerungausdemvergleich derbisherigenans tzef rmultimedia-anfragesprachen.imeinzelnensolltebeiment- 1.Universell:EineAnfragesprachesollteuniversellseinundsomitallegrundlegendenMultimedia-Datentypenunterst tzen.au erdemmu eineerweiterungum zus tzlichedatentypenm glichsein,wobeisichdieseleichtindieanfragesprache wurffolgendesbeachtetwerden: 2.InhaltsbasierteAnfragen:F reineinhaltsbasiertesuchem ssenanfragenanmetadatenformuliertwerdenk nnen.einerseitswerdenhierf ranfragekonstrukte mitdenmadt`svorgestellt,isthierf rgutgeeignet. integrierenlassensollten.einframework-basierteransatz,wieimzusammenhang frageattributenanhandvonbegrishierarchienben tigt.andererseitsm ssensich aninhaltsbeschreibendeattributemiteinerabschw chung/versch rfungvonan- 3.R umlicheundzeitlichebeziehungen:zurformulierungvonanfragenm ssen dieindexstrukturen,welchemithilfederausdenmedienobjektenabgeleiteten FeaturesvomMMDBMSerstelltwerden,inAnfragenverwendenlassen. r umlicheundzeitlichebeziehungenzwischendenmedienobjektenverwendetwerdenk nnen.imwesentlichensolltenhierzutopologische,richtungs-unddistanzbeziehungenf rr umlichedatensowiezeitintervallbeziehungenf rzeitbezogene

119 Kapitel6.VergleichundBewertung DatendurchPr dikateunterst tztwerden.desweiterenben tigtmanaggregatfunktionenundmengenoperationenaufr umlichenundzeitlichendaten UnscharfeAnfragepr dikate:einemultimedia-anfragesprachesollteunscharfeanfragepr dikateenthalten.dasolchepr dikatevomanwendungsgebietabh ngig 5.Wichtung:EbenfallssolltezurUnterst tzungunscharferanfrageneinzelnenanfragebedingungenentsprechendderpriorit tinbezugaufdiegesamteanfrageeine Einframework-basierterAnsatzbietethierf rwiederumgutevoraussetzungen. sind,m ssendiesedurchdenanwendungsentwicklermanipuliertwerdenk nnen. 6. hnlichkeitsanfragen:danichtimmereineexakteanfrageformulierungm glich Wichtungzugeordnetwerdenk nnen. mehrere hnlichkeitsoperationenben tigt,wobeidiesyntaxf ralleoperatoren mithilfevonbeispielobjektennachanderenmedienobjektenzusuchen.dahierbeiein hnlichkeitsvergleichanhandverschiedenermerkmalem glichist,werden ist,mu einemultimedia-anfragesprache hnlichkeitsoperatorenanbieten,umso 7.Pr sentation:einemultimedia-anfragesprachemu auchdiepr sentationderan- einheitlichseinsollte.denergebnisobjekteneiner hnlichkeitsanfragemu ein frageergebnissedurchgeeignetekonstrukteunterst tzen.hierf rm ssenopera- tionenzurmedientransformationund-translationsowieqos-parameterdurchdie Relevanzwertzugeordnetwerden. Anfragespeziziertwerdenk nnen.einebeschreibungkompletterpr sentationen Pr sentationssprachenodergraschebenutzerober chenrealisiertwerden. solltenichtaufgabederanfragesprachesein.dieskannvielmehrdurchgeeignete 8.Benutzerschnittstelle:F rdiead-hoc-formulierungvonanfragenwirdeinbenutzerinterfaceben tigt.diesessolltefolgendem glichkeitenanbieten: eineanfrageformulierungmithilfegraschermethoden,zumbeispielf rdie Unterst tzungeinesiterativenanfrageprozessesund r umlicheundzeitlichepr sentationderanfrageergebnissemitinteraktions- ErstellungvonBildskizzenf reine hnlichkeitssucheinbilddaten, Zus tzlichzudenobenaufgef hrtenpunktensolltenbeimentwurfeinermultimedia- deosequenzen) m glichkeitenf rdenbenutzer(z.b.start,stop,vor-undr cklauff rvi- AnfragespracheauchAnforderungenbeachtetwerden,dieallgemeinf rjedeanfragespracheg ltigsind.solcheanforderungensindbereitsinabschnitt4.1festgelegtworden undsollenandieserstellenichtnocheinmalwiederholtwerden.

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121 7 ZusammenfassungundAusblick imzusammenhangmitmultimedia-anfragesprachengegeben. kommentiert.au erdemwirdeinausblickaufm glicheweitereforschungsaktivit ten Indiesemabschlie endenkapitelwerdendieergebnissederarbeitzusammengefa tund 7.1 ZieldieserArbeitwares,einen berblick beraktuelleans tzef ranfragesprachen inmultimedia-datenbankenzuerstellen.au erdemsolltendieeinzelnensprachan- Ergebnisse den,umdadurchdieleistungsf higkeit,aberauchdiedeziteaktuellermultimedia- s tzeanalysiertundanhandvonausgew hltenkriterienmiteinanderverglichenwer- Systemenbeschrieben.BesondereBeachtungfandendabeidieverschiedenenMedientypenundderencharakteristischeEigenschaften.IndiesemZusammenhangwurdeauch tigebegriefestgelegtsowiediemerkmalevonmultimedia-datenbank-management- DazuwurdenalsGrundlagef rweitereuntersuchungenzubeginndieserarbeitwich- Anfragesprachenaufzuzeigen. InhaltesvonMultimedia-Datenerl utert.au erdemerfolgteeinekurzeeinf hrungin dieverwendungvonmetadatenalseinem glichkeitzurbeschreibungdeskomplexen dieanfragesprachensqlundoql,dadiesealsbasisf rvielederimweiterenverlauf derarbeitvorgestelltenmultimedia-anfragesprachendienen. numerischendatenreichendiem glichkeitenzuranfrageformulierung,wiesievontradi- tionellendbmsbekanntsind,nichtaus.zus tzlichwerdenineinemmmdbmsweitere KonzeptezurFormulierungvonAnfragenben tigt.alsergebniseinesumfangreichenliteraturstudiumswurdendiekonzeptezurformulierungvonmultimedia-anfragennach inhaltsbasierten,r umlichen,zeitlichensowieunscharfenanfragenklassiziert.dabei AufgrundderspeziellenEigenschaftenvonMultimedia-DatenimVergleichzualpha- ergebnisseheraus.imgegensatzzuanfragenantraditionelledatenbank-managementfragenuntersucht.alseineweiterewichtigeaufgabevonmultimedia-anfragesprachen stelltesichindiesemzusammenhangdieunterst tzungderpr sentationderanfrage- wurdenauchverschiedenemethodenzurunterst tzungdereinzelnenartenvonansprachezuspezizierensind. EswerdenvielmehrspezielleDarstellungsmethodenben tigt,welchedurchdieanfrage- Systemek nnendieanfrageergebnissenichteinfachalstabellenausgegebenwerden.

122 DieGrundlagef reinenordentlichenvergleichvonmultimedia-anfragesprachensind Ausblick messenl t.indieserarbeitwurdezwischenallgemeinenkriterienundmultimediaspezischenkriterienunterschieden.dieallgemeinenkriterienenthaltenanforderungen,welchef rjedeartvonanfragespracheg ltigsind.basierendaufverschiedenen geeignetekriterien,anhandderersichdieleistungsf higkeiteinzelnersprachans tze Ver entlichungenwurdeeineumfangreichelistevonallgemeinenkriterienaufgestellt. imrahmenderarbeitaufgestelltwerden.grundlagehierf rwardieuntersuchungder EigenschaftenvonMultimedia-Datenergeben.DabishernochkeinemultimediaspezischenKriterienf ranfragespracheninderliteraturver entlichtwurden,mu tendiese MultimediaspezischeKriteriensindAnforderungen,diesichaufgrundderspeziellen verschiedenenartenvonanfrageninmmdbmsinkapitel3. spracheneingeteilt.basierendaufeinerumfangreichenliteraturrecherchewurdenzu zugeben,wareinesderzieledieserarbeit.dieverschiedenensprachans tzewurden dazuindiedreikategorienneuentwickelte,sql-basierteundoql-basierteanfrage- Einen berblick beraktuelleforschungsans tzef rmultimedia-anfragesprachen jederderkategorieneinereihevonanfragesprachenvorgestellt.aufgrunddeszeitlichen zahlreicherforschungsaktivit tenaufdemgebietdermultimedia-datenbankenkann leiderkeinanspruchaufvollst ndigkeiterhobenwerden. RahmensdieserArbeitbeschr nktsichdiebeschreibungdereinzelnensprachans tzeauf dieerl uterunggrundlegenderkonstrukteundmerkmaledersprachen.inanbetracht konntenteilweisesehrgro eunterschiedezwischendeneinzelnenspracheninbezugauf ihreeignungalsmultimedia-anfragesprachefestgestelltwerden.vielederuntersuchten tenkriterienwurdendiesprachans tzeanalysiertundmiteinanderverglichen.dabei AufbauendaufderBeschreibungdereinzelnenAnfragesprachenunddenaufgestelldunginMMDBMSungeeignet.LediglichvierderAnfragesprachenk nnenalsuniversell Sprachans tzeunterst tzennureinzelnemedientypenundsinddeshalbf rdieverwen- beidenm glichkeitenzurspezikationderergebnispr sentationoderimzusammenhangmitunscharfenanfragen.sehrguterf llendiemeistenderuntersuchtenanfragesprachendieanforderungenf reiner umlicheundzeitbezogenesuche.basierend endentwurfsprinzipienf rdieentwicklungzuk nftigermultimedia-anfragesprachen aufgestellt. auchdieseuniversellenanfragesprachenweisenverschiedenem ngelauf,zumbeispiel bezeichnetwerden,dasieeineunterst tzungallergrundmedientypenanbieten.aber aufdenergebnissendesvergleicheswurdendiesprachans tzeklassiziertundabschliebietdermultimedia-anfragesprachenn tigist.dabeik nnteunteranderemuntersucht 7.2 DieErgebnissedieserArbeitzeigendeutlich,da eineweitereforschungaufdemge- Ausblick tentypenvorgestelltwurde,prinzipiellzueinerkomplettenmultimedia-anfragesprache werden,obsichsql3,welchealsanfragesprachef rmedienspezischeabstrakteda- erweiternl t.interessantistdiesvorallemdeshalb,weilsichdadurcheinestandard-

123 Multimedia-Anfragespracheentwickelnlie e. Kapitel7.ZusammenfassungundAusblick 109 Sprachans tzenwirdversucht,einekomplettemultimediapr sentationzusammenmit densuchbedingungendurchdieanfragesprachezubeschreiben.sinnvollerw reeventuelleinezweiteilungdesanfrageprozesses,beidemzun chstdiegew nschtendaten derpr sentationvonanfrageergebnissenaufgabederanfragespracheist.ineinigen Desweiterenmu grunds tzlichdiefragegekl rtwerden,inwieweitdiespezikation ausgew hltwerdenundanschlie endeinebeschreibungderpr sentationdieserdaten mithilfevonpr sentationssprachenerfolgt. Multimedia-Anfragesprachen.ErsteSchritteindieseRichtungwurdenlediglichvon Marcusetal.durchdieformaleDenitioneinerstrukturiertenMultimedia-Datenbank undeinerlogikbasiertenanfragespracheunternommen.f rkeinederanderensprachans tzewurdeindenentsprechendenver entlichungeneineformalesemantikangegeben. f rmultimedia-anfragesprachenbereitsgrundlegendeanforderungenf reinesuchein vondezitenauf.umdiesezubeseitigen,sindzuk nftigweitereforschungsaktivit ten Zusammenfassendl tsichfeststellen,da einteilderaktuellenforschungsans tze GenerellerForschungsbedarfbestehtauchbeidentheoretischenGrundlagenvon Multimedia-Datenbankenerf llen.dieeinzelnensprachans tzeweisenabereinereihe notwendig.

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133 Selbst ndigkeitserkl rung Hiermiterkl reich,da ichdievorliegendearbeitselbst ndigundnurmiterlaubten Hilfsmittelnangefertigthabe. Magdeburg,den31.August1999 MarcoPaskamp

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135 Thesen 1.DieVerwendungvonMetadatenisteingeeignetesMittelzurBeschreibungdes oftalsunformatierterohdatenvorliegen. meineneinsehrgro esdatenvolumenaufweisenundinihrerurspr nglichenform Inhaltes,derStrukturundderSemantikvonMultimedia-Daten,welcheimallge- 2.AufgrundderbesonderenMerkmalevonMultimedia-DatenreichendieKonzepte aufdeminhaltdermultimedia-datenben tigtmanvielmehreinemultimedia- Anfragesprache,welchenebenderAusdrucksf higkeitvonsqlzus tzlichemultimediaspezischeerweiterungenenth ltterst tzungallerwichtigengrundmedientypenunddiebeliebigeerweiterbarkeidia-datenbankennichtaus.f reineezientesucheineinemmmdbmsbasierend klassischeranfragesprachen,wiesql,zurformulierungvonanfrageninmultime- 3.EinegrundlegendeAnforderunganeineMultimedia-AnfragespracheistdieUn- 4.Eineleistungsf higemultimedia-anfragesprachemu r umlicheundzeitlichebeziehungen,abgeleitetausdenmultimedia-daten,sowohlzurformulierungvon abgedecktwerdenkann. umzus tzlichemediendatentypen,damiteinbreitesspektrumananwendungen scharfensucheundzurinhaltsbasiertensucheanhandvonmetadaten. timedia-datenstellenzuk nnen,ben tigteineanfragesprachekonzeptezurun- zufriedenstellendeanfragenaneinmmdbmsbasierendaufdeminhaltdermul- AnfragenalsauchzurBeschreibungderErgebnispr sentationunterst tzen.um 5.F reinead-hoc-formulierungvonanfrageninmmdbmswirdzus tzlichzueiner schermethoden,eineniterativenanfrageproze unddiepr sentationderanfrageergebnisseunterst tzt. welchesunteranderemdieformulierungkomplexeranfragepr dikatemittelsgra- leistungsf higenmultimedia-anfragespracheeinebenutzerschnittstelleben tigt, 6.HeutigeMultimedia-Anfragesprachenk nnendieansiegestelltenanforderungen fragenst rkerindieanfragesprachenintegriertwerden. schonsehrnahekommen.zuk nftigm ssenvorallemkonzeptezurunterst tzung derpr sentationvonanfrageergebnissenundf rdieformulierungunscharferan- nurbedingterf llen,wobeieinigedervorhandenenans tzedenanforderungen