"siehe nächste LU" ausgebessert

Acronyme, Absätze und Wordanführungszeichen done.

Review von Prof. Kosch eingearbeitet.

Unbekannte Character removed.

Motivation und Einleitung

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• Multimedia Anwendungen benötigen spezielle Datentypen und Funktionen in der Datenbank, welches das Basissystem üblicher kommerzieller (Oracle, IBM, Informix) Datenbanken nicht zur Verfügung stellt, unter anderem:
  • Speicherung und Verwaltung von Bild-, Audio- oder Video-Daten
  • Speicherung von beschreibenden Daten dieser Medien (wie Grösse, Format, etc.)
  • Ähnlichkeitssuche
  • Physikalische Indexe für den Zugriff und der Suche auf Mediendaten.

-> Erweiterung des Datenbanksystem um neue Funktionalität, aber ein DBS kann aber nicht alle möglichen Erweiterungen vorhersehen

• Lösung welche gängige Datenbanksysteme realisiert haben:
  • Offene (erweiterbare) Datenbanksysteme
  • Anpassung je nach Bedarf

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Gängige Datenbanken bieten eine recht gute Unterstützung für einfache Attribute wie z.B. CHAR, INT und teilweise auch die Möglichkeit, große Objekte (sog. BLOB407s) zu speichern. Allerdings reichen diese so genannten Basisfunktionalitäten nicht aus, um multimediale Daten effizient zu speichern, zu verwalten und in ihnen zu suchen. Es fehlen vor allem Verwaltungsfunktionen, die speziell auf den Mediendaten operieren. Weiterhin werden keine beschreibenden Daten dieser Medien verwaltet, eine Ähnlichkeitssuche ist nicht realisierbar und zu guter Letzt werden in einem solchen Basissystem keine mehr-dimensionalen Indexstrukturen zur Verfügung gestellt.
Inzwischen bieten aber einige Hersteller objektrelationaler Datenbankverwaltungssysteme (ORDBMS425) spezielle Erweiterungsmodule an, die einer besseren Integration multimedialer Daten in ihre Systeme dienen.

Die betrachteten kommerziellen Systeme setzten sich aus einem Basissystem, welches nicht Multimedia-aware ist, und einer Multimedia-Erweiterung zusammen.

Drei kommerzielle Systeme werden hier betrachtet, interMedia auf Oracle aufsetzend, Informix Datablades, und die Multimedia Extenders auf IBM DB2 aufsetzend.
Alle drei Systeme nützen die Erweiterungsmechanismen ihrer Basissysteme aus.

Ebenen der Erweiterbarkeit

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• Erweiterung des Typsystems um anwendungsspezifische Datentypen
  • Räumliche, zeitliche, sowie Bild-, Audio- und Videodatentypen
  • Angereichertes Typsystem allein bietet noch keine allgemeine Lösung
  • Typsystem muss an spezielle Bedürfnisse anpassbar sein
• Erweiterung der Anfragesprache um neue Operationen
  • Neue Resultattypen in der SELECT-Klausel
  • Neue Prädikate in der WHERE-Klausel
• Erweiterung um passende Methoden des physischen Datenbankentwurfs
  • Indextypen für benutzerdefinierte Datentypen
• Erweiterung der Anfrageoptimierung um neue Regeln
  • Selektivitäts- und Kostenfunktionen für benutzerdefinierte Funktionen und Indexe
  • Kombination von Indexen

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Vier Ebenen der Erweiterung der Basissystem sind notwendig, um eine Multimediaerweiterung aufzubauen. Erstens eine Erweiterung des Typsystems um anwendungsspezifische Datentypen für räumliche, zeitliche, Bild-, Audio- und Videodatentypen.

Neben dem Typsystem ist die Anfragesprache von Bedeutung. SQL402 hat zwar kürzlich mit SQL/MM einen Standard für Multimediaerweiterung herausgebracht, allerdings unterscheiden sich die verschiedenen kommerziellen Ausprägungen stark von diesem Standard. Ein Grund ist sicher die zu späte Standardisierung, andererseits auch die verschiedenen Implementierungen der Methoden, welche für die Multimedia-Datentypen zur Verfügung gestellt wurden. Hier müssen sowohl neue Resultattypen in der SELECT-Klausel für die Präsentation der multimedialen Ergebnisse, als auch neue Prädikate in der WHERE-Klausel für die Ähnlichkeitsabfragen eingeführt werden. Insgesamt bleibt zu hoffen, dass eine Vereinheitlichung in Richtung SQL/MM in der Zukunft angestrebt wird.

Indexe für Multimedia sind ein weiterer wichtiger Erweiterungspunkt. Es müssen für die neuen Multimediadatentypen neue Indizes zur Verfügung gestellt werden, z.B. für die Suche in multi-dimensionalen Daten. Die Verwendung von Indexen ist in den gängigen Produkten noch nicht wirklich ausgereift, so es ist nicht möglich zwischen mehreren Alternativen zu wählen (z.B. für nieder- und hochdimensionale Signaturvektoren).

Erweiterungsmodule

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• Serverseitige Pakete, die Funktionalität für bestimmte Anwendungen bieten - Insellösungen.
• Kommerzielle Module: Informix DataBlades, Oracle Cartridges, IBM Extenders) beinhalten:
  • Spezielle Multimedia-Datentypen
  • Indexmethoden
  • Anfrageoptimierung

Auto PC

Auto PDA_Phone

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Prinzipiell gibt es zwei unterschiedliche Erweiterungsstrategien eines ORDBMS425 Basissystems, zum einen durch eine Installation von serverseitigen Pakten, welche den Zugriff auf die Abfragen und die Verwaltung der Medien regeln. Das kann allerdings zu Insellösungen führen. Zum anderen wird die Strategie durch Module, welche das DBMS401 in den jeweiligen Systemkomponenten erweitern, durchgeführt.

Auto PC

Auto PDA_Phone

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Das obige Bild beschreibt den Erweiterungsprozess. Zu erweitern ist das Typensystem und der Typmanager. Es muss der SQL402-Parser erweitert werden um die neuen Multimediakonstrukte zu bearbeiten, und auch der Anfrageoptimierer um Multimediaabfrage zu optimieren. Im Bereich des DBMS401 muss auch die Anfrageverarbeitung und der Speichermanager erweitert werden.

Multimedia in Informix durch DataBlades

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• DataBlade ist ein:
  • Software-Paket, das die Funktionalität des Datenbankservers erweitert
  • Besteht aus SQL402-Anweisungen und Code, in SPL426 (Stored Procedure Language) oder einer externen Programmiersprache geschrieben
  • Kann spezielle Zugriffsmethoden definieren und Funktionen für den Aufbau, die Verwaltung und Verwendung von Indexen bereitstellen
  • Kann Selektivitäts- und Kostenfunktionen für den Anfrageoptimierer bereitstellen
• Verfügbare Multimedia Ausprägungen:
  • Excalibur Image DataBlades
  • Video DataBlades
• Erster am Markt (seit über 5 Jahren operationell).

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Die Erweiterung des Informix Datenbanksystems geschieht durch so genannte DataBlades. Das sind Softwarepakete, welche die Funktionalität des Datenbankservers erweitern. Im Prinzip besteht ein DataBlade aus SQL402-Anweisungen und Code aus einer speziellen Stored Procedure Language. Es können spezielle Zugriffsmethoden realisiert werden.

Das Excalibur Image DataBlade ist eines von zwei DataBlades, das sich mit Bildern in der Datenbank beschäftigt. Es ist eine Entwicklung des Datenbankherstellers Informix in Zusammenarbeit mit der Firma Excalibur, die ihrerseits eine Bibliothek aus dem Bereich Bildverarbeitung eingebracht hat.

Das Excalibur Image DataBlade stellt neben den üblichen Manipulationsfunktionen hauptsächlich Funktionen zur inhaltsbasierten Suche zur Verfügung. So beschränkt sich die Funktionalität zur Veränderung von Bildern im Wesentlichen auf die Konvertierungsfunktionen zwischen verschiedenen Grafikformaten, Skalierung bestehender Bilder (z.B. Thumbnails) und Veränderung der Farbzusammensetzung bestehender Bilder (z.B. Farbbild in Graustufen konvertieren).

Die Video DataBlades haben eine kleinere Funktionalität als DataBlades für Bilder, so werden im Prinzip nur Zugriffsoperatoren zur Verfügung gestellt.
Die Informix Multimedia DataBlades sind die ersten am Markt verfügbaren Multimediaerweiterungen eines ORDBMS425 Basissystems.

Multimedia in Oracle durch Cartridges

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• Oracle Data Cartridge ist ein:
  • Software-Paket, das die Funktionalität des Datenbankservers erweitert
  • Besteht aus benutzerdefinierten Datentypen und Methoden
  • Code-Implementierung in PL/SQL, C, C++, JAVA
  • Kann eigene Zugriffsmethoden definieren und Funktionen für den Aufbau, die Verwaltung und die Verwendung spezieller Indexstrukturen bereitstellen
  • Kann Selektivitäts-und Kostenfunktionen enthalten, die bei der Verarbeitung Cartridge-definierter Operationen vom Anfrageoptimierer benutzt werden
• Verfügbare Multimedia Cartridges
  • interMedia (Text, Audio, Bilder, Video, Dokumente)
    • Wird später im Detail vorgestellt
• Robustes System - viele Anwendungen durch Oracle`s technet Webportal gefördert.

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Data Cartridge ist die Technologie, um spezialisierte Datenbanken in das Oracle DBMS401 zu realisieren.

Die Cartridgetechnologie besteht prinzipiell aus benutzerdefinierten Datentypen und Methoden. Es können aber auch eigene Zugriffsmethoden und Funktionen für den Aufbau und die Verwendung spezieller Indexstrukturen definiert werden.

Mit interMedia können sowohl Audio, Bilder, Text, Video als auch Dokumente mit unterschiedlichen Medien verwaltet werden. interMedia wird im Detail in LU Oracle interMedia - eine kommerzielle Multimediadatenbank behandelt. Es ist ein robustes System, welches durch die Offenlegung der Beispielanwendungen im technet Webportal gefördert ist.

Wir haben auch eine solche Implementierung für eine MPEG31-7 Multimedia Datenbank entworfen, welche wesentlich über die von interMedia zur Verfügung gestellte Funktionalität in Hinblick auf Meta-Daten und Suche hinausgeht (diese DB wird in LU Oracle interMedia praktisch beschrieben).

Multimedia in IBM durch Extenders

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• IBM Extender ist ein:
  • Software-Paket, das die Funktionalität des Datenbankservers erweitert
  • Besteht aus benutzerdefinierten Datentypen und Funktionen
  • Kann Zugriffsmethoden mit Funktionen für den Aufbau, die Verwaltung und Verwendung spezieller Indexstrukturen bereitstellen
  • Kann Selektivitäts- und Kostenfunktionen für die Anfrageoptimierung definieren
• Verfügbare Multimedia Extenders
  • Image, Audio, Video, Text Extender
• System mit der höchsten angebotenen Funktionalität. Integriert das beste Bildretrievalsystem QBIC.

Wenig präsent in offener Anwendungsentwicklung.

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Das Erweiterungsmodul der IBM DB2 Datenbank heißt Extender. Sie ist der Cartridgetechnologie von Oracle im Aufbau ähnlich und stellt neben Datentypen und Methoden auch die Möglichkeit zur Verfügung, eigene Zugriffsmethoden zu realisieren.
Mit dem DB2 Image, Audio und Video Extender können die drei wichtigsten Multimediadatenarten verwaltet werden. Hierzu verwendet DB2 die Datentypen DB2Image, DB2Audio und DB2Image.

Der Datentyp DB2Image wird verwendet, um das eigentliche Bild und die damit verbundenen Attribute zu speichern. Ein solches DB2Image stellt aber lediglich eine Art Zugriffshandle auf die eigentlichen Daten dar, die in so genannten Verwaltungsunterstützungstabellen (VUT427) untergebracht sind. Diese VUT427 müssen vom Datenbankadministrator angelegt werden, bevor Daten vom Typ DB2Image in die Datenbank eingefügt werden.

Über DB2Image kann auf die Bildattribute wie Bildformat, Höhe, Breite und Tiefe (Anzahl der Farben) zugegriffen werden; sowie auf zusätzliche Attribute, die für die Verwaltung oder für beschleunigte Abfragen wichtig sind (thumbnail, importer, importTime, updater, updateTime, fileName und comment). All diese Attribute können über spezielle UDF428s (User defined Functions) abgefragt werden, welche DB2Image dann als Parameter verwenden. Der eigentliche Bildinhalt kann entweder in einer externen Datei oder als BLOB407 in der Verwaltungsunterstützungstabelle gespeichert werden.

Bibliographie

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DBL04

Exc99

OiM04

DB204

SR86