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Banco de Dados Multimıdia.


Dayana De Biazi, Luiz Jose Hoffmann Filho

UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do ParanaCentro de Ciencias Exatas e Tecnologicas

Curso de Bacharelado em Informatica

28 de Setembro de 2005

Dayana De Biazi & Luiz Jose Hoffmann Filho Banco de Dados Multimıdia.


Agenda

Introducao

Banco de Dados Multimıdia

Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados Multimıdia -SGBDMM

Aplicacoes de Banco de Dados Multimıdia

Conclusao

Referencias Bibliograficas



Introducao

Introducao

I Os bancos de dados multimıdia passaram a ganhar interessenos ultimos anos devido aos novos tipos de informacao quepassaram a estar presente em varios segmentos de aplicacoes.



Introducao

Cenarios Multimıdias

Cenarios Multimıdias

I E a cada dia que se passa mais importante e necessario setorna a utilizacao de dados multimıdia. Com a criacao dedispositivos de captura de imagem, como cameras digitais,que filmam e/ou tiram fotos, cada fez mais pequenas, leves,potentes e baratas, se tornou muito comum o armazenamentode deste tipo de dados em computadores. Bem com ainternet, que tambem tem muito deste tipo de dados.

I Um medico busca curar um paciente que tem um tumorcerebral;

I Um estudante realizando um pesquisa na internet;

I Cenas em Virtual Reality Modeling Language - VRML;

I Um banco de dados multimıdia tem apresentacoes embutidas.



Introducao

A Natureza dos Dados Multimıdia

A Natureza dos Dados Multimıdia

I Dados que sao armazenados:I Texto Livre;I Graficos;I Imagem;I Animacao;I Vıdeo;I Audio;I Composto (combinacao de dois ou mais tipos citados acima);I Apresentacao.



Introducao

Processamento de Dados Multimıdia


I Devido a estrutura complexa;

I Dado multimıdia requer um processamento mais elaboradopara extrair informacoes de seu conteudo.



Introducao



I Diferencas de processamento de dados multimıdia de dadosconvencionais:

I O conteudo do dado multimıdia e capturado por tecnicasvariadas, diferentes entre si (por exemplo: o processamentodigital de imagens);

I Pesquisas executadas em bancos de dados multimıdiageralmente nao podem ser retornadas apenas com umaresposta textual;

I Usuarios de um sistema de banco de dados necessitam navegarpelas apresentacao multimıdia reformulando incrementalmentesuas pesquisas.



Introducao

Sistema de Informacao Multimıdia

Sistema de Informacao Multimıdia

I Os principais objetivos de um sistema de informacaomultimıdia sao:

I organizar;I apresentar;I sincronizar dados multimıdias para ambientes interativos.

I Envolvem dois conjuntos ou categorias de programas

Figura: Sistemas de informacao multimıdia [2].




Arquitetura do Banco de Dados Multimıdia


I O princıpio de autonomia:

I O princıpio de uniformidade:

I O princıpio de organizacao hıbrida:





O princıpio de autonomia

I as imagens, os videos e os documentos, sao organizadosdentro de uma mıdia - especifica para cada tipo do mıdia.

Figura: Arquitetura de Bando de Dados Multimıdia com o princıpio deautonomia [6].





O princıpio de autonomia

I Requer a criacao de algoritmos e uma estrutura de dados paracada tipo de mıdia individual;

I Requer muito esforco computacional;

I Estruturas especializadas torna eficaz o acesso e conduz a umtempo de processamento rapido;

I Em sistemas legado, onde a estrutura e o index ja existam;

I Tecnicas orientado-objetos sao bem adaptadas;





O princıpio de uniformidade

I e usado uma unica estrutura ”A”onde e indexado todos tiposde mıdia (imagem, vıdeo, documento, auditivo, etc.).

Figura: Arquitetura de Bando de Dados Multimıdia com o princıpio deuniformidade [6].





O princıpio de uniformidade

I Usa pelo dispositivo de metadados;

I Facil de implementar;

I Os metadados devem ser criados de forma manual ouautomatica;





O princıpio de organizacao hıbrida:

I certos tipos de mıdia usam os proprios ındices, enquantooutros usam ındices unificados.

Figura: Arquitetura de Bando de Dados Multimıdia com o princıpiohıbrido [6].





O princıpio de organizacao hıbrida

I Assume as ”boas caracterısticas”das outras arquiteturas eelimina as desvantagens;

I Por exemplo, desejamos criar um banco de dados multimıdiaque consiste em tipos de mıdia M1,...,Mn;

1. Esse tipo de mıdia sao fontes legada e ja possui um ındice eum algoritmo para manipular este ındice. Neste caso,aproveita-se este ındice e o algoritmo existente.

2. Caso contrario, sera recomendado usar a aproximacao derepresentacao uniforme.

3. Assim e criado um codigo para executar a uniao de fontes demultiplos dados usando os ındices nativos.





O princıpio de organizacao hıbrida

I Por exemplo, um usuario pode fazer uma consulta que ”Achetodos os clipes de imagens e audio no qual o chefe de Joao evisto (imagem) e ouvido (audio) falando com Jose”. Pode serexpressado como:

SELECT name , image, audioFROM employee E, ImageDB I, AudioDB A

WHEREE.name = "Joao"AND

I CONTAINS E.boss ANDA CONTAINS E.boss, AND

A CONTAINS "Jose"




Organizacao de Dados Multimıdia Baseado no Princıpio da Uniformidade

Organizacao de Dados Multimıdia Baseado no Princıpio daUniformidade

I A imagem foto1.gif, mostra Jane, Denis, e uma terceirapessoa nao identificada, em Brasilia, Brasil. O foto foi tiradaem 5 de Janeiro de 1997;

I O vıdeo vıdeo1.mpg, mostra Jane entregando a Denis umapasta de documentos. O vıdeo foi obtido do circuito internode TV da casa de Denis, em Brasilia, em Outubro de 1996;

I O documento Dopeman.txt, contem informacoes sobre Denis,obtido dos arquivos da polıcia.






I Cada uma destas declaracoes afirmam alguma coisa sobre oque contem no objeto de mıdia (foto, vıdeo e documento).

I O conteudo e descrito semanticamente,

I Uma aproximacao mais utilizada sao os metadados.

I Por exemplo:






I Demonstrar como e ter uma quantia de dados relevantes pararealizar uma consulta, e como pode ser realizado a interacaoentre o usuario e o sistema:

I Usuario: Procure todos os vıdeos ou fotos que mostrem Denise Jane trocando um pacote.

I Sistema: Desculpe, nao existe vıdeos ou fotos que mostremDenis ou Jane trocando pacotes.

I Usuario: Entao procure todos os vıdeos ou fotos que mostremDenis e Jane trocando uma pasta de documentos.

I Sistema: Ok, vıdeo1.mpg satisfaz o seu requerimento.





Mıdia Abstrata

I E uma estrutura formal que pode ser usada para captura deconteudo da mıdia;

I A Mıdia Abstrata e uma 8− tupla(S, fe, ATTR, λ, R, F, Var1, Var2);

I Um banco de dados multimıdia e uma colecao de mıdiasabstratas;





Sistema de Banco de Dados Estruturado - SMDS

I Sistema de Banco de Dados Estruturado - SMDS e um5-tupla, ({M1, ...,Mn,≡,≤, inh, subst}).

I Por exemplo, considere um sistema banco de dados multimıdiamuito simples contendo poucos objetos de mıdia registrados;

Mıdia Objeto Frame Caracterıstica(s)

Imagem foto1.gif - Igreja, DanubeImagem foto2.gif - Catedral, MelkImagem foto3.gif - Igreja, St. Paul, Romevıdeo video1.mpg 1-5 Igreja, Correntezavıdeo video2.mpg 6-10 Correntezaaudio audio1.wav 1-20 St. Peter, Tiber, Rome

Tabela: Tabela exemplo [6]





Sistema de Banco de Dados Estruturado - SMDS

I Existe 3 mıdia abstrata, cada uma associada com dadosimagem, vıdeo e audio;

I ≡:I Igreja ≡ CatedralI Rio ≡ Correnteza

I A relacao ≤:I Tiber ≤ [Rio]I Danube ≤ [Rio]I St. Paul ≤ [Igreja]I St. Peter ≤ [Igreja]




Linguagem de Consulta para Recuperacao de Dados Multimıdia

Consulta SMDSs - Principio de Uniformidade

Todos os SMDS envolve as seguintes funcoes basicas que pode serusadas para consulta:

I FindType(Obj): Esta funcao recebe um objeto Obj de mıdiacomo entrada e retorna como saıda o tipo do objeto. Porexemplo:FindType(im1) = gifFindType(movie1) = mpg






I FindObjWithFeature(f ): Esta funcao recebe umacaracterıstica f como entrada e retorna como saıda umconjunto de todos os objeto de mıdia que contem ascaracterısticas. Por exemplo:FindObjWithFeature(john) =

{im1.gif, im2.gif, im3.gif, video1.mpg:[1,5]}FindObjWithFeature(mary) ={video1.mpg:[1, 5], video1.mpg:[15,50]






I FindObjWithFeatureandAttr(f , a, v): Recebe a caracterısticaf , um atributo nome a associados com a caracterıstica e umvalor v como entradas. Retorna todos os objetos o quecontem as caracterısticas e onde o valor do atributo a noobjeto o e v . Existem alguns pedidos simples para estafuncao, como:

I FindObjWithFeatureandAttr(Jane,Blusa,Azul) : Este pedidode consulta procura todos os objetos de mıdia em que Janeaparece com uma blusa azul;






I FindFeaturesinObj(Obj): Procura por todas as caracterısticasque ocorre em um determinado objeto de mıdia. E retorna umconjunto de todas as caracterısticas semelhantes como saıda.Existem alguns pedidos simples para esta funcao, como:

I FindFeaturesinObj(im1.gif ): E pedido todas as caracterısticasdo arquivo imagem im1.gif . E retorna o objeto John e Lisacomo saıda;






I FindFeaturesandAttrinObj(Obj): Retorna a relacao existenteno esquema (Caracter ıstivas,Atributos,Valores), onde a tripla(F ,A,V ) ocorre a saıda da relacao somente se ascaracterısticas F ocorrer na consulta FindFeatureinObj(Obj) eas caracterısticas F do atributo a sao definidas e te-se o valorv . Por exemplo:

I FindFeaturesandAttrinObj(im1.gif ), retorna a Tabela 2:

Caracterısticas Atributo ValorJohn Idade 32John Endereco Rua Faculdade,935 Cascavel PRMaria Idade 46Maria Endereco Rua Odontologia,840 Cascavel PRMaria Emprego UNIOESTEMaria Chefe Carlos Jose Maria Olguın

Tabela: Exemplo de Retorno de consulta [?]Dayana De Biazi & Luiz Jose Hoffmann Filho Banco de Dados Multimıdia.





O SMDS-SQL e uma extensao do SQL, incluindo todas asexpressoes normais validas do SQL. Nos construtoresSQL(SELECT ,FROM,WHERE ) podemos ter os seguintesmelhoramento:






I A funcao SELECT pode conter entidades de mıdia.I Se m e um objeto de mıdia continuo, e i e j sao inteiros, entao

m : [i , j ] e a entidade de mıdia denotando todo o conjunto deframes de objeto de mıdia m que esta na posicao entre ossegmentos (inclusive) i e j .

I Se m nao e um objeto de mıdia continua, entao m e umaentidade de mıdia.

I Se m e uma entidade de mıdia, e a e um atributo de m, entaom.a e uma entidade de mıdia.






I A funcao FROM pode ter entrada da forma〈midia〉〈origem〉〈M〉No qual somente os objetos de mıdia associados com o nomedo tipo de mıdia e o nome da origem do dado saoconsiderados, quando processada uma consulta, e que M euma variavel que varia sobre o objeto de mıdia.






I A funcao WHERE permite expressoes da formatermINfunc callOnde

I term tambem e uma variavel ou um objeto que tem o mesmotipo de saıda da fun call

I fun call e alguma das cinco funcoes listadas anteriormente.






Encontrar todas as imagens contento Jane e uma pessoavestindo uma blusa violeta, e tambem aparece no vıdeo comDenis.

SELECT M, PersonFROM smds source1 M, M1WHERE FindType(M)= Image ANDFindType(M1) = Video ANDM IN FindObjWithFeature(Jane) ANDM1 IN FindObjWithFeature(Danis) ANDPerson IN FindFeaturesinObj(M) ANDM IN FindObjWithFeatureandAttr(Person, Blusa,Violeta) ANDPerson IN FindFeaturesinObj(M1)ANDPerson 6= Jane ANDPerson 6= DenisDayana De Biazi & Luiz Jose Hoffmann Filho Banco de Dados Multimıdia.




Consultando Representacoes Hıbridas de Dados Multimıdia

E necessario levar em contas duas necessidades:

1. HM-SQL tem que ter a habilidade para expressar consultasem cada uma das linguagens especificas, usadas por estasorigem nao SMDS.

2. HM-SQL tem que ter a habilidade para expressar unioes(joins) e outras operacoes algebricas binarias similares entre asorigens SMDS e as nao SMDS.






I E tratado cada uma destas necessidades em ordem (FILA), porestender o padrao SELECT ,FROM,WHERE dos construtoresSQL. A linguagem de consulta HM-SQL e exatamente comoSQL, exceto que as funcoes SELECT ,FROM,WHERE saoestendidas da seguinte maneira:

1. As funcoes SELECT e FROM sao tratadas exatamente damesma forma que em SMDS-SQL.

2. A funcao WHERE e expressa da seguinte forma:term IN MS: func calonde:

I term e tambem uma variavel ou um objeto tendo o mesmotipo de saıda do que a func cal como definido na origem demıdia MS .

I MS = SMDS, e func cal e uma das cinco funcoes SMDSdescritas anteriormente, ou MS nao e uma origem de mıdia, efunc cal e um consulta em QL(MS).






Assim, MH-SQL e exatamente como SMDS-SQL exceto por duasdiferencas:

1. func cal ocorrendo na funcao WHERE faz um detalhamentomais explicito com a origem da mıdia envolvida.

2. Consultas por linguagens de consultas sobre origem de dadosimplementada individualmente, podem ser embutidas dentrode uma consulta HM-SQL.



Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados Multimıdia - SGBDMM

Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados Multimıdia- SGBDMM

I A partir da segunda metade desse seculo;

I Para armazenar e manipular grandes volumes de dadosalfanumericos, bem formatados e comportados;

I Voltados para aplicacoes financeiras e comerciais;

I Possibilidade de compartilhar informacoes em um unico BD;

I Cada usuario tenha a sua propria visao dos dados, como sefosse o unico a utilizar o banco de dados;

I Facilidades de acesso, manutencao, controle e seguranca




Cenario dos SGBDS Multimıdia

Cenario dos SGBDs Multimıdia

I SGBDMM, sao capazes de agregar varios tipos de dadoscomplexos,

I Prover as mesmas facilidades como seguranca,compartilhamento, independencia, integridade e controle deredundancia de dados oferecidados pelos SGBDsconvencionais.




Conceitos e Caracterısticas do SGBD Multimıdia

Conceitos e Caracterısticas do SGBD Multimıdia

Na verdade os diferentes tipos de dados complexos envolvidos emum banco de dados multimıdia requerem metodos especiais para ogerenciamento, armazenamento, acesso, indexacao e recuperacaode dados, tornando o SGBDMM uma ferramenta mais sofisticadaque o SGBD tradicional.

I Integracao de dados;I Independencia de dados;I Controle de concorrencia;I Persistencia;I Controle de acesso;I Controle de integridade;I Recuperacao;I Processamento de pesquisa;I Controle de versao.




Requerimentos para um SGBD Multimıdia


Um sistema gerenciador de banco de dados multimıdia devesuportar os seguintes requerimentos basicos:

I Metodos de indexacao, pesquisa e organizacao de dadosmultimıdia;

I Sincronizacao e integracao de diferentes tipos de dadosmultimıdia;

I Linguagens formais de pesquisa em ambiente multimıdia;

I Estruturas eficientes de armazenamento de dados;

I Integracao e suporte ao sistema operacional;

I Gerenciamento de bancos de dados multimıdia distribuıdos;

I Tecnicas de modelagem formais para dados multimıdia.






I Os modelos de dados precisam ser suficientemente ricos paracapturar a semantica do dado multimıdia;

I Devem ser capazes de prover representacao canonica paraimagens, cenas e eventos em termos de objetos e seucomportamento especial e temporal;

I Um modelo de dados multimıdia deve capturar as seguintesinformacoes:






I A estrutura detalhada dos objetos multimıdia;

I As operacoes pertinentes aos objetos multimıdia;

I As propriedades dos objetos multimıdia;

I Os relacionamentos entre os objetos multimıdia e os objetosdo mundo real;

I Propriedades, relacionamentos e operacoes em objetos domundo real.




Sistemas Comerciais para Gerencia de Informacoes Multimıdia

Sistemas Comerciais para Gerencia de InformacoesMultimıdia

I Nao existem SGBDs projetados com a finalidade unica degerencia de dados multimıdia;

I varios SGBDs hoje em dia suportam tipos de dadosmultimıdia, podemos citar:

I Informix Dynamic ServerI DB2I Universal database(UDB)da IBMI Oracle 8.0I CA-JASMINEI SybaseI ODBII





I As aplicacoes de um banco de dados multimıdia podem variarentre as diferentes areas existentes:

I Gerenciamento de documentos e registros;I Disseminacao de conhecimento;I Educacao e treinamento;I Marketing, propagandas, vendas no varejo,

entretenimento e turismo;I Controle e monitoramento em tempo real.



Conclusao

Conclusao

I Existe um interesse crescente em torno da computacaomultimıdia;

I E esse interesse se estende, mas nao se limita, a varios ramosda Ciencia de Computacao como redes de computadores,banco de dados, computacao distribuıda, compressao dedados, processamento de documentos digitais, computacaografica, interface homem/maquina, reconhecimento depadroes, realidade virtual e inteligencia artificial;

I Recursos como requisicao de dados com base similares e aentrega dos dados em taxas constantes sao topicos depesquisa em andamento.




Referencias

[1]ADJEROH, D. A. e NWOSU, K. C.Multimedia Database Management - Requirements and Issues.IEEE.

[2] ANDRADE, N. S.Sistemas de Informacao Multimıdia.FJP, DCC/UFMG, 1998. Dissertacao de Mestrado.

[3]CODD, E. F.A relational model of data for large shared data banks.Communications of the ACM, [S.l.], v.13, n.6, p.377387, june,1970.




Referencias

[4]MARCUS, S. e SUBRAHMANIAN, V. S.Foundation of multimedia database systems.Journaul of the ACM, [S.l.], v.43, n.3, p.474523, may, 1996.

[5]NAVATHE, S. e ELMASRI, R.Sistemas de Banco de Dados Fundamentos e Aplicacoes.2000. Terceia Edicao, Rio de Janeiro.

[6]SUBRAHMANIAN, U. S.Principles of Multimedia Database Systems.2001. San Francisco, California.


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