Bases de Datos Multimedia

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1 Bases de Datos Multimedia Gestión de la Información en Juegos y Realidad Virtual Máster en Informática Gráfica, Juegos y Realidad Virtual Índice Introducción a las BD Multimedia Datos Multimedia Disciplinas en las que se utilizan BD multimedia Aplicaciones Multimedia Aspectos a considerar en las BD Multimedia Sistemas de Bases de Datos Multimedia Definición y características Ventajas y tipos Consulta de BDMM: lenguajes Producto en detalle: Oracle intermedia Introducción a las BD Multimedia Tipos de datos multimedia Texto: estructurado o no estructurado (ver tema BD XML), hipermedia. Gráficos: dibujos e ilustraciones codificados según un estándar de descripción de archivos (CGM, PICT, PostScript, etc.) Imágenes: elementos gráficos codificados según algún formato estándar (mapa de bits, JPEG o MPEG) No subdivididas en componentes Animaciones: secuencias temporales de imágenes o datos Video: secuencia temporal de imágenes a una determinada velocidad (fps) Audio estructurado: secuencia de sonidos identificados según nota, tono, duración, etc. Audio digital: secuencia de sonidos digitales Datos multimedia compuestos o mezclados: datos multimedia agregados junto con información sobre los datos (metadatos) 1

2 Introducción a las BD Multimedia Aplicaciones multimedia Aplicaciones de repositorio: Almacenamiento masivo de datos multimedia centralizados en un determinado repositorio, generalmente jerarquizado y controlado por un SGBD Procesamiento de los datos no inmediato (offline o batch ) Ejemplos: imágenes de satélite, diseños de ingeniería, fotografías de astronomía, datos radiológicos, etc. Aplicaciones de presentación: Aplicaciones de transmisión de información sujetas a restricciones temporales Streaming Existe un gran peso sobre la Calidad del Servicio Procesamiento de los datos inmediato (tiempo real) control de la política de provisión de datos (paralelo/serie) Ejemplos: visualización de video bajo demanda, audio a través de la Web (podcasts, emisoras de radio), etc. Trabajo colaborativo utilizando información multimedia Ejecución de tareas complejas en las que se ven involucrados procesos pesados que manejan información multimedia distribuida Ejemplos: Aplicaciones de telemedicina Introducción a las BD Multimedia Disciplinas en las que se utilizan BD Multimedia Gestión de registros y documentos Diseños de fabricación e ingeniería, registros médicos de pacientes, material de publicación, registros de reclamaciones de seguros, etc. Difusión del conocimiento Libros electrónicos, catálogos, manuales, enciclopedias, etc. Educación y formación Librerías digitales, material digital para docencia, etc. Marketing, publicidad, entretenimiento, viajes. Visitas virtuales, galerías de imágenes, industria cinematográfica, contenidos Web, etc. Monitorización y control en tiempo real Control de operaciones de fabricación, plantas de producción de energía, sistemas de transporte, control de pacientes, etc. Introducción a las BD Multimedia Aspectos a considerar de las BD Multimedia Modelado: Utilización de bases de datos o de sistemas/técnicas de recuperación de la información? Diseño: Diferentes niveles: conceptual, lógico y físico. Aspectos de rendimiento y puesta a punto Almacenamiento: Representación Adecuación a jerarquías de disco Problemas de acceso a la información (entrada/salida) Técnicas de compresión/descompresión Consultas y recuperación de la información Utilización de palabras clave o términos de indexación Rendimiento Documentos y texto: restricciones establecidas por el usuario Evaluación anticipada de consultas Calidad del servicio 2

3 Requisitos Capacidades de SGBD tradicionales Gestión de almacenes de alta capacidad Funcionalidades de recuperación de la información Soporte para consultas multimedia Presentación, composición e integración de los contenidos multimedia Interactividad e interfaz de acceso multimedia Representación de datos en BD multimedia Representación de datos: Datos multimedia: imágenes, audio, video, etc. que son capturados, digitalizados, procesados, comprimidos y almacenados Representación del contenido: Datos acerca del proceso de adquisición, procesamiento y codificación. P. ej.: frecuencia de muestreo, resolución, esquema de codificación, etc. Palabras clave descriptivas de cada dato multimedia: fecha, hora, autor de la adquisición, etc. datos descriptivos del contenido Datos asociados a las características del formato multimedia: distribución de colores, tipos de texturas, formas, etc. datos dependientes del contenido Resumiendo: datos multimedia + metadatos Panorámica de un SBDM Interfaz de usuario Adquisición de datos y Procesamiento Pre-procesamiento de consultas Sincronización y presentación Análisis de datos manual/automático Búsqueda y recuperación por similitud Índice Organización e inserción, Borrado, Búsqueda Compresión Datos Almacenamiento, Organización y Acceso 3

4 Actividades: 1. Almacenamiento de datos: los datos son procesados, codificados (comprimidos) y almacenados en sistemas de almacenamiento masivo 2. Construcción de índices: los datos son analizados manual o automáticamente para extraer los metadatos. Los metadatos son estructurados para poder realizar consultas basadas en palabras clave o en contenido 3. Creación de consultas: el interfaz de usuario ofrece herramientas y facilidades para crear consultas sobre los datos almacenados 4. Búsqueda y recuperación: el proceso de búsqueda se basa en los criterios de búsqueda establecidos y en medidas de distancia entre los datos almacenados y los solicitados 5. Sincronización y presentación: si los resultados comprenden medios heterogéneos es necesario presentarlos de una forma que sea útil para el cliente Consultas: A través de una herramienta de formulación de consultas Tipos de consultas: Complejas: aquellas que se basan en múltiples predicados de equivalencia/similitud Query-by-Example : un objeto o parte de un objeto de la BD se utiliza para formular la consulta. Por similitud (color, textura, forma) se obtienen otros resultados de la BD Consultas simbólicas: cuando se tiene un conocimiento detallado de lo que se quiere buscar y que está presente en los metadatos de los objetos multimedia de la BD. Se suelen utilizar lenguajes parecidos a SQL Lenguajes: Lenguajes nuevos/especializados: PSQL (Pictorial SQL) 1988: basado en búsquedas y relaciones de formas geométricas de objetos espaciales. Operadores de distancia y superposición. Sintaxis similar a SQL MMQL (Multimedia Query Language) 1996: lenguaje para BD de vídeo. No soporta consultas espaciales. CVQL (Content-based Video Query Language) 1996: lenguaje para BD de vídeo. Basado en secuencias de frames de vídeo. Otros: Hirzalla et al Lenguajes basados en programación lógica o funcional: EVA 1992: lenguaje OO basado en características funcionales y teoría de conjuntos. No soporta consultas espaciales o información de vídeo Marcus and Subrahmanian (1996): Lenguaje de consulta basado en lógica formal. Utiliza funciones y predicados. Extensiones de SQL: ESQL 1991: lenguaje de consulta de imágenes para modelos relacionales. PICQUERY+ 1993: lenguaje de consultas OO basado en conocimiento. Diseñado para gestión y consulta de bases de datos alfanuméricas y de imágenes. Plantillas de consulta para especificar predicados que restringen las vistas de la BD. SEQL (Spatial Evolutionary Query Language) 1994: extensión de SQL para el manejo de imágenes médicas. Soporta funciones temporales para la gestión de objetos y su evolución MOQL 1998: lenguaje de propósito general, permite manejar consultas sobre propiedades espaciales y temporales. Otros: PSQL (88), SpatialSQL (94), Bertino et al. (98), etc. 4

5 BD Multimedia: Soluciones Soluciones: Primer sistema de bases de datos multimedia: ORION en 1987 Mediados de los 90: Productos sin continuidad aparente MediaDB MediaWay: soporte para imágenes, video, PowerPoint: segmentación, enlazado y búsqueda JASMINE / II (Computer Associates) Gestión de multimedia a través de objetos ORION ITASCA: arquitectura de BD cliente-servidor basada en objetos para Productos comerciales y de investigación Oracle: Virage/Oracle » Módulo de expansión para la recuperación de imágenes basado en cuantificación de la similitud Oracle 9i-10g» MDC/MIF/GIST (Oracle 9i) Para MPEG-7 y MPEG-21 IBM: IBM DB2 Universal Database Extender IBM Informix (Datablades) 1996 QBIC: Sistema para recuperación no semántica de datos basada contenido de video e imágenes MIRROR DISMA (1997) DISIMA (2004) MARS: BD Multimedia de propósito específico. Basado en los estándares MPEG-7 y MPEG-21 C-BIRD (Content-Based Image Retrieval in Digital-libraries) BD Multimedia: Soluciones Integración de MPEG-7 en BD Multimedia: MPEG-7: Es un estándar de la Organización Internacional para la Estandarización ISO/IEC y desarrollado por el grupo MPEG. La primera versión se aprobó en julio del 2001 (ISO/IEC 15938) y actualmente la última versión publicada y aprobada por la ISO data de octubre del 2004 Objetivo: enlazar los elementos del contenido audiovisual, encontrar y seleccionar la información que el usuario necesita e identificar y proteger los derechos del contenido Permite la descripción de metadatos de información multimedia (se apoya en una descripción XML Schema): Palabras clave Significado semántico (quién, qué, cuándo, dónde) Significado estructural (formas, colores, texturas, movimientos, sonidos) El tipo de información a tratar es: audio, voz, vídeo, imágenes, gráficos y modelos 3D. Metadatos organizados en 8 partes: 1 5: especificación de características asociadas a la tecnología 6 8: características de apoyo BD Multimedia: Soluciones Integración de MPEG-7 en BD Multimedia: Modelo de datos Para gestionar datos MPEG-7 es necesario que exista un modelo de datos subyacente que sea eficiente y coherente con la estructura del MPEG-7 Al estar basado en XML Schema, MPEG-7 es fácilmente integrable en soluciones que soporten XML (XMLType de Oracle por ejemplo) Lenguaje de consulta Consultas basadas en datos similares SQL/MM (2001): basado en un modelo de datos para consultas sobre datos multimedia que extiende SQL-99. Admite búsqueda sintáctica pero no semántica MOQL (1997): lenguaje que extiende OQL-98. Añade propiedades espaciales, temporales y de presentación para recuperación de imágenes y vídeo basado en contenido Solución: unificar los lenguajes de consulta multimedia con lenguajes SQL/XML Métodos de acceso Indexación de datos multimedia: basado en árboles de búsqueda SR-Tree, X-Tree, M-Tree Solución para MPEG-7: indexado por descriptores semánticos Optimización de consultas Utilización de modelos de coste para evaluar el peso 5

6 BIBLIOGRAFÍA David, M. M. Multimedia databases through the looking glass. Intelligent Enterprise s Database programming & design Döller, M. MPEG-7 Meets Multimedia Database Systems. Journal of Universal Knowledge Management, vol. 1, no. 1 (2006), Elmasri, R.; Navathe, S. B. Fundamentals of Database Systems (4th edition). Ed. Addison-Wesley, Ghafoor, A. Multimedia database management systems. ACM Computing Surveys (CSUR) December 1995 Volume 27 Issue 4 Johnson, R. B. (1999). Internet multimedia databases. IEEE Colloquium on Multimedia Databases and MPEG- 7, 5/1-5/6 Kosch, H. and Döller, M., Multimedia database systems: Where are we now?, Special Session Talk at the IASTED DBA-Conference in Innsbruck, February Kalipsiz, O., Multimedia databases, Information Visualization, Proceedings. IEEE International Conference on, pp , July 2000 Li, J. Z., Özsu, M. T. and Szafron, D.: "Moql: A multimedia object query language", Technical Report, University of Alberta, Canada, Subramanya, S. R. "Multimedia Databases," IEEE Potentials, vol. 18, pp , Oracle intermedia Documentation. 6

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