BANCO DE DADOS MULTIMIDIA ARTIGO

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BANCO DE DADOS MULTIMIDIA
Lucas Alves, Luiz Gonzaga, Matheus Coimbra Moraes 
Faculdade de Ciência da Computação – Universidade Federal do Maranhão (UFMA) 
Av. dos Portugueses, s/n, Campus do Bacanga.CEP 64800-000 –São Luis– MA –Brazil
 
			 lucas_4.ever@hotmail.com 
luiz_penha85@hotmail.com 
 mathcoimbr4@gmail.com 
Abstract. The development of nets of communication of high speed has made possible the transmission of great volumes of data between equipment geographically distributed. With this advent and the increase of multimídia datas, systems multimedia have been each time more used to disponibilizar digital contents. Of this form, it is of extreme importance to know the technologies used for the storage and object recovery multimídia. This article discusses the issue concerning multimedia database, highlighting its characteristics. main requeriments about multimedia database, architectures and applications. 
Resumo. O desenvolvimento de redes de comunicação de alta velocidade tem viabilizado a transmissão de grandes volumes de dados entre equipamentos geograficamente distribuídos. Com esse advento e o aumento de dados multimídia, sistemas multimídia têm sido cada vez mais utilizados para disponibilizar conteúdos digitais. Dessa forma, é de extrema importância conhecer as tecnologias utilizadas para o armazenamento e recuperação de objetos multimídia. Este artigo discute a questão relativa a banco de dados multimídia, destacando suas características, principais requerimentos sobre banco de dados multimídia, arquiteturas e aplicações.
1.Introdução
Com o avanço da tecnologia e a progressiva informatização no gerenciamento dos dados nas empresas, o banco de dados não pode mais apenas armazenar informações no formato de texto, deve também armazenar outros tipos de informações, por exemplo, multimídia.
		Multimídia pode ser definido como múltiplos meios de guardar, transmitir e apresentar uma informação. As possíveis formas de transmissão e apresentação são as seguintes: textos, imagens, gráficos, animação, áudio e vídeo. Multimídia digital é área responsável por fazer a integração desses meios através do computador onde a informação é transmitida, apresentada, armazenada e processada digitalmente. Um objeto é considerado multimídia quando apresenta a integração de ao menos dois desses meios. 	Todo sistema necessita que seus dados sejam guardados, isso é feito com a utilização de um Banco de Dados. O mesmo procede nos sistemas multimídia, mas essa tarefa de armazenamento é realizada por um Banco de Dados que possua características específicas para o gerenciamento, armazenamento e recuperação de objetos multimídia.
	O sistema de gerência de banco de dados multimídia é o cerne de um sistema de informações multimídias. Banco de dados multimídia é uma coleção controlada de itens de dados multimídia, sendo que o propósito de um SGBD multimídia é organizar, classificar e pesquisar no banco de dados multimídia. Neste contexto um SGBD multimídia deve prover suporte para os dados multimídia da mesma forma que um SGBD tradicional suporta dados alfanumérico simples.
	O gerenciamento de dados contínuos (áudio e vídeo) introduzem uma dimensão a mais no problema da apresentação: o tempo. Há uma diferença fundamental entre buscar, num servidor, um arquivo que contenha a representação de um vídeo e buscar um vídeo no servidor. O segundo caso implica em receber um fluxo de dados, levando-se fortemente em consideração o tempo, ou seja, há uma necessidade de cumprir requisitos de qualidade de serviço e sincronismo. Por tudo isso, o gerenciamento de informações multimídia torna-se bem mais complexo. 
 
2.Características
Um SGBD multimídia provê um ambiente favorável ao uso e gerência de banco de dados multimídia. Portanto, ele deve dar suporte aos vários tipos de dados multimídia, em adição ao atendimento de facilidades providas pelas funções dos SGBD tradicionais, tais como definição e criação de um banco de dados, recuperação de dados, acesso a dados, independência de dados, privacidade, integração, controle de integridade, controle de versão e suporte a concorrência. Em resumo as funções de um SGBD multimídia refazem e estendem aquelas de um SGBD tradicional
		Os SGBD multimídia se caracterizam pela incorporação de mídia continua como vídeo, áudio e animação. É importante considerar questões como dependência temporal, interatividade das aplicações multimídia, grande volume de dados, primitivas de modelagem de dados e gerenciamento de dispositivos (APERS at al, apud FRANÇA 2002). 
		Um outro fator importante a considerar é o tráfego de grandes quantidades de dados multimídia pela rede, por uma grande distância. Assim considera-se as ferramentas de compactação muito importante para o armazenamento e o transporte de dados multimídia 
		A composição e as características dos dados multimídia podem ser analisadas sob várias perspectivas e propriedades a eles inerentes como: sobrecarga de informação, inadequabilidade de descrições textuais, multiplicidade, natureza espacial e temporal, gasto com grandes volumes de armazenamento
		Os sistemas multimídia incorporam diversos tipos de dados com diversas características e propriedades, eles trazem novos problemas e questões. Os diferentes tipos de dados envolvidos com bases de dados multimídia podem requerer métodos especiais para otimizar armazenagem, acesso, indexação, e recuperação (VASCONCELOS, 1998). 
		Os tipos de dados multimídia mais comuns, normalmente encontrados nos bancos de dados multimídia e nos sistemas de informação multimídia são, texto livre, gráficos, imagem, animação, vídeo, áudio, composto (combinação de dois ou mais tipos dados citados) e apresentação.
		 Alguns tipos de dados multimídia como sequencias de vídeo, animação e áudio possuem requerimentos temporais que têm implicações em seu armazenamento, manipulação e apresentação. Essas características tornam-se mais crítica quando vários tipos de dados, oriundos de diversas fontes, precisam ser apresentados durante um intervalo de tempo. Por outro lado, imagens, gráficos e vídeos possuem restrições espaciais em termos do seu conteúdo. Normalmente, objetos individuais em uma imagem guardam algum relacionamento espacial entre si. Tais relacionamentos irão produzir algumas restrições com relação à pesquisa por algum objeto, em um banco de dados. 
3.Processamento
Devido a sua estrutura complexa, o dado multimídia requer um processamento mais elaborado para extrair informações de seu conteúdo. Objetos do mundo real mostrados em imagens, vídeos, gráficos e animações participam de eventos significativos cuja natureza é frequentemente objeto de pesquisas. Usando os avanços tecnológicos nos campos de processamento de imagem e reconhecimento de voz, os sistemas devem reconhecer objetos e eventos similares do mundo real através da extração de certas informações dos objetos multimídia correspondentes.
Uma série de fatores diferenciam, e tornam significativamente mais complexo, o processamento de dados multimídia quando comparado ao processamento de dados convencionais. As particularidades são:
• O conteúdo do dado multimídia e capturado por técnicas variadas, diferentes entre si (por exemplo: o processamento digital de imagens). Técnicas de processamento de dados multimídia devem ser capazes de executar diferentes tipos de captura de conteúdo, seja automáticos ou manuais;
• Pesquisas executadas em bancos de dados multimídia geralmente não podem ser retornadas apenas com uma resposta textual. A resposta a uma consulta pode ser uma apresentação multimídia complexa;
• Usuários de um sistema de banco de dados necessitam navegar pelas apresentações multimídia reformulando incrementalmente suas pesquisas. Em outras palavras, um usuário que submete uma pesquisa pode desejar modificá-la e é importante que seja possível alterar de forma incremental a apresentação multimídia original de modo a permitir seu reuso, em lugar de criar nova apresentação desde o início.
 4.SistemasMultimídia 
Os principais objetivos de um sistema de informação multimídia são organizar, apresentar e sincronizar dados multimídias para ambientes interativos. Organização, sincronização e interação são elementos críticos em ambientes multimídia. 
		A independência de dados entre a aplicação multimídia e o armazenamento físico dos dados geram benefícios significativos. Quando o conteúdo de uma aplicação multimídia é controlado pelo gerenciador de banco de dados, essa aplicação torna-se extremamente adaptável às mudanças nos dados, ou seja, as informações multimídia podem ser atualizadas, eliminadas ou incluídas sem necessidade de alterar o sistema.
		Do ponto de vista tecnológico, sistemas de informações multimídia, como qualquer sistema de informação, envolvem dois conjuntos ou categorias de programas como ilustrado na Figura 1. Onde um deles se refere ao armazenamento e gerenciamento da informação multimídia e o outro ao seu processamento, sendo a sua interseção destes conjuntos caracterizam o domínio dos sistemas de informação multimídia.
Figura 1: Sistemas de informação multimídia [2].
	Sendo que o conjunto da direita englobando o armazenamento, a pesquisa, a recuperação e a atualização dos dados multimídia. É constituído pelos sistemas de gerência de banco de dados multimídia que permitem a criação e a manutenção dos bancos de dados multimídia. O conjunto da esquerda envolve as ferramentas para a construção dos sistemas de informação multimídia utilizado pelos desenvolvedores e as ferramentas para a apresentação e tratamento dos variados tipos de dados multimídia. São as linguagens, os geradores de aplicações, as interfaces de apresentação, os produtos para processamento de imagens, áudio, vídeo e textos.
5.Arquitetura dos Bancos de dados Multimídia
O Banco de Dados Multimídia pode ser organizado de três maneiras, podendo ser conforme os princípios de autonomia, princípios de uniformidade e princípios de organização híbrida. 
O princípio de autonomia: as imagens, os vídeos e os documentos, são organizados dentro de uma mídia - especifica para cada tipo de mídia. Na Figura 2 é mostrado um diagrama de diferentes tipos de dados de mídia organizados de acordo com o princípio de autonomia.
Figura 2: Arquitetura de Bando de Dados Multimídia com o princípio de autonomia 
O princípio de uniformidade: é usado uma única estrutura "A" onde é indexado todos tipos de mídia (imagem, vídeo, documento, auditivo, etc.). Na Figura 3 mostra um diagrama conceitual de tipos diferentes de dados de mídia organizado de acordo com o princípio de uniformidade.
Figura 3: Arquitetura de Bando de Dados Multimídia com o princípio de uniformidade 
O princípio de organização híbrida: uma terceira possibilidade é usar o princípio híbrido. De acordo com este princípio, certos tipos de mídia usam os próprios índices, enquanto outros usam índices unificados. Na Figura 4 apresenta essa estrutura.
Figura 4: Arquitetura de Bando de Dados Multimídia com o princípio de organização híbrida
	Todas as três representações apresentam vantagens e desvantagens. A arquitetura baseada no princípio de autonomia requer a criação de algoritmos e uma estrutura de dados para cada tipo de mídia individual. Além disso, precisa-se de uma técnica que une estrutura de dados diferente. Esta poderia ser uma tarefa complexa e diligente, pois requer muito esforço computacional. Por outro lado, a criação de estruturas especializadas torna eficaz o acesso a cada mídia e um bancos de dados multimídias organizado de acordo com o princípio de autonomia conduz a um tempo de processamento de consulta rápido. Além disso, no caso de muitos bancos de dados legado onde estruturas de dados e algoritmos para uma mídia específica já exista, o princípio de autonomia pode ser uma boa escolha. As técnicas orientado-objeto são bem adaptadas para implementar o princípio de autonomia, tratando cada fonte de dados de mídia como um objeto, cujos métodos são acessíveis ao banco de dados multimídia global.
	Em contraste com o princípio de autonomia, está o princípio de uniformidade que é uma estrutura de dados comum que pode armazenar informação sobre o conteúdo de imagens, vídeos, documentos, áudio, e assim por diante. Isto requer que examinemos o conteúdo de cada tipo de mídia e tentar encontrar saídas comuns entre esses tipos, e então construir um índice baseado na parte comum identificada. Na aplicação, o princípio de uniformidade foi extensivamente usado pelo dispositivo de anotações, ou metadados onde é expressada as informações sobre o conteúdo de cada fonte de mídia em uma metalinguagem comum, e estes metadados são indexados adequadamente. As principais vantagens do princípio de uniformidade são, - muito fácil implementar, - e os algoritmos resultantes são rápidos. A principal desvantagem é que as anotações devem ser criadas de algum modo - manualmente ou automaticamente. Um processo de criação manual pode ser caro e pode gastar muito tempo. Além disso, algumas informações podem ser perdidas, caso se a linguagem para as anotações não for expressiva o bastante para capturar todos os aspectos do conteúdo.
	Por exemplo, a linguagem de anotação do conteúdo de uma imagem pode perder informações sobre a textura dos pixels individuais ou de um grupo de pixels. Assim também pode haver perdas de informações sobre algum conteúdo de audio, como a amplitude e o sinal de frequência em certos pontos estratégicos. Um processo de criação automática, entretanto, pode ser burlado, desde que o programa de extração de conteúdo automático pode-se sujeitar a erros substanciais.
	O princípio de organização híbrida assume as "boas características” das duas arquiteturas vistas anteriormente, enquanto algumas das desvantagens são eliminado. Suponha que desejamos criar um banco de dados multimídia que consiste em tipos de mídia M1,..., Mn. Consideramos o seguinte:
Esse tipo de mídia são fontes legada e já possui um índice e um algoritmo para manipular este índice. Neste caso, aproveita-se este índice e o algoritmo existente.
Esse tipo de mídia não são fontes legada e não possui nenhum índice (e consequentemente nenhum algoritmo para manipular o índice). Neste caso, será recomendado usar a aproximação de representação uniforme (a menos que a perda de informação física detalhada, como textura de pixels individuais, seja crítica à aplicação).
	Assim é criado um código para executar a união de fontes de múltiplos dados usando os índices nativos. Esta aproximação conduz a uma economia de código, enquanto minimiza o esforço adicional gasto, pois são utilizados domínios de índices específicos. Por exemplo, um usuário pode fazer uma consulta que "Ache todos os clipes de imagens e áudio no qual o chefe de João e visto (imagem) e ouvido áudio falando com José". Esta consulta envolve multi-index unidos, enquanto acessa uma imagem no banco de dados (através de um índice de imagem), um áudio no banco de dados (através de um índice de áudio), e um banco de dados relacional (através de um índice relacional). Pode ser expressado como:
SELECT name , image, audio
FROM employee E, ImageDB I, AudioDB A
WHERE
E.name = "Joao"AND
I CONTAINS E.boss AND
A CONTAINS E.boss, AND
A CONTAINS "Jose"
6.Recuperação de dados
Existem diversas formas de se recuperar objetos multimídia. Em banco de dados convencionais é muito utilizado a consulta com base em valores de atributos (metadados) que caracterizam ou descrevem o objeto armazenado. Existe padrões para a criação desses metadados, por exemplo, o Dublin Core e MPEG-7 comentados anteriormente. 
Segundo (SILBERSCHATZ et al 1997), a recuperação baseada apenas em metados não satisfaz a necessidade de algumas aplicações as quais requerem que as pesquisas sejam realizadas tomando como foco o conteúdo das mídias, porque metadados não são suficientes para descrever a riqueza de características que o conteúdo dos objetos multimídia possuem. 
Pesquisa por conteúdo envolve os seguintes componentes básicos: (VAZ apud SILVA, 2006) 
Recuperaçãoatravés de um identificador 
Recuperação por sentenças condicionais 
Recuperação por similaridade 
Recuperação semântica 
 
		A recuperação através de identificadores é muito simples, objetiva e requer pouco processamento, pois, utiliza-se o índice da tabela para identificar cada objeto multimídia. A consulta é realizada com base no parâmetro, índice, passado pelo usuário onde será retornado o objeto que possua o referido argumento. Esse tipo de consulta requer que o usuário a conheça o objeto que ele deseja assim como ter conhecimento do identificador do mesmo, porém permite uma resposta rápida e precisa, pois, o objeto é localizado examinando apenas um pequeno conjunto de registros (GARCIA-MOLINA et al, 2001). 
	A recuperação por sentenças condicionais, como o próprio nome já deixa subentendido, são recuperados um conjunto de objeto que satisfaçam às condições impostas na consulta. Essas condições são regras que envolvem operações lógicas ou até mesmo junções (joins) entre tabelas de dados e/ou objetos. Nesse tipo de consulta os atributos dos objetos são comparados para verificar se satisfazem às regras condicionais com base nos parâmetros passados pelo usuário. Por exemplo: um usuário solicita um vídeo cujo autor seja igual a “João Pé de Melão” e data de lançamento entre 01/01/2016 e 01/12/2016. Nesse caso é retornado um conjunto de objetos que se enquadram nessas condições. 
	De acordo com (SILBERSCHATZ et al 1999), o conceito de similaridade é subjetivo a cada usuário e a recuperação por similaridade depende muito do input dado. Consultas baseadas em similaridade são bem sucedidas quando se trata principalmente de objetos de áudio e imagem. Geralmente o usuário da um exemplo prático do áudio, ou faz um esboço da imagem desejada. Neste processo é feito uma comparação da entrada com os dados armazenados e são retornados os objetos que são similares ao input dado, onde, diferentemente da recuperação condicional, não é necessário que todas as regras condicionais sejam satisfeitas, por isso existem diversos algoritmos para encontrar as melhores correspondências para uma determinada entrada. Um exemplo típico desse tipo de recuperação são os aparelhos celulares que realizam chamadas através de comando de voz. Na realidade é armazenado um objeto de áudio com a pronuncia do nome do contato e quando o usuário dá o comando de voz (fala a nome do contato) é feita uma consulta por similaridade tendo como input a voz do usuário. 
Na recuperação semântica os objetos são recuperados através de conceitos e não por dados colocados em expressões condicionais. Essa forma de recuperação tende a possuir um melhor nível de abstração uma vez que a recuperação dos objetos depende da sua representação semântica (SILVA, 2006). A recuperação passa baseada no contexto dos objetos que são um conjunto de palavras que definem o assunto ou a área de conhecimento (CHEN apud LOH, 1997). Exemplo desse tipo de recuperação poderia ser um usuário que forneceria palavras para uma ferramenta de recuperação a qual realiza uma busca, na base de contextos, as peculiaridades de cada palavra fornecida, a fim de identificar os conceitos e compará-los através de operadores de conjunções e disjunções dos elementos. A pesquisa de imagens do Google faz algo baseado nesse tipo de recuperação. 
 
7.Requerimentos para um Banco de dados Multimidia
Um sistema gerenciador de banco de dados multimídia, de acordo com a natureza heterogênea do dado multimídia, deve suportar os seguintes requerimentos básicos:
Métodos de indexação, pesquisa e organização de dados multimídia: pesquisas em bancos de dados multimídia são computacionalmente onerosas, principalmente se pesquisa por conteúdo for utilizada para dados como vídeo e imagem.
Sincronização e integração de diferentes tipos de dados multimídia: o suporte para requisições assíncronas é uma característica importante dos SGBDs multimídia.
Linguagens formais de pesquisa em ambiente multimídia: essas linguagens devem ter capacidade para expressar semântica complexa e as relações espaciais e temporais associadas a informação multimídia composta.
Estruturas eficientes de armazenamento de dados: essas estruturas são necessárias para gerenciar dados multimídia principalmente em aplicações de alto desempenho.
Integração e suporte ao sistema operacional: a arquitetura de um sistema gerenciador de banco de dados multimídia precisa suportar um amplo conjunto de funcionalidades computacionais e de gerência de dados. O sistema operacional também precisa suportar requerimento de dados multimídia.
Gerenciamento de bancos de dados multimídia distribuídos: em um ambiente de rede é necessária capacidade de coordenação e gerenciamento entre as localizações distribuídas para possibilitar o acesso transparente e rápido aos dados multimídia pelos diversos usuários distribuídos.
Técnicas de modelagem formais para dados multimídia: A representação lógica e o relacionamento dos objetos multimídia e que características podem ser extraídas de cada objeto é domínio da modelagem de dados multimídia.
	Os modelos de dados precisam ser suficientemente ricos para capturar a semântica do dado multimídia. Devem ser capazes de prover representação canônica para imagens, cenas e eventos em termos de objetos e seu comportamento especial e temporal. Segundo Sherry (Foundation of multimedia database systems, 1996) um modelo de dados multimídia deve capturar as seguintes informações:
A estrutura detalhada dos objetos multimídia;
As operações pertinentes aos objetos multimídia;
As propriedades dos objetos multimídia;
Os relacionamentos entre os objetos multimídia e os objetos do mundo real;
Propriedades, relacionamentos e operações em objetos do mundo real.
8.Aplicações de Banco de dados Multimidia
As aplicações de um banco de dados multimídia podem variar entre as diferentes áreas existentes. Como exemplo podemos citar algumas aplicações:
Gerenciamento de documentos e registros: um grande número de indústrias e negócios mantém registros bastante detalhados e uma variedade de documentos. Os dados podem incluir projetos de engenharia e dados sobre produção, registros médicos de pacientes, artigos para publicação e registros de reivindicações de prêmios de seguros;
Disseminação de conhecimento: o modo multimídia, um meio bastante eficiente de disseminação de conhecimento, irá abranger um crescimento fenomenal em livros, catálogos, manuais e enciclopédias eletrônicas, bem como repositórios de informações em muitos tópicos;
Educação e treinamento: o ensino de matérias para diferentes tipos de público, desde alunos do jardim-de-infância, passando por operadores de equipamentos e chegando a profissionais, pode ser projetado a partir de recursos multimídia. Espera-se que bibliotecas digitais tenham uma importante influencia no modo como futuros alunos e pesquisadores, vem como outros usuários, irão acessar vastos repositórios de matérias pedagógicas.
Marketing, propagandas, vendas no varejo, entretenimento e turismo: praticamente não existem limites para a utilização de informações multimídias nessas aplicações, desde apresentações eficazes de vendas até excursões virtuais em cidades e galerias de arte. A indústria cinematográfica já mostrou a eficiência dos efeitos especiais ao criar animações em animais, alienígenas e efeitos especiais artificialmente projetados. A utilização de objetos armazenados pré-projetados em banco de dados multimídia irá expandir a extensão dessas aplicações;
Controle e monitoramento em tempo real: em conjunto com a tecnologia de banco de dados ativos, a apresentação multimídia de informações pode ser um meio bastante eficiente de se monitorarem e controlarem tarefas complexas como a produção de operações, usinas nucleares, pacientes em unidades de terapia intensiva e sistemas de transporte.
9.Conclusão
No presente artigo foram estudadas os sistemas gerenciadores de bancos de dados multimídia. Foram abordados suas principais características, requisitos, arquiteturas e formas de recuperação.Percebe-se que existe um interesse crescente em torno da computação multimídia. E esse interesse se estende, mas não se limita, a vários ramos da Ciência de Computação como redes de computadores, banco de dados, computação distribuída, compressão de dados, processamento de documentos digitais, computação gráfica, interface homem/máquina, reconhecimento de padrões, realidade virtual e inteligência artificial. Assim se vê a importância de um banco de dados multimídia, pois recursos como requisição de dados com base similares e a entrega dos dados em taxas constantes são tópicos de pesquisa em andamento.
	Devido ao grande volume de dados multimídia, a utilização desse tipo de banco de dados tende a aumentar cada vez mais.
	
 	 
Referências 
 
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SILBERSCHATZ, Abraham; KORTH, Henry F.e SUDARSHAN, S. Sistema de Banco de Dados. São Paulo: MAKRON Books, 1997. 
 
SILBERSCHATZ, Abraham; KORTH, Henry F.e SUDARSHAN, S. Sistema de Banco de Dados. São Paulo: MAKRON Books 3º ed, 1999. 
JUBRAN, Aparecido Jorge ; JUBRAN, Laura Martinson Provasi ; CIPPARRONE, F. A. M. et al. TV Digital: Aplicação de Banco de Dados Multimídia em Armazenamento e Recuperação de Grandes e Pequenos Objetos. . In: WORKCOMP-SUL, 2004, Santa 
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LOH, Stanly; WIVES, Leandro Krug e FRAINER, Antonio Severo. Recuperação Semântica de Documentos Textuais na Internet. Rio Grande do Sul, 1997. 
ADJEROH, D. A.; NWOSU, K. C. Miltimedia Database Management - Requirements and Issues. IEEE.
ANDRADE, N. S. Sistemas de Informação Multimídia. FJP, DCC/UFMG, 1998. Dissertação de Mestrado.
MARCUS, S.; SUBRAHMANIAN, V. S. Foundation of multimedia database systems. Journaul of the ACM, [S.l.], v.43, n.3, p.474–523, may, 1996
SUBRAHMANIAN, U. S. Principles of Multimedia Database Systems. 2001. San Francisco, California.
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