Multimediale Datenbanken

„Multimedia“ ist inzwischen ein fest etabliertes Schlagwort in der Informatik. Die andauernde Verbesserung (und Verbilligung) der Datenendgeräte und Arbeitsplatzrechner sowie die wachsende Kapazität der Speichermedien ermöglichen es, die Benutzeroberfläche von Rechnersystemen mit Bildern, Graphiken, Tonaufnahmen und Videos anzureichern. Dies war lange Zeit teuren SpezialSystemen vorbehalten. Nun sind Audio- und Videokarten nahezu selbstverständlich. Digitale Kameras, für Stand- wie Bewegtbilder, erobern den Markt. DVD-Spieler können an Rechner wie an Fernseher angeschlossen werden. MP3-Musikaufnahmen auf speziellen Playern oder auch in einem normalen Rechner lösen zunehmend die CD’s als Datenträger ab. Bild- und Tonaufnahmen werden zu Daten und können — neben dem üblichen Anzeigen und Abspielen — auch wie Daten verarbeitet werden.

Überlegungen zum Funktionsumfang von MMDBVS werden schon seit einiger Zeit angestellt. Der früheste Beitrag zu diesem Thema¹ ist ein nur zwei Seiten langes Thesenpapier von Stavros Christodoulakis für eine Podiumsdiskussion auf der SIGMOD-Konferenz von 1985 [Chr 85]. Darin werden zwei Aufgaben genannt:

In diesem Kapitel soll untersucht werden, wie die Medienobjekte und Daten beschaffen sind, die in einem MMDBVS verwaltet werden müssen. Das erfordert eine Bestandsaufnahme der verwendeten Speicherformate, Codierungen und Standards. Ebenso sorgfältig muss die Benutzung dieser Daten, die heute mit medienspezifischen Systemen etwa zur Textverarbeitung oder zur Bildanalyse erfolgt, betrachtet werden. Aufgabe eines MMDBVS wird es dann sein, alle Zugriffe auf die Daten auch weiterhin zu unterstützen und dabei von den verwendeten Speicherformaten zu abstrahieren.

Es war bereits in der Einleitung davon die Rede, dass Multimedia auf Rechnern erst mit der Entwicklung geeigneter Hardware möglich geworden ist. „Geeignet“ heißt dabei sowohl klein als auch kostengünstig. Typische Beispiele sind Scanner, Videokarten und Audiokarten für die Ein- und Ausgabe sowie magnetische und optische Platten für die Speicherung. Dabei sind die Ein-/Ausgabegeräte in der Regel medienspezifisch, und sie bestimmen mit ihrer Technik sehr stark die Struktur der abzulegenden Daten. Ihre Bedeutung für die Einteilung der Medien wurde bereits zu Beginn des Kapitels 3 hervorgehoben (Abb. 3.1), und die von ihnen geprägten Strukturen wurden dann im weiteren Verlauf jenes Kapitels ausführlich dargestellt. Die Speichergeräte dagegen sind noch zu untersuchen, gerade auch im Hinblick auf ihren Einsatz in einem MMDBVS. Einige wenige sind speziell für Multimedia entwickelt worden (etwa die Audio-CD und die DVD), aber die meisten sind einfach Datenspeicher. Für Multimedia müssen sie eine große Kapazität bieten und auch eine hinreichend große Zugriffsgeschwindigkeit, zumindest bei zeitabhängigen Medien.

Mit den Speichergeräten wurde im letzten Kapitel die Diskussion der Basismechanismen schon begonnen, die MMDBVS verwenden müssen, um die von ihnen geforderten Dienste zu erbringen. Die Hoffnung ist naturgemäß, dass sie nicht auf der Hardware aufsetzen müssen, sondern statt dessen die Abstraktionen verwenden können, die das Betriebssystem (BS) schon bietet. Die Diskussion um die Aufgabenverteilung zwischen BS und DBVS ist sehr alt [CHMWS 88, Wei 86] und bis heute nicht abgeschlossen. Deshalb ist die DBVS-Entwicklung immer wieder gefordert, sich die aktuellen Angebote der Betriebssysteme anzusehen und auf ihre Eignung hin zu prüfen. Das betrifft vor allem das Dateisystem, im Zusammenhang mit Multimedia aber auch die Echtzeitverarbeitung.

Die Entwicklung von Konzepten für MMDBVS muss mit einer Diskussion des Datenmodells beginnen. Das Datenmodell ist eine Art (formale) Sprache, in der die Benutzer Ausschnitte der Wirklichkeit beschreiben können. Zum Datenmodell gehören immer auch Operationen zum Erzeugen, Lesen, Verknüpfen, Ordnen, Ändern, Suchen und Löschen der Daten. Das Datenmodell bestimmt die Sicht der Benutzer auf die Daten; die Implementierung bleibt verborgen und kann von einem DBVS auf ganz unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden.

Das letzte Kapitel hat die neuen Datentypen für Medienobjekte eingeführt und sich dabei bemüht, möglichst noch nicht auf ein Datenmodell Bezug zu nehmen. Das war in der Vorstellung von SQL/MM dann doch nicht mehr ganz zu vermeiden, aber das liegt in der Natur der Sache. Es fehlt nun noch die Modellierung multimedialer Datenobjekte, wie sie Abschnitt 3.8 eingeführt hat. Hier bietet es sich aber an, zunächst die Möglichkeiten der Datenmodelle auszunutzen, in denen ja Beziehungen und Aggregationen (wenn auch in unterschiedlicher Form) schon vorhanden sind. Das führt zu der Frage, wie den die Datentypen des letzten Kapitels in den Kontext dieser Datenmodelle eingebettet werden können und wie ihre Verwendung dann aussieht.

Die ersten Arbeiten zu Multimedia-Datenbanken wurden in den achtziger Jahren durchgeführt [Chr 85], und das war zugleich auch die Zeit, in der objektorientierte Datenbanken das dominierende Thema der Datenbank-Forschung und -Entwicklung waren. So verwundert es nicht, dass die ersten MMDBVS-Projekte davon ausgingen, dass multimediale Datenbanken unbedingt objektorientiert sein müssten [WK 87]. Objektorientierte MMDBVS sind also das ältere Konzept und vielleicht auch das elegantere. Sie haben es aber nie geschafft, praktische Relevanz zu erlangen.

Nachdem zuvor alle Voraussetzungen aufgeführt worden waren und die drei letzten Kapitel nun die Ziele in Form eines Dienstangebots an die Anwendungen ausformuliert haben, ist die Lücke zu schließen, die zwischen heutigen DBVS und dem Angebot von Betriebssystemen (Kap. 5) auf der einen Seite und einem vollständigen MMDBVS auf der anderen noch besteht. Die Implementierung kann ein normales DBVS erweitern oder auch ein spezielles System daneben stellen; das wird noch zu diskutieren sein. Auf jeden Fall müssen etliche Implementierungskonzepte eingeführt oder angepasst werden, die auf den besonderen Charakter der Multimedia-Daten Rücksicht nehmen. Die werden nun der Reihe nach besprochen.