遠程網絡教育中視頻檢索技術的應用

熊 皓

（湖北理工學院 計算機學院，湖北 黃石 435000）

0 前言

隨著教育的不斷改革，Internet網絡的日趨普及和信息傳輸技術的快速發展，網絡上傳播內容已經不再是單純的文本數據，而是集文字、音頻和視頻三位一體多媒體時代。正由于網絡數據形式的多樣化，使得遠程網絡教育變得更加便捷。

由于信息傳送方式和手段不同，遠程教育發展經歷了三個階段，第一階段，是以電子郵件傳輸的函授教育；第二階段，是以廣播電視和錄音錄像為主的廣播電視教學；第三階段，是通過視頻教學的網上遠程教育階段。網絡教育可以利用學習者空閑的時間，隨時隨地地學習，學習的內容由學習者自由地選擇，并且學習者對不理解的地方可以反復的觀看視頻，打破了傳統教室教學的模式，降低了學習門檻，為學習者提高更多的學習機會，同時也降低了教學的成本。是構筑知識經濟時代人們終身學習體系的主要手段。

在遠程網絡教育中，所有的信息傳遞都是由計算機在網絡技術和環境支持下進行的，網絡教育過程的控制，主要是各種信息傳遞的控制，而主要教學信息都是以視頻信息存在的，對學習者而言，要在海量的學習信息中，快速準確地找到自己要的信息是一件很困難的事情。在大部分的遠程教育網站中提供的都是教師上課的教學視頻，學習者需要把整段教學視頻看完，才能夠知道視頻所講述的知識點，如果這個知識點，學習者學習過的話，那觀看教學視頻的時間就是多余的，所以對于學習者而言，如何能在最短的時間里，準確的找到自己所要學習的視頻教程是關鍵。

1 視頻檢索技術

傳統的視頻檢索技術是對視頻進行人工分析、標注，建立類似于文本索引數據庫。如現在的百度、Google、YouTube、雅虎等都是基于這類技術進行視頻片段檢索[1]。在早期的視頻檢索中，通常用手工方式對視頻信息進行描述，這種描述的主觀性很大，不同的人觀看同一視頻有不同的理解，因此，這種文本信息并不能代表所有學習者的觀點，而且，這種人工檢索耗時耗力，學習者在查詢檢索時，往往會因為關鍵詞不匹配而查詢失敗。為了解決文本檢索方式的不足，人們研究出基于內容的視頻檢索技術，檢索方法是將視頻圖像中的內容信息作為索引，能有效描述、存儲、組織和查找用戶所需的視頻信息[2]。

2 網絡教育中的視頻檢索技術

圖1 用戶遠程點播教學功能圖

在網絡教育中的視頻信息，都是具有特殊性。這些視頻是按照上課的時間順序拍攝的，在時間上是連續的，在內容上每節課的知識點是有限的，因此，每節課的視頻鏡頭變化也不會很大，在教師上課時可以直接錄制視頻，錄制好后傳給數據服務器，經視頻檢索后，上傳到WEB服務器，用戶就可以隨時方便通過檢索查詢自己需要視頻進行點播和廣播，此功能圖如圖1所示。

對于應用視頻檢索技術，可以將數據服務器中的教師視頻按每節課來劃分，而基于內容的視頻檢索包括特征提取[3]語義分析、視頻摘要和檢索四個部分，下面從這幾方面介紹教師視頻檢索的方法。

提取特征是視頻檢索技術中最基本的步驟。由于教師教學視頻相對比較單一，教師在特定時間內的知識點有限，畫面鏡頭改變變化不是很大，因此，可以按照鏡頭的變化來劃分場景，每一鏡頭的變化控制在一個合適度內，各種鏡頭中最主要的幀組合起來就是該視頻段的主要信息。將提取的主要視頻內容進行分析，對主要視頻進行語義關鍵字標注，關鍵字的標注涵蓋顏色、紋理、形狀以及運動的特征等幾個方面，用戶就可以用關鍵詞直接進行鏡頭檢索，也可以直接通過圖像檢索技術對每個鏡頭中的關鍵幀進行檢索，這樣可大大減低用戶輸入關鍵詞而找不到對應的視頻，視頻檢索過程框架圖如圖2所示。

圖2 視頻檢索過程框架圖

其中，特征提取和抽取關鍵幀可以根據視頻段中鏡頭的改變來確定。對于劃分好的視頻段，每個鏡頭中關鍵幀的確定，可以用幀之間的相似度來衡量。根據上面的框架建立相似度數學模型公式（1）所示。

f為相似度，p為幀圖像中橫向像素點數，q為幀圖像中縱向像素點數，K為常量，s為幀的序號，n為幀的數量。在相似度計算中，對于這個度有等級區別，其中k1，k2為兩種預先設定，但可動態調整的相似度的閾值。

（1）當 0

（2）當 k1

（3）當 f（t）>k2，兩張幀之間只有非常少的相似，甚至不相似，可以確定為關鍵幀。

上面模型給出了確定特征提取的方式，通過關鍵幀的確定，組成主要視頻段，并對視頻段進行后期的關鍵詞標注和摘要，形成最后的視頻檢索，檢索的內容既有各方面的文字信息，又有視頻切片對比，為學習者提供多種詳細的搜索方式，提高學習者搜索視頻的時間。

3 結論

在當今網絡飛速發展的時代，人們獲取知識的方式已經發生了巨大的改變，不再是以前單純的文字形式，逐漸的被現在的多媒體技術所替代。對于網絡教育發展到今天，它已經也成為不少人學習知識的方式，它最大的好處就是時間和空間的自由性。因此，快速準確地找到自己要學習的知識是學習者的迫切要求，本文將視頻檢索技術應用在教師視頻上，可以讓學習者通過查找檢索而快速找到需要的學習視頻，從而節省了學習者以往要把整個學習視頻看完的時間，這樣就可以利用更少的時間獲取更多的知識，本文中的應用，為后期網絡教學視頻檢索系統的研究，提供模型支持。

［1］Zhang X,Liu J,Li B.CoolStreaming/DONet:a data-driven overlay network for peer-to-peer live media streaming[A].Proc.of IEEE INFOCOM'05,Mar 2005:2102-2111.

［2］張玉培,孔敏,翟素蘭,羅斌.基于鏡頭標記與動態滑動窗口的視頻摘要生成[J].計算機工程,2012.1:256-258.

［3］雷少帥.基于內容的視頻檢索關鍵技術硏究[D].太原理工大學,2012，4.