基于內容的視頻檢索技術教學應用研究

楊娟

摘要：本文首先對視頻檢索技術的原理和關鍵技術進行闡述，然后再結合基于內容的視頻檢索技術的特點分析其在教學中的優勢及相應的應用。

關鍵詞：基于內容；視頻檢索；教學應用

由于計算機網絡技術的日新月異以及各種存儲技術、多媒體技術的日漸完善，數字化成為了當今信息時代的主題。視頻作為數字化資源的其中一種形式，由于其穩定性、可擴展性以及交互性等特點，受到了各行各業的青睞。教育行業由于受傳統的教學模式的影響，使得學生也異常的鐘情于視頻教學。再加上近年來基于內容的視頻檢索技術的不斷完善和發展，使得高效、準確進行視頻教材內容檢索成為可能。

一、視頻檢索技術的原理

由于視頻數據是由一個個鏡頭組合起來的情節。因此，欲實現對視頻數據的內容進行檢索，就必須按一定的序列對視頻數據進行分割，再從分割的鏡頭中進行特征信息的提取，把提取到的特征存入相應的數據庫中，并以此作為用戶檢索的依據。但值得注意的是，所提取的信息必須盡可能的反映所提取鏡頭的主要特征，才能方便鏡頭特征的再次聚類和場景重構。這里所提取的鏡頭特征包括兩個方面：一個是靜態的鏡頭特征，一般來說主要包括顏色、形狀、紋理等特征；另一個就是動態特征，而動態特征的提取則主要是根據目標物體的運動軌跡或者變化方向，采用如貝葉斯、像素遞歸等方法來確定的。

二、相關關鍵技術

（一）鏡頭變換識別技術

不同于傳統的視頻文件檢索，基于內容的視頻檢索是建立在視頻分析的基礎上對視頻進行分割處理的，而這些分割出來的鏡頭被作為索引的基本元素的過程就叫做鏡頭的變換識別過程。就目前的技術而言，大部分的變換識別技術都是采用全圖像視頻進行研究的，并利用一些如亮度、顏色等特征來判斷幀與幀之間的差別。當然也可以通過邊緣檢測、直方圖分割、塊分割、壓縮域、雙值域等方法進行鏡頭變換識別。

（二）關鍵幀提取技術

為了提高視頻檢索的效能和速率，往往在對視頻鏡頭進行關鍵幀的提取，特別是對于那些內容較為復雜的鏡頭，就更能體現出關鍵幀的重要性，因為關鍵幀能夠很簡潔的反映一個鏡頭的主要內容，這樣就大大的減少了視頻特征的數據量，節約了存儲空間，并且有利于計算機自動的對這些信息進行識別和分類，用戶在檢索的時候也就變得更加快捷。但需要注意，對于關鍵幀的選取必須要盡可能的準確的描述視頻內容，與此同時數據量還要盡量的小，計算也不能過于復雜。

（三）特征提取技術

特征提取主要是基于紋理、顏色、形狀等提取的靜態和基于運動特性提取的動態特征。目前在靜態提權方面，比較成熟的也是最常用的是對顏色特征的提取。對于紋理特征的提取，主要還是依賴計算機視覺對內容中物體的紋理進行分析，但這種提取比較適合結構規則的物體。而對于物體形狀特征的提取由于某些時候物體形狀的辨識度不高，再加上相關領域技術達不到等原因，致使對其的運用較少。至于內容運動特征的是視頻內容時域變化的客觀反映，而且常被用戶用作視頻檢索的主要索引內容。

（四）鏡頭聚類技術

既然有對視頻數據進行分割的過程，當然也就有對分割內容進行聚合的過程。所謂視頻聚類就是探討鏡頭之間關系的過程，通過視頻聚合中的視頻序列實現了更高層次的抽象處理，從而得到更加形象化的具體情節。一般來講，根據視頻聚類的目的可以將其分為兩類，即同一場景的聚類和對視頻的分類，前者需要在操作過程中考慮視頻內容的相似性和連續性，后者只需要考慮視頻特征的相似性。鏡頭聚類技術完成后，需要通過主要鏡頭的關鍵幀表示此情節的代表幀，在這個過程中相關工作人員需要嚴格把握兩條準則：捕捉反復出現的情節和延續時間長的情節。

三、視頻檢索技術在教學中應用的優勢

由于教學大綱、教學目的以及對學生的培養方案等要求，視頻或者錄像帶作為教學內容在我國由來已久，但隨著時代進步和科學技術的發展，教學的模式不斷的進行改良和更新，從最初的錄音機、電視機、DVD，走到了今天的多媒體。視頻檢索技術作為對視頻資源進行管理和索引的方式，由于其開發的視頻教程彌補了傳統電視教材單向性、不可逆性而被廣泛運用。主要表現在：第一，視頻教材經過數字化的處理，支持多種格式的媒體軟件的播放；第二，視頻中的素材內容相對獨立和單一，不拘泥于任何版本的教材，可以根據知識點和學科的不同進行科學分類；第三，視頻可以進行重組，實現跨學科的融合；第四，有較強的靈活性，可以在視頻的任何時域內進行暫停和播放。對于這種視頻的開發一般采用基于傳統的電視教材的二次開發和全新開發兩種模式，前者主要是針對經典的、有價值的教材而言，后者主要是面向后期的一些新知識、新技術。

四、在教學中的相關應用

基于內容的視頻檢索技術在教學中的應用可以分為課堂教學和遠程教學兩個部分。在課堂教學中，教師可以根據教學的相關需求借助其交互功能，進行設計和組合視頻教材，并對視頻中的重難點進行分類，對于重點的、學生不明白的地方，進行反復的多次播放，甚至是可以不依照視頻的一般順序靈活的改變播放順序，尤其適合操作性比較強的課程，比如舞蹈課、實驗課等。這樣的視頻課程既生動又能與學生產生互動，解決了學生因長時間注意視頻而造成的視覺疲勞，反而不利于課程的學習。受中國長久以來的教育詬病，大部分學習者都對教師有很強的依賴性，但遠程教育是學生教師分離，這就對遠程教育的教學視頻的制作提出了更高的要求，比如視頻材料要足夠的直觀、合理，并且有較強的吸引力來調動學生的積極性，尤其避免視頻的一層不變和時間過長。在這個“學到老，活到老”的年代，遠程教育日益成為人們學習知識獲取技能的主要渠道，所以提供完善的學習支持服務和教學視頻質量是未來遠程教育的方向和主要競爭力。

結語：

名家有言，“知識就是力量”充分揭露了學習的重要性，教學作為傳播知識最為主要的途徑，改良教學方法、提高學生學習知識的效能是亙古不變的話題。基于內容的視頻檢索技術在教學中應用是教育改革和發展的重要代表，也是教育模式從呆板邁向靈活的里程碑。

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