基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)教學(xué)應(yīng)用研究

楊娟

摘要：本文首先對(duì)視頻檢索技術(shù)的原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述，然后再結(jié)合基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)的特點(diǎn)分析其在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及相應(yīng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：基于內(nèi)容；視頻檢索；教學(xué)應(yīng)用

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異以及各種存儲(chǔ)技術(shù)、多媒體技術(shù)的日漸完善，數(shù)字化成為了當(dāng)今信息時(shí)代的主題。視頻作為數(shù)字化資源的其中一種形式，由于其穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性以及交互性等特點(diǎn)，受到了各行各業(yè)的青睞。教育行業(yè)由于受傳統(tǒng)的教學(xué)模式的影響，使得學(xué)生也異常的鐘情于視頻教學(xué)。再加上近年來基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，使得高效、準(zhǔn)確進(jìn)行視頻教材內(nèi)容檢索成為可能。

一、視頻檢索技術(shù)的原理

由于視頻數(shù)據(jù)是由一個(gè)個(gè)鏡頭組合起來的情節(jié)。因此，欲實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的內(nèi)容進(jìn)行檢索，就必須按一定的序列對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，再從分割的鏡頭中進(jìn)行特征信息的提取，把提取到的特征存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，并以此作為用戶檢索的依據(jù)。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(chǎng)景重構(gòu)。這里所提取的鏡頭特征包括兩個(gè)方面：一個(gè)是靜態(tài)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(gè)就是動(dòng)態(tài)特征，而動(dòng)態(tài)特征的提取則主要是根據(jù)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)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(guān)關(guān)鍵技術(shù)

（一）鏡頭變換識(shí)別技術(shù)

不同于傳統(tǒng)的視頻文件檢索，基于內(nèi)容的視頻檢索是建立在視頻分析的基礎(chǔ)上對(duì)視頻進(jìn)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(shí)別過程。就目前的技術(shù)而言，大部分的變換識(shí)別技術(shù)都是采用全圖像視頻進(jìn)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(dāng)然也可以通過邊緣檢測(cè)、直方圖分割、塊分割、壓縮域、雙值域等方法進(jìn)行鏡頭變換識(shí)別。

（二）關(guān)鍵幀提取技術(shù)

為了提高視頻檢索的效能和速率，往往在對(duì)視頻鏡頭進(jìn)行關(guān)鍵幀的提取，特別是對(duì)于那些內(nèi)容較為復(fù)雜的鏡頭，就更能體現(xiàn)出關(guān)鍵幀的重要性，因?yàn)殛P(guān)鍵幀能夠很簡(jiǎn)潔的反映一個(gè)鏡頭的主要內(nèi)容，這樣就大大的減少了視頻特征的數(shù)據(jù)量，節(jié)約了存儲(chǔ)空間，并且有利于計(jì)算機(jī)自動(dòng)的對(duì)這些信息進(jìn)行識(shí)別和分類，用戶在檢索的時(shí)候也就變得更加快捷。但需要注意，對(duì)于關(guān)鍵幀的選取必須要盡可能的準(zhǔn)確的描述視頻內(nèi)容，與此同時(shí)數(shù)據(jù)量還要盡量的小，計(jì)算也不能過于復(fù)雜。

（三）特征提取技術(shù)

特征提取主要是基于紋理、顏色、形狀等提取的靜態(tài)和基于運(yùn)動(dòng)特性提取的動(dòng)態(tài)特征。目前在靜態(tài)提權(quán)方面，比較成熟的也是最常用的是對(duì)顏色特征的提取。對(duì)于紋理特征的提取，主要還是依賴計(jì)算機(jī)視覺對(duì)內(nèi)容中物體的紋理進(jìn)行分析，但這種提取比較適合結(jié)構(gòu)規(guī)則的物體。而對(duì)于物體形狀特征的提取由于某些時(shí)候物體形狀的辨識(shí)度不高，再加上相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)達(dá)不到等原因，致使對(duì)其的運(yùn)用較少。至于內(nèi)容運(yùn)動(dòng)特征的是視頻內(nèi)容時(shí)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(nèi)容。

（四）鏡頭聚類技術(shù)

既然有對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分割的過程，當(dāng)然也就有對(duì)分割內(nèi)容進(jìn)行聚合的過程。所謂視頻聚類就是探討鏡頭之間關(guān)系的過程，通過視頻聚合中的視頻序列實(shí)現(xiàn)了更高層次的抽象處理，從而得到更加形象化的具體情節(jié)。一般來講，根據(jù)視頻聚類的目的可以將其分為兩類，即同一場(chǎng)景的聚類和對(duì)視頻的分類，前者需要在操作過程中考慮視頻內(nèi)容的相似性和連續(xù)性，后者只需要考慮視頻特征的相似性。鏡頭聚類技術(shù)完成后，需要通過主要鏡頭的關(guān)鍵幀表示此情節(jié)的代表幀，在這個(gè)過程中相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格把握兩條準(zhǔn)則：捕捉反復(fù)出現(xiàn)的情節(jié)和延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的情節(jié)。

三、視頻檢索技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

由于教學(xué)大綱、教學(xué)目的以及對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)方案等要求，視頻或者錄像帶作為教學(xué)內(nèi)容在我國(guó)由來已久，但隨著時(shí)代進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)的模式不斷的進(jìn)行改良和更新，從最初的錄音機(jī)、電視機(jī)、DVD，走到了今天的多媒體。視頻檢索技術(shù)作為對(duì)視頻資源進(jìn)行管理和索引的方式，由于其開發(fā)的視頻教程彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電視教材單向性、不可逆性而被廣泛運(yùn)用。主要表現(xiàn)在：第一，視頻教材經(jīng)過數(shù)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(nèi)容相對(duì)獨(dú)立和單一，不拘泥于任何版本的教材，可以根據(jù)知識(shí)點(diǎn)和學(xué)科的不同進(jìn)行科學(xué)分類；第三，視頻可以進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的融合；第四，有較強(qiáng)的靈活性，可以在視頻的任何時(shí)域內(nèi)進(jìn)行暫停和播放。對(duì)于這種視頻的開發(fā)一般采用基于傳統(tǒng)的電視教材的二次開發(fā)和全新開發(fā)兩種模式，前者主要是針對(duì)經(jīng)典的、有價(jià)值的教材而言，后者主要是面向后期的一些新知識(shí)、新技術(shù)。

四、在教學(xué)中的相關(guān)應(yīng)用

基于內(nèi)容的視頻檢索技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用可以分為課堂教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)兩個(gè)部分。在課堂教學(xué)中，教師可以根據(jù)教學(xué)的相關(guān)需求借助其交互功能，進(jìn)行設(shè)計(jì)和組合視頻教材，并對(duì)視頻中的重難點(diǎn)進(jìn)行分類，對(duì)于重點(diǎn)的、學(xué)生不明白的地方，進(jìn)行反復(fù)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(qiáng)的課程，比如舞蹈課、實(shí)驗(yàn)課等。這樣的視頻課程既生動(dòng)又能與學(xué)生產(chǎn)生互動(dòng)，解決了學(xué)生因長(zhǎng)時(shí)間注意視頻而造成的視覺疲勞，反而不利于課程的學(xué)習(xí)。受中國(guó)長(zhǎng)久以來的教育詬病，大部分學(xué)習(xí)者都對(duì)教師有很強(qiáng)的依賴性，但遠(yuǎn)程教育是學(xué)生教師分離，這就對(duì)遠(yuǎn)程教育的教學(xué)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(qiáng)的吸引力來調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，尤其避免視頻的一層不變和時(shí)間過長(zhǎng)。在這個(gè)“學(xué)到老，活到老”的年代，遠(yuǎn)程教育日益成為人們學(xué)習(xí)知識(shí)獲取技能的主要渠道，所以提供完善的學(xué)習(xí)支持服務(wù)和教學(xué)視頻質(zhì)量是未來遠(yuǎn)程教育的方向和主要競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)語：

名家有言，“知識(shí)就是力量”充分揭露了學(xué)習(xí)的重要性，教學(xué)作為傳播知識(shí)最為主要的途徑，改良教學(xué)方法、提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的效能是亙古不變的話題?；趦?nèi)容的視頻檢索技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用是教育改革和發(fā)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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