远程网络教育中视频检索技术的应用

熊 皓

（湖北理工学院 计算机学院，湖北 黄石 435000）

0 前言

随着教育的不断改革，Internet网络的日趋普及和信息传输技术的快速发展，网络上传播内容已经不再是单纯的文本数据，而是集文字、音频和视频三位一体多媒体时代。正由于网络数据形式的多样化，使得远程网络教育变得更加便捷。

由于信息传送方式和手段不同，远程教育发展经历了三个阶段，第一阶段，是以电子邮件传输的函授教育；第二阶段，是以广播电视和录音录像为主的广播电视教学；第三阶段，是通过视频教学的网上远程教育阶段。网络教育可以利用学习者空闲的时间，随时随地地学习，学习的内容由学习者自由地选择，并且学习者对不理解的地方可以反复的观看视频，打破了传统教室教学的模式，降低了学习门槛，为学习者提高更多的学习机会，同时也降低了教学的成本。是构筑知识经济时代人们终身学习体系的主要手段。

在远程网络教育中，所有的信息传递都是由计算机在网络技术和环境支持下进行的，网络教育过程的控制，主要是各种信息传递的控制，而主要教学信息都是以视频信息存在的，对学习者而言，要在海量的学习信息中，快速准确地找到自己要的信息是一件很困难的事情。在大部分的远程教育网站中提供的都是教师上课的教学视频，学习者需要把整段教学视频看完，才能够知道视频所讲述的知识点，如果这个知识点，学习者学习过的话，那观看教学视频的时间就是多余的，所以对于学习者而言，如何能在最短的时间里，准确的找到自己所要学习的视频教程是关键。

1 视频检索技术

传统的视频检索技术是对视频进行人工分析、标注，建立类似于文本索引数据库。如现在的百度、Google、YouTube、雅虎等都是基于这类技术进行视频片段检索[1]。在早期的视频检索中，通常用手工方式对视频信息进行描述，这种描述的主观性很大，不同的人观看同一视频有不同的理解，因此，这种文本信息并不能代表所有学习者的观点，而且，这种人工检索耗时耗力，学习者在查询检索时，往往会因为关键词不匹配而查询失败。为了解决文本检索方式的不足，人们研究出基于内容的视频检索技术，检索方法是将视频图像中的内容信息作为索引，能有效描述、存储、组织和查找用户所需的视频信息[2]。

2 网络教育中的视频检索技术

图1 用户远程点播教学功能图

在网络教育中的视频信息，都是具有特殊性。这些视频是按照上课的时间顺序拍摄的，在时间上是连续的，在内容上每节课的知识点是有限的，因此，每节课的视频镜头变化也不会很大，在教师上课时可以直接录制视频，录制好后传给数据服务器，经视频检索后，上传到WEB服务器，用户就可以随时方便通过检索查询自己需要视频进行点播和广播，此功能图如图1所示。

对于应用视频检索技术，可以将数据服务器中的教师视频按每节课来划分，而基于内容的视频检索包括特征提取[3]语义分析、视频摘要和检索四个部分，下面从这几方面介绍教师视频检索的方法。

提取特征是视频检索技术中最基本的步骤。由于教师教学视频相对比较单一，教师在特定时间内的知识点有限，画面镜头改变变化不是很大，因此，可以按照镜头的变化来划分场景，每一镜头的变化控制在一个合适度内，各种镜头中最主要的帧组合起来就是该视频段的主要信息。将提取的主要视频内容进行分析，对主要视频进行语义关键字标注，关键字的标注涵盖颜色、纹理、形状以及运动的特征等几个方面，用户就可以用关键词直接进行镜头检索，也可以直接通过图像检索技术对每个镜头中的关键帧进行检索，这样可大大减低用户输入关键词而找不到对应的视频，视频检索过程框架图如图2所示。

图2 视频检索过程框架图

其中，特征提取和抽取关键帧可以根据视频段中镜头的改变来确定。对于划分好的视频段，每个镜头中关键帧的确定，可以用帧之间的相似度来衡量。根据上面的框架建立相似度数学模型公式（1）所示。

f为相似度，p为帧图像中横向像素点数，q为帧图像中纵向像素点数，K为常量，s为帧的序号，n为帧的数量。在相似度计算中，对于这个度有等级区别，其中k1，k2为两种预先设定，但可动态调整的相似度的阈值。

（1）当 0

（2）当 k1

（3）当 f（t）>k2，两张帧之间只有非常少的相似，甚至不相似，可以确定为关键帧。

上面模型给出了确定特征提取的方式，通过关键帧的确定，组成主要视频段，并对视频段进行后期的关键词标注和摘要，形成最后的视频检索，检索的内容既有各方面的文字信息，又有视频切片对比，为学习者提供多种详细的搜索方式，提高学习者搜索视频的时间。

3 结论

在当今网络飞速发展的时代，人们获取知识的方式已经发生了巨大的改变，不再是以前单纯的文字形式，逐渐的被现在的多媒体技术所替代。对于网络教育发展到今天，它已经也成为不少人学习知识的方式，它最大的好处就是时间和空间的自由性。因此，快速准确地找到自己要学习的知识是学习者的迫切要求，本文将视频检索技术应用在教师视频上，可以让学习者通过查找检索而快速找到需要的学习视频，从而节省了学习者以往要把整个学习视频看完的时间，这样就可以利用更少的时间获取更多的知识，本文中的应用，为后期网络教学视频检索系统的研究，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］张玉培,孔敏,翟素兰,罗斌.基于镜头标记与动态滑动窗口的视频摘要生成[J].计算机工程,2012.1:256-258.

［3］雷少帅.基于内容的视频检索关键技术硏究[D].太原理工大学,2012，4.