基于内容的视频检索技术教学应用研究

杨娟

摘要：本文首先对视频检索技术的原理和关键技术进行阐述，然后再结合基于内容的视频检索技术的特点分析其在教学中的优势及相应的应用。

关键词：基于内容；视频检索；教学应用

由于计算机网络技术的日新月异以及各种存储技术、多媒体技术的日渐完善，数字化成为了当今信息时代的主题。视频作为数字化资源的其中一种形式，由于其稳定性、可扩展性以及交互性等特点，受到了各行各业的青睐。教育行业由于受传统的教学模式的影响，使得学生也异常的钟情于视频教学。再加上近年来基于内容的视频检索技术的不断完善和发展，使得高效、准确进行视频教材内容检索成为可能。

一、视频检索技术的原理

由于视频数据是由一个个镜头组合起来的情节。因此，欲实现对视频数据的内容进行检索，就必须按一定的序列对视频数据进行分割，再从分割的镜头中进行特征信息的提取，把提取到的特征存入相应的数据库中，并以此作为用户检索的依据。但值得注意的是，所提取的信息必须尽可能的反映所提取镜头的主要特征，才能方便镜头特征的再次聚类和场景重构。这里所提取的镜头特征包括两个方面：一个是静态的镜头特征，一般来说主要包括颜色、形状、纹理等特征；另一个就是动态特征，而动态特征的提取则主要是根据目标物体的运动轨迹或者变化方向，采用如贝叶斯、像素递归等方法来确定的。

二、相关关键技术

（一）镜头变换识别技术

不同于传统的视频文件检索，基于内容的视频检索是建立在视频分析的基础上对视频进行分割处理的，而这些分割出来的镜头被作为索引的基本元素的过程就叫做镜头的变换识别过程。就目前的技术而言，大部分的变换识别技术都是采用全图像视频进行研究的，并利用一些如亮度、颜色等特征来判断帧与帧之间的差别。当然也可以通过边缘检测、直方图分割、块分割、压缩域、双值域等方法进行镜头变换识别。

（二）关键帧提取技术

为了提高视频检索的效能和速率，往往在对视频镜头进行关键帧的提取，特别是对于那些内容较为复杂的镜头，就更能体现出关键帧的重要性，因为关键帧能够很简洁的反映一个镜头的主要内容，这样就大大的减少了视频特征的数据量，节约了存储空间，并且有利于计算机自动的对这些信息进行识别和分类，用户在检索的时候也就变得更加快捷。但需要注意，对于关键帧的选取必须要尽可能的准确的描述视频内容，与此同时数据量还要尽量的小，计算也不能过于复杂。

（三）特征提取技术

特征提取主要是基于紋理、颜色、形状等提取的静态和基于运动特性提取的动态特征。目前在静态提权方面，比较成熟的也是最常用的是对颜色特征的提取。对于纹理特征的提取，主要还是依赖计算机视觉对内容中物体的纹理进行分析，但这种提取比较适合结构规则的物体。而对于物体形状特征的提取由于某些时候物体形状的辨识度不高，再加上相关领域技术达不到等原因，致使对其的运用较少。至于内容运动特征的是视频内容时域变化的客观反映，而且常被用户用作视频检索的主要索引内容。

（四）镜头聚类技术

既然有对视频数据进行分割的过程，当然也就有对分割内容进行聚合的过程。所谓视频聚类就是探讨镜头之间关系的过程，通过视频聚合中的视频序列实现了更高层次的抽象处理，从而得到更加形象化的具体情节。一般来讲，根据视频聚类的目的可以将其分为两类，即同一场景的聚类和对视频的分类，前者需要在操作过程中考虑视频内容的相似性和连续性，后者只需要考虑视频特征的相似性。镜头聚类技术完成后，需要通过主要镜头的关键帧表示此情节的代表帧，在这个过程中相关工作人员需要严格把握两条准则：捕捉反复出现的情节和延续时间长的情节。

三、视频检索技术在教学中应用的优势

由于教学大纲、教学目的以及对学生的培养方案等要求，视频或者录像带作为教学内容在我国由来已久，但随着时代进步和科学技术的发展，教学的模式不断的进行改良和更新，从最初的录音机、电视机、DVD，走到了今天的多媒体。视频检索技术作为对视频资源进行管理和索引的方式，由于其开发的视频教程弥补了传统电视教材单向性、不可逆性而被广泛运用。主要表现在：第一，视频教材经过数字化的处理，支持多种格式的媒体软件的播放；第二，视频中的素材内容相对独立和单一，不拘泥于任何版本的教材，可以根据知识点和学科的不同进行科学分类；第三，视频可以进行重组，实现跨学科的融合；第四，有较强的灵活性，可以在视频的任何时域内进行暂停和播放。对于这种视频的开发一般采用基于传统的电视教材的二次开发和全新开发两种模式，前者主要是针对经典的、有价值的教材而言，后者主要是面向后期的一些新知识、新技术。

四、在教学中的相关应用

基于内容的视频检索技术在教学中的应用可以分为课堂教学和远程教学两个部分。在课堂教学中，教师可以根据教学的相关需求借助其交互功能，进行设计和组合视频教材，并对视频中的重难点进行分类，对于重点的、学生不明白的地方，进行反复的多次播放，甚至是可以不依照视频的一般顺序灵活的改变播放顺序，尤其适合操作性比较强的课程，比如舞蹈课、实验课等。这样的视频课程既生动又能与学生产生互动，解决了学生因长时间注意视频而造成的视觉疲劳，反而不利于课程的学习。受中国长久以来的教育诟病，大部分学习者都对教师有很强的依赖性，但远程教育是学生教师分离，这就对远程教育的教学视频的制作提出了更高的要求，比如视频材料要足够的直观、合理，并且有较强的吸引力来调动学生的积极性，尤其避免视频的一层不变和时间过长。在这个“学到老，活到老”的年代，远程教育日益成为人们学习知识获取技能的主要渠道，所以提供完善的学习支持服务和教学视频质量是未来远程教育的方向和主要竞争力。

结语：

名家有言，“知识就是力量”充分揭露了学习的重要性，教学作为传播知识最为主要的途径，改良教学方法、提高学生学习知识的效能是亘古不变的话题。基于内容的视频检索技术在教学中应用是教育改革和发展的重要代表，也是教育模式从呆板迈向灵活的里程碑。

参考文献：

[1]陈秀新.基于内容的视频检索技术浅析[J].信息技术与信息化，2011，（2）：56-58，75.

[2]陈耀.张青荣.基于内容的视频检索技术研究[J].产业与科技论坛，2017，（14）：46-48.

[3]康志辉.基于内容的视频检索技术研究[J].开封教育学院学报，2015，（5）：271-272.