1、各個模塊的實現方式1 視頻采集壓縮1.1 功能描述1、把攝制的教學視頻通過采集卡進行采集，采樣頻率可變，可根據教學要求進行攝制（主要滿足后續分析的需要），實現數字化視頻數據的生成；2、壓縮教學視頻。支持攝制多種壓縮格式：能實現多種視頻格式的相互轉換。1.2 技術實現1.2.1 軟技術部分（一）海量課堂視頻材料收集機制 本研究需要海量的課堂視頻材料，因此短時間內收集大量的、符合研究需要的視頻資源是首先要解決的問題。 主要實現機制構想：1、合作研究。通過北師大211工程重點研究課題“網絡環境下的基礎教育跨越式發展實驗研究”項目、教育部重點課題“全國學科四結合教學改革試驗研究”項目等課題中覆蓋全國的

2、超過600多所學校的先天優勢和條件，進行教學過程視頻材料收集；2、建設一個視頻素材資源收集網站，集信息發布、資源收集等功能于一體。系統直接面向個體教師，通過注冊會員、積分回報等手段進行互動式資源收集。這種方式費事較長，由于缺少行政干預力量，通常質量、有效性、實名性等也難以保證；3、與K12、國之源等資源類企業合作，從其長期的資源積累中篩選出符合條件的課堂教學視頻材料，以較低的價格購買，只用于研究領域；4、其他實現機制。各種實現機制需要進行對比、篩選，或者多頭并進，具體細節（運營方式、運營機制、審核機制、計費策略、激勵機制、推廣拓展等）還需要進一步細化，以使其更具有可操作性。 （二）課堂視頻材料

3、質量要求和拍攝規范 首先，視頻材料必須能夠記錄完整的課堂教學過程，并且畫面和聲音清晰，視音頻同步；其次視頻材料還必須從不同視角、不同的側面全方位的再現教學過程，這樣才能在后期分析過程中給出綜合性的計算機輔助量化評估。1.1.2 硬技術部分（一）視頻數據采集技術 主要實現數字化視頻數據的生成，可以采用如下機制實現： 1、數碼攝像機； 2、模擬攝像機視頻采集卡技術； 3、各類視頻文件之間的格式轉換技術；（二）海量數據傳輸技術 主要應對大數據量的視頻文件的傳輸與存儲，可采用如下機制實現： 1、光盤。以光盤的形式進行刻錄、郵寄、拷貝與存儲；2、網絡傳輸。包括FTP工具和HTTP傳輸工具，需要在服務器上

4、構筑相應服務，并涉及到讀寫授權、漫游認證等機制；（三）海量視頻數據管理技術、屬性標注技術、編輯技術這部分主要實現對于海量視頻數據的查詢檢索、備份轉存、查毒等；通過界面，以“所見即所得”的方式進行課堂視頻材料的批量標注；實現對原始課堂視頻材料的裁剪、編輯等操作，以得到可用于教學過程數字化可視分析的課堂視頻材料。可采用如下機制實現： 目前，市面上的各種各樣的非線性編輯系統很多，大都可以滿足本系統采集、壓縮和編輯的需要。本系統的實現有兩種成熟的方案可供選擇，一種是單機版的非線性編輯系統，如：Canopusr的DV Storm XA 實時非線性編輯系統，DPS VelocityQ非線性編輯系統。另一種

5、是網絡版的非線性編輯系統，其突出的特點是支持在線協同式非線性編輯。如：奧維迅DSX100數字非線性編輯系統。這兩類產品，可根據使用需要和資金情況選擇一種均可實現對不同來源、不同格式的教學視頻的采集、接收、預處理和標準化入庫功能。滿足教學視頻數字化可視分析系統的需求。2 視頻存儲管理2.1 功能描述（1）海量視頻數據的的多級存儲和管理；（2）視頻數據的多種屬性標注；（3）從教學過程特征的角度生成摘要和索引；（4）多維度的查詢和檢索；（5）其他，包括數據消重、備份/恢復、統計、容災、片斷提取等。2.2 技術實現2.2.1 軟技術部分 課堂視頻材料屬性描述規范：對收集的課堂視頻材料加注屬性（元數據，

6、Meta-Data）描述，可以有助于分類存儲、高速查找等操作，本部分就是要建立一種視頻材料屬性描述的規范，要求：屬性標注盡可能全面，至少包括課程名稱、簡介、主講教師、教師職稱、地域、學校、學校性質、教學過程描述、主要教學模式、收集時間、上課時間、課堂時間等；屬性標注的結果可以用于分類存儲、建立索引、高級查找等；建議把視頻文件的磁盤存儲路徑作為其中屬性之一，以有助于數據的取送與快速定位；對視頻材料的屬性描述規范需要在項目組綜合討論的基礎上，并參照CELTS、IMS-MetaData等相關標準的基礎上，整合本項目組研究的特定需求而制訂出來的。2.2.2 硬技術部分（一）海量視頻數據管理技術 海量視

7、頻數據管理包括以下功能操作： 海量數據存儲； 海量數據查詢、檢索、索引； 海量數據備份、轉存； 海量數據查毒操作；（二）視頻數據屬性編輯技術對收集的課堂視頻材料加注屬性（元數據，Meta-Data）描述，需要以可視化的界面、以“所見即所得”的方式進行，主要有：1、為屬性信息庫添加分類索引功能，以便于查找和定位；2、屬性描述數據本身與后面論述的教學過程信息庫相聯系，保持數據的一致性；3、通過界面，以“所見即所得”的方式進行；4、支持課堂視頻材料的批量標注，即一次性的標注多個視頻材料的同類屬性，例如同一目錄下的視頻文件的“存儲路徑”屬性一次性進行標注；5、設置好各類各種屬性（元數據）的缺省值，便于

8、操作；6、可以采用為每個視頻數據文件構建一個XML描述文件的方式進行，并且使該描述文件與視頻文件同名或同目錄，便于文件讀取、解析、定位與傳送。（三）視頻數據編輯工具視頻數據編輯工具實現對原始課堂視頻材料的裁剪、編輯等操作，以得到可用于教學過程數字化可視分析的課堂視頻材料，該工具主要功能有：1、對原始視頻材料進行裁剪、內容查找、內容定位、復制、粘貼、修復等編輯操作；2、可分離并編輯與視頻相對應的音頻數據；編輯字幕數據；3、編輯視音頻，使之同步；4、可剔除原始視頻文件中損壞或者明顯不合格的數據部分；以上這三個部分的實現機制為：此模塊包括教學視頻倉庫和教學視頻管理服務兩個部分。教學視頻倉庫負責存儲和

9、管理所有視頻文件及其相關信息，包括內容文本、內容對象、內容索引、內容關聯結構數據庫集等；教學視頻管理服務主要提供教學視頻維護及查詢檢索服務，支持基于XML標準的檢索、輸入和輸出。內容管理服務還實現教學視頻倉庫的備份、恢復、監控、審計等。目前，有關教學視頻倉庫硬件技術比較成熟，用一個專用的存貯服務器配上磁盤陣列就可以解決問題。市面上成熟的存貯服務器和磁盤陣列有多種，如：IBM 8862系列產品、HP DL580G2等服務器；IBM DS4300、HP 7110等磁盤陣列。目前，市場上的多媒體資產管理系統很多，主要采用C/S模式。雖然不同的系統針對的用戶不同，對媒體文件再加工的功能不同，但他們所采

10、用的技術是十分有價值的，是可移植的。如TRS媒體內容管理解決方案8已用應用到了新華社、CCTV、南方報業等眾多客戶。能夠實現這一功能的市場的產品有：同方視訊、TRS媒體內容管理解決方案、Interwoven發布內容管理平臺Interwoven 6、HP數字博物館解決方案。3 視頻分析處理3.1 功能描述對教學視頻的分析和處理是本系統的最重要的部分，也是最難做的部分。其總體目標是對經過采樣、編碼等自動化處理的教學過程視頻材料進行統計、分析和數據挖掘等操作，以發現教學過程中所蘊含的教學行為之間的關系和普遍原則。本質上是對教學視頻基于教育意義上的理解。即一種借助信息技術手段，對課堂教學中豐富而又復雜

11、的師生交互過程的信息進行處理和分析的過程。視頻分析處理系統的運行大致包括以下幾個過程：1、教學視頻的預處理這部分可能是一個“手工+半自動化”性質的工作。主要包括：（1）視頻格式的轉換、大小切割等操作；（2）視頻材料中的音頻信息的提取；（3）對視頻材料中的音頻信息的語音識別，形成對應的文本信息；（4）對視頻、語音、語音文本三個要素形成關聯并進行存儲。2、課程教學信息編碼。編碼面向的對象是視頻、音頻、語音文本三個對象，編碼目標是以教學過程分析理論為基礎，以某種可識別和計算的規則為手段，建立視頻、音頻、語音文本這三個對象之間的內在聯系，輸出為經過編碼的可以用于分析的源腳本（SCRIPT），文件格式自

12、定，但需要能夠被分析軟件所讀取。3、對所形成的編碼進行統計分析、數據挖掘。目標是對已進行編碼的腳本（SCRIPT）進行解析、統計和數據挖掘，以得到數量化的信息。3.2 技術實現3.2.1 軟技術部分（一）教學過程的數字化編碼理論1、編碼理論。編碼系統完成課堂教學過程中相關要素的分類和細類情況，并能夠枚舉所有要素、變量的狀態、變化情況，并分別給予唯一編碼碼號。2、數字化采樣技術。以時間為軸，按照某固定時間間隔（n）進行取樣，對每個樣本都按照編碼系統的規則和分類信息賦予編碼碼號（該碼號在教學過程信息庫中進行定義），這樣某課堂教學過程將被離散為課堂總時間/時間間隔（n）個編碼，這些編碼按照時間軸順序

13、代表著教學過程中相關要素的相關事件或者事件的變化，并對這些離散事件的變化趨勢、統計信息、相關性信息等進行分析和研究，就可以對課堂教學的結構、教學與學習活動、教學風格、學習風格、學習效果進行測定和預估。3、教學過程信息庫建設。采用數據庫技術構建教學過程信息的二維矩陣，以配合教學過程的采樣、量化、統計、分析等。（二）教學過程的數字化可視分析理論對教學過程的數字化可視分析理論主要從三個維度進行，其一是“學習與教學活動量化分析理論”；其二是“課堂教學模式的量化分析理論”；其三是“學習過程因素與學習效果的關系分析理論”。其中，以學習與教學活動量化分析為主線，其累積程度的測量和衡量機制構成了“課堂教學模式

14、的量化分析理論”，而學習活動、教學活動與學習效果之間的質和量的關系研究構成了“學習過程因素與學習效果的關系分析理論”，三者密不可分，與時間因素一起構成了教學過程的四維空間。3.2.2 硬技術部分（一）視頻材料采樣技術針對“教學過程的數字化編碼理論”，提供相應的工具予以支持教學過程視頻材料的采樣，采樣的結果即是把連續的教學過程轉變為離散的量化的數字表征，為后續的教學過程可視分析提供基礎。具體的基于視頻材料的采樣技術方案和實現機制需要HP公司實驗室相關技術人員提出并予以實現。（二）視頻材料樣本的自動化編碼技術在對視頻材料采樣后，需要隨后進行自動化編碼。以教學過程信息的二維矩陣為基礎，對每一個離散的

15、樣本（通常按照時間軸進行采樣）進行自動化編碼，這種編碼的自動化是以計算機系統對所采樣（離散）出來的視頻材料樣本的自動化理解技術為基礎和條件的。具體的基于視頻材料樣本的自動化編碼技術需要由北師大和HP公司相關人員一道，抽象出實現邏輯和機理，并予以實現。（三）視頻材料樣本的自動化理解技術視頻材料樣本的自動化理解是實現視頻材料所采樣樣本的“教育學解釋”、“心理學解釋”、“定位和歸類”等功能，這需要一個龐大的教學過程特征庫作為支撐。分析教學過程的特征，把每個教學過程微單元的特征（色調、像素、幀結構以及其他可以量化的信息）記錄入數據庫，在執行過程中，把樣本特征信息進行抽象和量化后，進行搜索并匹配相應特征

16、。（四）語音識別技術目前該方面已經有了一些成型的技術，如TRS系統中內容提取、內容摘要生成和關鍵字提取的辦法3；IBM公司的語音系統中語音的理解和分析方法。這些現成技術移植過來有助于分析系統對教學過程的更深層次的分析。目前，計算機對自然語言的理解取得了一定的成就，它在特定的領域內對人的語言的理解準確率達到了96%左右45，但把它用在課堂上,由于環境比較復雜，人員較多，噪聲也比較多，它的識別正確率通常都低于86%。所以，對課堂教學視頻的語音處理過程中，需要人的干預，才能保證在語音轉化為文本后，文本的正確性。（五）海量視頻數據樣本的統計分析技術可以統計海量數據的變化趨勢、各類別相關性模擬、數據統計等功能。可以采用SPSS、SAS等統計分析工具，但是否能夠滿足項目需要，還需要進行評估。4 教育教學指導模塊4.1 功能描述 形象