CN107968959A - 一种教学视频的知识点分割方法 - Google Patents

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Abstract

一种教学视频的知识点分割方法，所述方法包括，知识点建立步骤，为所述教学视频建立学科知识点，为所述学科知识点设定相应的关键字；教学视频分割及语义化步骤，提取所述教学视频的音频数据，根据所述音频数据中的语音停顿时间将所述教学视频分割成若干个视频元，并将所述视频元所对应的音频数据转化为视频元文字；教学视频知识点确定步骤，统计所述视频元文字中包含每个所述学科知识点的关键字的频数，针对每个所述学科知识点生成视频元时间及关键字频数关系表，去除所述若干个视频元中在时间维度上孤立的视频元，然后按照后面知识点覆盖前面知识点的原则，从所述学科知识点中确定一个作为每个所述视频元的知识点。

Description

一种教学视频的知识点分割方法
技术领域
本发明涉及一种教学视频的知识点分割方法。
背景技术
随着信息技术快速发展，数字化教学资源得到了极大的推动，利用数字化视频教学能记录教师的课程教学，学生课下反复进行教学重温达到掌握知识点的目的。数字化教学视频得到广大师生的青睐，现如今教学视频介绍以文字描述为主，不罗列视频讲述知识点或只是粗略描述，使得学生观看视频前不能清楚了解课程知识点目录，观看视频后不能建立知识点目录大纲，影响教学效率。目前能实现教学知识点分割的，要么通过简单地人工手动添加知识点大纲到视频介绍中，要么只适用部分教学视频中，如中学代数教学视频知识点自动索引技术，均不能普及到所有教学视频中去。
MediaWiki全球最著名的开源wiki程序，运行于PHP+MySQL环境。MediaWiki从2002年2月25日被作为维基百科全书的系统软件，并有大量其他应用实例。MediaWiki的开发得到维基媒体基金会的支持。
AudioNote将记事本和录音机的功能融为一体，支持文字和手写、绘画笔记，并可在设备之间自动同步。AudioNote功能非常全面，无论是会议、采访、讲座还是课堂上均可使用。用户甚至还可用它记录备忘录，随时记下新的想法。AudioNote将每条笔记与录音时间点直接链接起来，用户无需搜索整段录音即可快速找到想听的内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种教学视频知识点分割方法，可以通过语音识别以及图像识别等方法自动确定视频图像中的知识点并进行分割。
本发明提供一种教学视频的知识点分割方法，所述方法包括，知识点建立步骤，为所述教学视频建立学科知识点，为所述学科知识点设定相应的关键字；教学视频分割及语义化步骤，提取所述教学视频的音频数据，根据所述音频数据中的语音停顿时间将所述教学视频分割成若干个视频元，并将所述视频元所对应的音频数据转化为视频元文字；教学视频知识点确定步骤，统计所述视频元文字中包含每个所述学科知识点的关键字的频数，针对每个所述学科知识点生成视频元时间及关键字频数关系表，去除所述若干个视频元中在时间维度上孤立的视频元，然后按照后面知识点覆盖前面知识点的原则，从所述学科知识点中确定一个作为每个所述视频元的知识点。
更进一步，所述方法还包括，知识点边界确定步骤，在所述时间维度上，根据所述教学视频知识点确定步骤确定的知识点，搜索所述学科知识点的边界，如果相邻两个视频元的学科知识点不相同，则所述两个视频元为各自学科知识点的边界，所述两个视频元为边界视频元。
更进一步，所述方法还包括，知识点边界精确确定步骤，根据所述知识点边界确定步骤确定的学科知识点边界，抽取所述边界视频元中的图像，分析图像中包含的文字信息，统计所述文字信息中包含的每个所述学科知识点的关键字频数，以频数最多的学科知识点作为所述边界视频元的知识点，并以所述边界视频元知识点重新确定所述学科知识点边界。
更进一步，在所述知识点边界精确确定步骤中还包括，所述抽取的边界视频元中的图像为多个时刻的图像。
更进一步，所述知识点建立步骤通过获取Wiki站点的知识库来建立所述学科知识点。
更进一步，所述教学视频分割及语义化步骤中使用AudioNote工具将所述教学视频中的音频数据转化为文字。
本发明提供还提供一种教学视频的知识点分割方法，所述方法包括，知识点建立步骤，为所述教学视频建立学科知识点，为所述学科知识点设定相应的关键字；教学视频分割及语义化步骤，提取所述教学视频的音频数据，根据所述音频数据中的语音停顿时间将所述教学视频分割成若干个视频元，并将所述视频元所对应的音频数据转化为视频元文字；教学视频知识点确定步骤，分别统计所有视频元中每个知识点关键字的数目，为每个知识点生成关键字频数统计图；去除每个关键字频数统计图中在时间维度上孤立的视频元；整合所有知识点的关键字频数统计图，在整合时，处于视频中后面的知识点关键字频数统计图覆盖处于视频前面的知识点关键字频数统计图，整合后，从所述学科知识点中确定一个作为单个视频元的知识点；知识点边界确定步骤，在所述时间维度上，根据所述教学视频知识点确定步骤确定的知识点，搜索所述学科知识点的边界，如果相邻两个视频元的学科知识点不相同，则所述两个视频元为各自学科知识点的边界，所述两个视频元为边界视频元。
更进一步，所述方法还包括，知识点边界精确确定步骤，提取所述边界视频元前一个视频元的视频图像，提取所述视频图像中的文字，分别统计所述学科知识点关键字在所述提取文字中出现的频数，以频数大的知识点作为该视频元的知识点；如果该视频元的知识点属于边界点前面的知识点，则此视频元的起始时刻位置即为知识点边界，如果该视频元的知识点属于边界点后面的知识点，则继续往前取下一个视频元通过图像识别确定知识点，直到找到一个不属于边界点后面的知识点的视频元。
采用本发明的方法后，可以通过语音识别以及图像识别等方法自动确定视频图像中的知识点并进行分割，能够为教学视频建立清晰的知识网络，方便教学视频的检索，可以让学生单击相应的视频条断点进行相应的知识点观看学习，适用于所有教学视频，具有广泛性。
附图说明
图1为本发明的知识点分割原理流程图；
图2为高中物理的部分知识点示意图；
图3为将高中物理滑动摩擦力的教学视频的视频元音频对应的文字记录；
图4为每个视频元中滑动摩擦力定义根知识点的关键字频数统计图；
图5为每个视频元中滑动摩擦力条件根知识点的关键字频数统计图；
图6为整合后如知识点分布图。
具体实施方式
为了自动为教学视频建立知识点，本发明会构建一个包含所有可能涉及的学科的知识库，并为每个知识点选取识别关键字，使得该发明能适用所有类型的教学视频。另外本发明提供对视频知识点的分割方法，学生可以通过视频介绍中浏览到该教学视频的知识点框架，并且可以快速定位到自己想要观看的知识点所在视频的位置，大大提高学生的学习效率。
图1为本发明的知识点分割原理流程图。本发明的预先按照教学视频文件的学科内容进行命名，根据教学视频文件名称就可以获取该教学视频的所属学科。同时，为教学视频涉及到的所有学科构建学科知识库，为知识库中每个知识点添加识别关键字。当做好上述基础数据准备后，就可以为每个教学视频文件进行知识点分割。首先，根据视频文件名称获取视频所属学科，从学科知识库中获取该学科所有的知识点以及每个知识点所对应的关键字。同时，针对该视频文件，从视频文件中提取音频数据，并检测音频数据中语句停顿的地方，并根据语句停顿将视频文件分割成视频元，并针对每个视频元的音频数据，将音频数据转化为文字。接下来，根据前面获取的视频文件所属学科的知识点及关键字，以及视频元音频数据所对应的文字，统计关键字在每个视频元中出现的频数。然后，根据关键字所属的知识点，分别统计每个知识点基于视频元的关键字频数，绘制成频数统计图；去除频数统计图中不合理的部分，如图中偏离主体连续图形的部分，汇总所有统计图；确定知识点范围，获取精确知识点边界的位置，完成知识点分割。
下面结合具体的例子来描述本发明的构思。
1、构建学科知识库
建立课程数据库采用现有的较为流行的基于wiki学科知识库构建技术，构建出所有学科的知识库，以避免知识点遗漏，也保证了该技术能适用于所有学科教学视频。
⊙使用MediaWiki等工具建立Wiki站点
Wiki 是一种在网络上开放且可供多人协同创作的超文本系统，各类用户登录Wiki平台后，一方面可以编辑新的知识，贡献自 己的智慧；另一方面也可以通过检索、链接等操作从整个知识网络中搜索、学习到更多的知识。通过Wiki 构建的知识库，可以为学员提供系统而丰富的教学辅助资源，同时，开放式的环境可以促进学员学习的积极性，积极发表不同观点、不同见解，继而创造新知识。
基于Wiki 技术构建知识库，导入现有的wiki网站上关于各类学科的知识点和对知识点的详细划分。
⊙为每个知识点提供相应的识别关键字
对学科的知识点进行层次划分，对所有知识点详细划分出子知识点，每个子知识点可以有若干个子知识点，根知识点为没有子知识点的知识点。列举所有根知识点在教学视频中可能会提及的关键字，将这些关键字记录到知识库中相应的根知识点中。
图2为高中物理的部分知识点示意图。力、质点的运动、曲线的运动等为子知识点，质点的运动为根知识点，力还包括滑动摩擦力子知识点，滑动摩擦力子知识点又包括滑动摩擦力定义和滑动摩擦力条件等两个根知识点，曲线的运动子知识点包括匀速直线运动等根知识点。滑动摩擦力定义根知识点包括定义、滑动摩擦力等关键字，滑动摩擦力条件包括相对运动、挤压、粗糙等关键字。
2、对教学视频中进行视频元分割，并将每个视频元中的音频数据作声音转文字处理
⊙将视频划分为视频元
提取出视频的音频文件，确定一个适合的话语停顿时间，将音频中超过停顿时间的时间段设置为断点，根据断点将视频划分各个视频单元，即为视频元。
⊙使用AudioNote等工具将视频的音频转化为文字
AudioNote为现如今比较流行的音频转化文字的工具，也可使用其他转化工具。
⊙记录每个视频元中的文字
记录每个视频元中出现的语音文字，一个视频元中可能包含一句话也可能包含多句话。图3为将高中物理滑动摩擦力的教学视频的视频元音频对应的文字记录。按照前面的视频元划分方法，将高中物理滑动摩擦力的教学视频分割为若干个视频元，对每个视频元的音频数据进行语音识别，并按照对应视频元的时间顺序形成记录。为方便理解，图中粗体和斜体带下划线文字为不同知识点的关键字。
3、统计数据，完成教学视频知识点分割
⊙统计关键字数目，画出频数统计图
分别统计出所有视频元中每个知识点关键字的数目，分别绘制成关键字频数统计图，如滑动摩擦力定义关键字频数统计图、滑动摩擦力条件关键字频数统计图。图4为每个视频元中滑动摩擦力定义根知识点的关键字频数统计图，图5为每个视频元中滑动摩擦力条件根知识点的关键字频数统计图。根据前面的描述，滑动摩擦力定义根知识点包括定义、滑动摩擦力等关键字，针对每个视频元统计所有关键字出现的次数；滑动摩擦力定义根知识点包括相对运动、挤压、粗糙等关键字，同样，针对每个视频元统计这些关键字出现的次数。
⊙汇总所有知识点关键字频数统计图
对每个知识点关键字频数统计图作去除图中不合理部分的处理，如滑动摩擦力定义关键字频数统计图，滑动摩擦力条件关键字频数统计图中与主体连续图形相隔太多视频元的图形。如图4所示的滑动摩擦力定义根知识点的关键字频数统计图，图中标注11所示的视频元距离上一个出现关键的视频元间隔了2个视频元，则该视频元的数据为不合理部分，需要进行去除处理。图5所示的滑动摩擦力条件根知识点的关键字频数统计图中，标注12所示的视频元也由于与主体连续图形相隔2个视频元需要进行去除处理。
接下来整合所有知识点关键字频数统计图。在整合时，处于视频中后面的知识点关键字频数统计图要覆盖处于视频前面的知识点关键字频数统计图。按照该规则，整合图4和图5后，生成如图6所示的整合后如知识点分布图。由于滑动摩擦力条件知识点在视频中处于滑动摩擦力定义知识点的后面，所以滑动摩擦力条件关键字频数统计图覆盖滑动摩擦力定义关键字频数统计图。
⊙知识点边界确定
如图6所示，结合整合后的知识点分布图，两知识点边界在02:56-03:10这个视频元开始前，即02:56这个时刻，由于教学视频中引出一个知识点需要铺垫的话语，需要进一步精确知识点边界。取边界所在视频元前一个视频元，即02:44-02:54这个视频元，取该视频元起始时刻，结束时刻和中间时刻，即02:44、02:54、02:49三个时刻在视频中的图像；当然，也可以是视频元中多个时刻的图像，选取的时刻越多，误差越小。通过现有的图像处理技术提取前面提取的各个时刻的视频图像中的文字，分别统计两个知识点关键字在这些图像中出现的频数的平均数，比较其大小，平均数大的知识点为该视频元的知识点；如果该视频元的知识点属于边界点前面的知识点，则此视频元的起始时刻位置即为知识点边界，如果该视频元的知识点属于边界点后面的知识点，则继续取前面一个视频元通过图像识别确定知识点，直到找到一个不属于边界点后面的知识点的视频元。这样，该视频元及之前的视频元属于边界点前面的知识点，该视频元之后的视频元属于边界点后面的知识点。
以图6为例，边界点前面为滑动摩擦力定义知识点，边界点后面为滑动摩擦力条件知识点。知识点平均数大的知识点为02:44-02:54这个视频元所属的知识点，如果该视频元的知识点属于边界点后面的的知识点，即滑动摩擦力条件知识点，则继续往前取下一个视频元，直到获取的视频元不属于边界点后面的知识点，即不属于滑动摩擦力条件的知识点，则知识点边界在这个视频元的起始时刻位置，由此实现知识点边界的确定，完成知识点的分割。
应理解，在本发明实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种教学视频的知识点分割方法，其特征在于，所述方法包括，
知识点建立步骤，为所述教学视频建立学科知识点，为所述学科知识点设定相应的关键字；
教学视频分割及语义化步骤，提取所述教学视频的音频数据，根据所述音频数据中的语音停顿时间将所述教学视频分割成若干个视频元，并将所述视频元所对应的音频数据转化为视频元文字；
教学视频知识点确定步骤，统计所述视频元文字中包含每个所述学科知识点的关键字的频数，针对每个所述学科知识点生成视频元时间及关键字频数关系表，去除所述若干个视频元中在时间维度上孤立的视频元，然后按照后面知识点覆盖前面知识点的原则，从所述学科知识点中确定一个作为每个所述视频元的知识点。
2.如权利要求1所述的知识点分割方法，其特征在于，所述方法还包括，
知识点边界确定步骤，在所述时间维度上，根据所述教学视频知识点确定步骤确定的知识点，搜索所述学科知识点的边界，如果相邻两个视频元的学科知识点不相同，则所述两个视频元为各自学科知识点的边界，所述两个视频元为边界视频元。
3.如权利要求2所述的知识点分割方法，其特征在于，所述方法还包括，
知识点边界精确确定步骤，根据所述知识点边界确定步骤确定的学科知识点边界，抽取所述边界视频元中的图像，分析图像中包含的文字信息，统计所述文字信息中包含的每个所述学科知识点的关键字频数，以频数最多的学科知识点作为所述边界视频元的知识点，并以所述边界视频元知识点重新确定所述学科知识点边界。
4.如权利要求3所述的知识点分割方法，其特征在于，在所述知识点边界精确确定步骤中还包括，所述抽取的边界视频元中的图像为多个时刻的图像。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的知识点分割方法，其特征在于，所述知识点建立步骤通过获取Wiki站点的知识库来建立所述学科知识点。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的知识点分割方法，其特征在于，所述教学视频分割及语义化步骤中使用AudioNote工具将所述教学视频中的音频数据转化为文字。
7.一种教学视频的知识点分割方法，其特征在于，所述方法包括，
知识点建立步骤，为所述教学视频建立学科知识点，为所述学科知识点设定相应的关键字；
教学视频分割及语义化步骤，提取所述教学视频的音频数据，根据所述音频数据中的语音停顿时间将所述教学视频分割成若干个视频元，并将所述视频元所对应的音频数据转化为视频元文字；
教学视频知识点确定步骤，分别统计所有视频元中每个知识点关键字的数目，为每个知识点生成关键字频数统计图；去除每个关键字频数统计图中在时间维度上孤立的视频元；整合所有知识点的关键字频数统计图，在整合时，处于视频中后面的知识点关键字频数统计图覆盖处于视频前面的知识点关键字频数统计图，整合后，从所述学科知识点中确定一个作为单个视频元的知识点；
知识点边界确定步骤，在所述时间维度上，根据所述教学视频知识点确定步骤确定的知识点，搜索所述学科知识点的边界，如果相邻两个视频元的学科知识点不相同，则所述两个视频元为各自学科知识点的边界，所述两个视频元为边界视频元。
8.如权利要求7所述的知识点分割方法，其特征在于，所述方法还包括，
知识点边界精确确定步骤，提取所述边界视频元前一个视频元的视频图像，提取所述视频图像中的文字，分别统计所述学科知识点关键字在所述提取文字中出现的频数，以频数大的知识点作为该视频元的知识点；如果该视频元的知识点属于边界点前面的知识点，则此视频元的起始时刻位置即为知识点边界，如果该视频元的知识点属于边界点后面的知识点，则继续往前取下一个视频元通过图像识别确定知识点，直到找到一个不属于边界点后面的知识点的视频元。
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