【毕业学位论文】（Word原稿）基于flex技术的视频剪辑协作化学习平台设计与实现-软件工程

1 硕士学位论文 （专业学位） 基于 二 一 年十月 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型：工程硕士 专业领域：软件工程 指导教师： 副指导教师： 二 一四年三月 2 A in 2014 0921170324 he of on 3 基于王维 同济大学 1 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部 内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 指导教师签名： 学位论文作者签名： 年 月 日 年 月 日 2 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作 品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 1 摘要 随着计算机技术、多媒体技术以及网络技术等信息技术的发展，传统的教学和学习方式正在改变，新型的学习方式需要学习者会进行自主地、探究地以及合作地学习。如何利用信息技术特别是计算机网络技术的硬件条件，创设和构建重要的知识资源环境、友好方便的交流沟通环境 、理想的协作学习环境，充分发挥新兴技术的功能和优势成为大家值得思考的一个问题。 在此背景下，本人结合实际工作中对于视频存储和视频处理等方面相关技术解决方案，结合目前在视频处理相关技术上分布式视频处理和视频存储等技术，应用协作化的虚拟学习环境的创设，构建一个基于互联网环境的节目制作的虚拟教学平台，在实现上，首先着重于对视频剪辑标注和描述的抽象化分析，建立适当的节目制作操作过程的的语义化描述方法，实现在网络环境下，学生在 件下借助于网页交互手段，对于节目制作过程中常见的视频剪辑 /视频内容切换效果 /视频内容 布局调整等过程进行 义描述的实现，并以此为基础，在协作化学习环境创设的教学理论的指导下，在系统功能上实现基于 教师与学生之间，学生与学生之间基于网络构建一个多种手段的协作化虚拟学习环境，它可让学习者通过用户化身同时浏览学习内容，；同时基于视频剪辑制作的 义描述功能，结合分布式视频处理管理和视频剪辑管理等相关技术开发和技术应用，通过在服务器端所构建的基于分布式处理系统的视频储存和视频管理平台，实现基于义描述的视频制作任务中最终产品的生成以及存储 等相应的操作过程。 通过本项目的设计，在网络环境中构建面向于学生、教师的视频剪辑制作协作化学习环境，由传统的课堂教学迁移到网络和电脑教学以及更加好的高科技手段教学，使得学生学习向多样化发展，在实际的教学过程中提高学生的学习能力与认知能力，在了解知识的前提下提高学生自我获取知识的方法与手段，促进教学活动的开展。 关键词 ：协作化学习环境；视频剪辑； 布式系统 of of of to to be to to of in to to of a In I of in in of to to a on on of of of of of of ML on of to ML on to a of a of it by at of on ML at on on of ML in in to of to in of to on of to to of 济大学 硕士学位论文 目录 1 目录 第 1 章 绪论 . 1 目背景 . 1 内外研究现状 . 2 题意义 . 3 文研究内容 . 4 文组织结构 . 5 第 2 章 技术分析 . 7 术概述 . 7 据存储 . 9 术 . 10 章小结 . 11 第 3 章 系统需求分析 . 12 统架构需求 . 12 统功能需求 . 13 频剪辑描述模块需求 . 13 频剪辑协作化教学模块需求 . 14 频文件生成管理模块需求 . 15 统信息管理模块 . 15 据库需求分析 . 16 据库总体需求 . 17 户数据关系描述需求 . 17 功能性需求分析 . 17 统的性能需求 . 18 作可用性 . 18 统的可扩充性及可维护性 . 18 全性需求 . 18 第 4 章 系统设计 . 20 统架构设计 . 20 统功能设计 . 21 频剪辑描述模块设计 . 22 频剪辑协作化教学模块设计 . 23 同济大学 硕士学位论文 目录 2 频文件生成管理模块设计 . 27 统信息管理模块设计 . 31 据库设计 . 32 统数据模型设计 . 32 据关系模型设计 . 32 第 5 章 系统实现 . 36 统架构的实现 . 36 统服务架构实现 . 36 构与 配置实现 . 37 据库实现 . 39 向关系模式的转化 . 39 据库表的实现 . 40 统功能实现 . 43 频剪辑描述模块实现 . 43 频剪辑协作化教学模块 . 45 频文件生成管理模块实现 . 57 统信息管理模块实现 . 60 第 6 章 总结与展望 . 63 目设计开发总结 . 63 目应用前景展望 . 63 致谢 . 65 参考文献 . 66 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 . 66 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 在计算机技术的不断发展的今天 ， 越来越多的广泛的把计算机辅助教学作为一种新的教学模式应用到现实生活中，但在教学中占重要地位的实验教学却往往得不到很好的实现，因此可见，作为最佳选择的虚拟实验系统能够很好的解决这个问题。 虚拟实验系统的建设是实现教学资源共享与优化配置的重 要途径 ， 是 实行 现代新教育的重要手段，具有非常 深远 的实际意义 。 借助于 现代通讯和信息处理技术，虚拟实验系统可以有效地发挥现有的各种教育资源优势，优化资源配置，实现教育资源的广泛共享 1。 电视节目制作作为广播电视技术学和新闻传播学的一门重要学科， 学生缺乏实践一直是其教学的重点和难点 ， 学生不仅要 对 “节目制作编辑 ”、 “摄像摄影 ”、 “演播系统设计 ”等知识单元 进行理论学习并实际操作 ， 而且 还要面对实验设备 昂贵、 跟不上更新换代，学校实践课程安排较少 等诸多问题。 综合了 以上的问题 ， 为了 让基本知识能得到巩固， 让 实践操作的学习得到熟悉和掌握，对摄影摄像，节目制作这类的内容的学习和应用得到强化，我们分析了 计算机支持的协作学习（ 制和分布式虚拟现实（ 术 ，在此基础之上，又进一步细化了 电视节目制作的实验内容 ，最终 构建了电视节目制作虚拟学习环境 。在虚拟学习环境之中，学习者可以相互观摩，共同进步；每个人都会在意他人以及自身在各方面的进步和后退，留意他人的评价，以此能够营造积极向上的心理气氛，并且往更好的方向发展，达到全面提高每个协作者的自身素质的能力的目的。 计算机支持的协作学习机制运用于教育领域 更好地体现了建构主义对教学过程的要求，突出了学习者的主体性和协作性 2。 但是对于电视节目制作课程来说，视频节目制作过程是虚拟实验教学系统实现的关键部分内容。但是在传统的视频节目制作实现过程中，对于视频节目制作的成果是采用基于第三方软件生成的形式实现对于成果生成。这样实现方式能够直接生成完整的成果视频文件，并且生成的成果视频文件可以直接应用于其他应用场景。但是，对于虚拟教学应用来说，如果采用文件生成的形式进行成果展示或者成果提交的话，一方面由于专业软件在生成的过程中需要耗费一定的时间，在一定的程度上也会受 到客户端计算机的运行能力的限制，这将同济大学 硕士 学位论文 基于 术的视频剪辑协作化学习平台的设计与实现 2 会在一定程度上影响学生的自主化学习效果；另一方面，特别是针对视频文件生成上存在着耗费计算机资源较大，时间较长以及占用空间较大的问题，这也将会影响对于视频剪辑制作相关课程在教学活动中的开展 3。 针对以上的问题，结合目前在视频处理最新相关技术，应用协作化的虚拟学习环境的创设，构建一个基于互联网环境的节目制作的虚拟教学平台，面向于学生开展基于网络环境的协作化学习，使学生能够通过协作化学习平台提高对于视频剪辑相关技术的学习能力。 内外研究现状 本项目是在计算机网络环 境中，通过分布式计算、 述等相关技术在教学机构内构建一个基于虚拟现实技术的视频剪辑制作虚拟实验平台，目前在国内外视频剪辑制作虚拟实验教学平台尚未具有成型的作品，下面对于虚拟现实技术在教学应用过程中的研究现状进行进一步的分析，确立项目整体的研究方向。 虚拟现实技术在教学中的应用研究国内和国外的差距比较大， 近二十年来美国和欧洲一些主要国家在这方面的研究 取得了丰硕的成果 ， 譬如 在 美国的 翰逊空间 和休斯顿大学 的 合作 下， 成功建造了在虚拟环境中的 物理实验室 ；还有 北卡罗来纳大学 ( 虚拟 技术实现了分 子建模实验 等。 位于 英国 学建立了 第一个能够 进行外语 言 教学和 对 工业安全 进行教育培训的虚拟现实（ 工程 ； 诺丁汉大学 构建 了 目， 该项目以探索 输入设备，以及该设备在教育领域的应用为目标，其研究成果对帮助身体残障与学习有困难的学生有着重要意义 4。 就目前来说， 国内 虚拟显示技术的发展处于比较低的水平，尤其是在教学领域方面。而其他领域则 主要集中在虚拟校园这些虚拟教 学环境的建设领域之中，例如 清华大学 研究了 临场感和 虚拟现实 等 方面；中国科技开发院威海分院 ，在 虚拟现实 对 视觉接口技术 研究的过程中 ， 成功研制了一种能够用于虚拟现实的体视图像接口 ； 位于 北方工业大学 的 究中心 成功实现了自动生成 3D 动画的部分算法以及 3D 动画合成的软件处理 ； 作为国家重点的浙江大学 G 实验室研究并开发出了全方位的 桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统 ，在虚拟试验中完成了 一种递进网格的快速生成算法 和 一种新的快速漫游算法 。此外，还有 上海交通大学图像处理模式识别研究所、西北工业大学 究 中心、安徽大学电子工程与科学系等 相关单位也在这方面做了相当大的尝试和开发工作。最近几年， 教育应用领域 慢慢地成为人们研究的方第 1 章 绪论 3 向，逐渐做了一系列的研究关于 虚拟现实技术在教育中的应用 ，有很多的例子，东北师范大学宋达的虚拟现实技术在教育领域的应用和设计、南京师范大学的恽如伟的虚拟现实的教学应用和简易虚拟学习环境设计等 等。即使越来越多的学者投入到虚拟现实实验的研究中，但与教育理论结合起来的虚拟现实实验的研究在实际应用中的硕果却很少有人摘得 ， 把计算机支持的协作学习机制和分布式虚拟现实技术相结合进行研究正是本课题 在这一领域的创新之处5。目前，国内各高校对实验课的教学，大都存在着实验内容、形式、要求与实验器材、设备、场地、经费的保障相对滞后的矛盾，实验保障条件的限制在一定程度上影响了对学生实践创新能力的培养和对实验教学的开展。因此，开发虚拟实验室可以缓解实验资金和实验仪器设备不足等问题，降低实验教学对客观条件的依赖，同时为进一步加强实验教学和实验教学对学生实践能力、创新能力培养的力度都有积极的促进作用。作为一种新型的实验类型，基于网络的虚拟实验具有比传统实验更为灵活多样的表现形式，在促进实验教学技术手段创新发展， 提高学生素质等方面都将发挥重要的作用，必将有力地推动实验教学方法与实验教学内容的深刻变革，是实验教学技术的发展方向 6。 通过软件系统，能够通过虚拟的操作界面实现与传统的实验操作相类似的过程，实现了通过软件进行实验电路逻辑实现以及设计实验等过程，使学生的实验过程更加具有针对性，将会大大的提高学生的实际实验效果。 题意义 虚拟实验室是建立在现实实验台基础之上的。虚拟实验教学模型是建立在实际教学过程、学生的认知过程、实践过程的一种教学模型。该模型由使用者实验情景设置、实验界面呈现、实验过程仿真与模拟 、实验结果总结与评价等部分组成。它可以迁移学生的学习方法，由传统的课堂教学迁移到网络和电脑教学以及更加好的高科技手段教学。使得学生学习向多样化发展，在实际的教学过程中提高学生的学习能力与认知能力，在了解知识的前提下提高学生自我获取知识的方法与手段 7 。 虚拟实验本身实现的基础是网络技术、多媒体计算机技术以及与仪器技术的结合，通过这些技术，可以把实验课程的内容很好的体现，可以更好地对课堂辅助教学。尤其是在完成具体实验的时候因为实验危险或者器材昂贵等问题，以及真是实验中不方便完成繁琐操作的时候，虚拟实验就 可以为课堂教学提供服务，发挥其完美的特性。对于应用类课程和工程类课程如果缺少了动手进行实验操作的机会，该实验课程的教学效果就将会大打折扣。虚拟实验则为它们同济大学 硕士 学位论文 基于 术的视频剪辑协作化学习平台的设计与实现 4 提供了既廉价又快速的获取实验技能和各种知识的途径 8。 利用虚拟实验，开展探究式教学，对于学生对知识的掌握和进行自主学习都有很大帮助。与现实的延伸性 (或现实的一致性 )、实施的信息反馈性、高度交互性是虚拟实验所应该具备的最基本特征。因此在虚拟实验中学生不仅能够得到动手操作的体验，还能够得到操作的及时反馈，这样的实验学习体验可是网络课程中的视音频、文字所 无法给予的。因此，虚拟实验教学能够为学生提供在真实实验室做实验的学习体验 9 。 在研究本课题的过程中， 电视节目制作虚拟学习环境 是我们的一个重要的切入点，在分析 虚拟现实环境建设的理论 的基础上，分别提出了 分布式虚拟学习环境构建的系统体系 以及 关键技术， 尝试运用 造 虚拟现实技术相结合的分布式协作 的一种 虚拟学习环境（ 分析了 在教学和实验过程中的教学效果 ，为后来的相同环境 的学习和 相关学习资源的开发提供思路和借鉴。 在现代教育中，实验教学占有非常重要的地位。实验教学是高等工科教育中一个重要的实践教学环节，对提高学生的动手能力，学生创造力的开发起着不可估量的作用。特别是近年来随着素质教育的深入和教学计划的调整，实验教学同课堂教学相配合、相衔接，就成为培养学生创新能力、自学能力，最终完成教学目的的重要环节，学生只有通过频繁的综合设计性实验操作，才能将理论与实践很好地结合起来，也只有通过实验，才能加深理解和掌握该课程的基础理论和应用技术。对于虚拟实验来说，实验内容开放，可在教师的指 导下合理地自由选择实验内容，也可以自己申请设计性实验项目。实验方式从以专业、班级为单位的统一化转为因材施教的多样化开放式教学。虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向 10 。 文研究内容 本项目在目前社会对于节目制作相关需求的背景下，结合目前在视频处理相关技术上的发展，应用协作化的分布式虚拟学习环境的创设，构建一个基于互联网环境的节目制作的虚拟教学平台。在平台设计上，主要包含以下几个模块： 1）视频剪辑描述模块 通过对于视频剪辑标注和描述的抽象化分析，建立适当的节目制作操作过程的语义化描述方法，实 现在网络环境下，学生在 件下借助于网页交互手段，对于节目制作过程中常见的视频剪辑 /视频内容切换效果 /视频内容布局调第 1 章 绪论 5 整等过程进行 义描述的实现，基于此模块可以实现用户与用户之间的协作化教学活动的开展以及基于 言描述的生成文件的格式转换等工作。 2）视频剪辑协作化教学模块 通过基于 现基于协作的分布式虚拟学习环境，它可让学习者通过用户化身同时浏览学习内容，学习者和场景实体间可以发生交互，如对于视频剪辑过程中的剪辑序列 的入点、出点信息，视频剪辑特效的插入等；并借助于网络环境和数据服务平台，实现用户与用户之间对于学习内容的虚拟操作的协作化学习环境的构建。 3）视频文件生成管理模块 在对于基于 目制作任务响应操作的描述的基础上，通过在服务器端所构建的基于分布式处理系统的视频储存和视频管理平台，实现基于 4）系统信息管理模块 在完成以上功能的基础上，系统信息管理模块主要实现对于系统内用户的管理 /权限的控制等系统基本用户操作，以及对于系统内教学过程、节目 制作内容以及系统其他关键性的信息内容单元的管理操作。 文组织结构 在以上对于视频剪辑制作课程相关背景以及目前在协作化教学活动开展的情况，针对项目的设计内容和需求，以软件工程理论以及相关技术知识体系的指导下，在互联网上构建一个基于视频剪辑制作相关实践性课程的网络协作化教学平台。 在论文内容上，主要包括以下几个部分： 第一章，绪论。本文首先论述了当前协作化教学活动的开展情况，以及目前视频剪辑制作相关课程中教学活动的组织开展方式以及在相关网络教学平台中的实现方式，并对于目前基于网络化的协作化教学活动的研 究现状进行必要的分析，在此基础上，结合项目的实际需要，对于项目的实现内容进行了简要的介绍，并对于项目具体的实现意义进行了必要的阐述。 第二章，相关技术。在第一章的基础上，结合所学的理论知识，结合软件工程技术基础，对于项目开发的过程中所需要应用的技术进行必要的阐述和分析，并阐述了各项技术结合的优缺点，为项目开发提供了一定的技术背景。 第三章，在前面两章分析的基础上，根据实际的系统需要以及技术特点，同济大学 硕士 学位论文 基于 术的视频剪辑协作化学习平台的设计与实现 6 对于系统进行详细的分析，包括需求分析、系统结构分析和技术分析等部分，通过这部分内容使系统设计更加合理。 第四章，在 对于系统进行详细分析的基础上，对于系统进行必要的方案设计，特别是针对基于 可视化界面描述以及项目相关实现功能设计，建立必要的数据模型进行相关数据操作的表征，并设计数据关系 ，并在 立完整的系统数据存储结构。 第五章，在前面分析和设计的基础上，实现项目设计过程中所要求的各个功能，并在此基础上，对于在实现过程中的关键技术进行详细的分析，阐述关键功能的实现方法和手段，并对于系统的测试、调试等相关方面进行了一定的叙述。 第六章，对于前面五个章进行必要的总结，并分析了 项目目前存在的问题和需要进一步改进的方法。 第 2 章 技术 分析 7 第 2章 技术分析 通过对于目前的主流开发语言和开发技术的研究，在平台的设计上确立一套完整的技术实现手段。在后台数据服务的框架选择上，采用与 统整合的 . 用其技术特点，实现高效的数据处理。在数据的存储和数据交互方面，依据数据处理的期望和数据量，在数据库的选择上选择 程序与数据库接口的技术选择上，采用当前比较高效的 理技术。 2004 年， 司发布了 术，这是 展过程中的重大事件，标志着 大规模普及迈出了第一步。此后， 由于各种不为人知的原因， 司后来被大名鼎鼎的 司收购。有关 基本概念， 方的定义如下： “创建并交付丰富 用程序（ 堪称最完整、最强大的 发解决方案。它使企业能够创建个性化的丰富多媒体应用程序，极大地提高用户的体验，彻底革新人与 交互关系。 ” 司于 2006 年发布了 前最新版本是 2008 年 2 月发布的术进一步迎合 发展趋势以及市场 和用户的需求，其大大超越了它的上一版本。尤其是新增的技术特性更是锦上添花，例如全面支持增的高级 件、增加提高性能和缩减 文件体积的特性、增强与后台服务器交互等。经过多年发展过程， 术已经成为目前最完整、功能最强大的 发解决方案 11。 目前，已经有多家著名企业使用 术实施应用开发，例如 ，其所 构建的应用范围包括富媒体应用程序、电子商务、数据可视化、在线产品定制等 10。这些复杂的应用与 术所具有的丰富技术特性有着密切联系。究竟最新版的 有哪些主要的技术特性呢？ 可创建跨平台跨浏览器的 用程序，并为其提供丰富的用户体验 用程序运行在 ，而该播放器在 98%以上的计算机中都已经安装，这为创建跨平台跨浏览器的应用程序奠定了坚实基础。使用 用程序，这样可以吸引更同济大学 硕士 学位论文 基于 术的视频剪辑协作化学习平台的设计与实现 8 多用户，提高效率和满 意度。 1）支持 用开发 持 用程序开发。 一个跨平台的运行时。 够使得开发人员利用现 有的 发技能（包括 势，建立和配置跨平台的桌面 用。 行了全面支持，其内置新的 时 集成开发环境 对创建 用程序进行了优化。 支持与 协同工作 将 合应用能够实现流畅统一的工作流程。例如，使用 够创建为 接受的资源，接着利用 可轻松导入这些资源，并使之成为 户界面的构成部分。 2）提供高级数据服务 开发人员利用开源 S 能够轻松的将 用程序与后台分布式数据和 务器之间连接起来，从而实现实时的数据驱动的交互应用。 3）支持开源 司已经宣布对 源。这样，任何人都能