網路式RealVideo影片編輯系統

陳琣騿A莊景欽,陳景宜,石勝文,洪政欣

國立暨南國際大學 多媒體暨通訊實驗室
南投縣埔里鎮大學路1號 
TEL:(049) 910960 EXT.2537
EMAIL:hychen@csie.ncnu.edu.tw





摘要

  
  隨著網際網路以及影片即時播放技術快速的革新, 學校在遠距教學方面具備了更新、更好的教學方式,許多學校也發展了遠距教學的工具。 在先前的研究中,我們在暨大資工系的『資訊系統與網路導論』課程實施一套自行研發的 『網路影音/網頁同步教材作家系統』,透過本作家系統老師可將其教學影音畫面數位壓縮 儲存,而靜態輔助教材則透過HTML網頁表達,系統將忠實記錄『影音』與『網頁』間的同 步關係,並整合儲存在RealServer 伺服器上以供網路點播。針對不同教學模式需求,老師可 以透過此系統線上或離線功能,進行教學影片與HTML網頁同步。但是,一段記錄完整上課 影音實況的影片必須經過適當修剪,才能成為好的課後學習材料。目前,command-line based RealVideo 的數位影片編輯系統需要較高階的作業平台(大容量儲存裝置、高效能的CPU),這使得一 般非資訊領域的老師不容易使用。為了讓影片編輯能夠透過網路在較低階的平台上 使用,我們設計了一個Java-based網路式影片編輯系統 。在這系統中,影片編輯(video editing)的 編輯階段(authoring stage)和成品階段(production stage)分別在client端以及server端執行。我們定 義了一些基本的編輯參數(例如cut/copy/paste)作為client與server雙方溝通的橋樑,讓使用者利 用client端的影片編輯器便可進行影片的編輯,藉由編輯參數(editing parameters)的傳送,讓server端 的影片製作代理人根據client端傳來的編輯參數引導Real server,進行遠端影片的編輯,並且產生最 後成品,讓使用者進行預覽。

 




一、簡 介

  全球資訊網(WWW)將網際網路(Internet)帶入一個多媒體網路資訊系統的嶄新時代,創造了開放式的環境,使得數位影片能夠快速的傳遞給世界各地每一位網際網路的使用者[1],達到資源共享的目的,這種技術革新也為遠距教學提供了新的教學方法。目前,在WWW[2]上已經存在許多關於隨選視訊與多點廣播的商用軟體,其中以RealNetwork研發的Real System [3] 影音壓縮技術、播放程式及伺服器系統最受歡迎,它提供的功能足以滿足教學品質的需求。透過其即時傳輸(Streaming)技術進行影音傳送/播放,不必等待漫長的影片下載時間。近來,許多媒體傳播公司都陸續引進這套系統,以利使用者進行網路新聞或節目的點播。當然,若將此網路點播系統應用在教學上將會有極大的助益。

  為落實本校暨南國際大學之遠距教學計劃[5],我們已研發一套上課影音實況與網頁同步播放系統[4][6](參考圖一),將RealNetworks研發的RealAudio/Video System (簡稱:Real System) 語音/視訊編碼(Codec)技術、播放程式(RealPlayer)及伺服器(RealServer)整合於系統之中。目前此套教學系統已經在上學期『資訊系統與網路導論』課程中被實際測試使用過,學生反應十分良好,也的確提高了本校的教學品質。然而,仍然有值得改進的問題,略述於下:

1. 多數的教師在進行RealVideo 影片編輯時,因為RealVideo的影片編輯系統需要高階的作業平台(大容量的硬碟,高效能的CPU),一般非資訊領域的教師不容易使用,對於影片的修改有所困難。

2.目前在RealVideo所提供的影片編輯環境之下,使用者必需先把所有要用到的原始影片存入使用者的機器中,接著才是進行影片處理(例如 編輯或特效處理),因此,所有先前提到的工具都必須在使用者端直接執行,使用者也被強迫提供更大容量的儲存裝置,以及更高效能的CPU來配合進行影片處理的需求。

  綜合以上所述,製作具有親和力的影片編輯工具[7],協助使用者更方便、更有效率的處理影片編輯是非常重要的。為了解決目前RealVideo影片編輯系統的缺點,我們以Java語言發展了網路式RealVideo影片編輯系統[8][9](參考圖二),此影片編輯系統可以方便老師透過網路對上課所錄製的影片進行線上修剪,不僅降低系統需求及成本,並且可以立即觀看成品,製作出滿意的影片以供學生透過瀏覽器從遠端下載編輯系統(Editor Applet)進行線上點播,使得學生重覆學習更加容易,學習效果加倍,也使得整套上課影音教材與網頁同步播放系統功能更加完備。下一節會對本文的RealVideo影片編輯系統概略說明,第三節會說明RealVideo影片編輯系統架構,第四節將提及系統實作細節,最後,將談到結論與未來展望。

 

圖 一.『網路影音/網頁同步教材作家系統』,圖右方顯示的教材HTML網頁與圖左方顯示的上課影音實況畫面會同步更新。





二、網路式RealVideo影片編輯系統

  本文所提出的網路式RealVideo影片編輯系統具備線上完成編輯,並且提供預覽的功能。依據教學需求,主要由(1)教材編輯系統(包含Player以及editor)(2)RealVideo編輯代理人( Editing Agent)(3)Real Server所構成

1.教材編輯系統:主要包含Player和Editor。

Player:

  老師或學生可以利用此一子功能,透過"pnm"或"http"等協定直接輸入影片的完整路徑與檔名到影片伺服器(real Server)取出預備的教材影片,並且進行streaming[10]的播放。

Editor:

  內含Copy、cut、paste、update、Mark、MarkEnd等功能,讓老師針對上課時所錄製的影片進行修剪,並且可立即觀看成品,製作出滿意的影片。

2.RealVideo 編輯代理人: 主要功能是接收並且執行從Client端編輯器所發出的編輯處理命令(例如  copy/paste/cut/update等編輯參數)。

3.Real Server: 主要功能是存放影音教材,並且依據RealVideo 編輯代理人所收到的編輯參數進行影音教材編輯(亦即使用者利用簡單的介面,透過網路傳遞編輯參數,讓遠端的Real Server進行command-line的影片編輯方式)。






三、系統架構

   在這個系統中,我們將影片編輯(Video editing)的處理分成編輯階段(authoring stage)和成品階段(production stage),兩階段分別由client端以及server端來處理,圖二說明了系統整體的架構。在client端,使用者利用支援Java的瀏灠器下載影片編輯工具(即 java applet 嵌入html之中[11],並且結合RealVideo Plug-Ins技術的影片編輯工具),完成下載後,使用者透過影片編輯器所列出的按鈕(參數介面化),選擇適當的影片編輯參數(例如,copy/paste/cut命令)按下,編輯器會將命令參數送往server端執行影片編輯的動作。在server端,RealVideo影片代理人"將根據client端送來的命令執行編輯操作,並且完成最後的影片成品。

圖 二. 網路式RealVideo影片編輯系統架構
 

  圖三詳細描述RealVideo影片編輯系統client端與server端之間的互動處理情形。

步驟一:

  使用者利用瀏覽器開啟WWW伺服器上的網頁,下載影片編輯系統。

步驟二:

  使用者利用影片編輯系統查詢server端的影片素材。

步驟三:

  使用者利用pnm或http協定,透過網路進行影片即時(streaming)播放。

步驟四:(authoring stage)

  使用者利用影片編輯系統的功能下達編輯命令(例如 cut、copy、paste)。

步驟五:

  Client將使用者所發出的編輯命令傳送給RealVideo 影片代理人。

步驟六:(production stage)

  RealVideo 影片代理人根據使用者的指令,要求Real Server執行命令,編輯與製作成新影片。

步驟七:

  當使用者按下Update命令後,最後的影片成品便由Server端傳給Client做即時Streaming播放。

圖 三. 『網路式RealVideo影片編輯系統』,Client端的編輯器與Server 端的RealVideo 影片製作代理人之間的互動情形





四、系統實作

  本系統之實作(http://www.mclab.csie.ncnu.edu.tw/garth/editor1.html)以網際網路為開發環境,並且選擇易跨平台的Java[12]發展伺服端agent程式。在考量讓使用者能夠方便使用本系統,我們以瀏覽器做為接收端工具,此外因為JavaScript[13]具備容易控制瀏覽器的特性,所以選擇JavaScript搭配Java來開發使用者端程式。使用者只要具備一套有安裝RealVideo Plug-In以及支援Java的WWW瀏覽器,將放在server端的editing applets下載到使用者的機器上,便可以進行影片編輯[14]。圖四顯示本文所提出two-channel RealVideo 影片編輯系統的實作圖。以下是此系統主要功能的簡單描述:

圖 四. two-channel 影片編輯系統.
 

1.即時播放(Streaming Playback):

  此系統可以進行單一頻道單獨播放,利用pnm或http協定從Real Server取得影片並且做即時播放。

2.基本的編輯控制:(參考圖五)

Mark:

  使用者進行影片編輯之前,可以藉由此編輯參數,自己訂出準備修剪的影片起始點。

MarkEnd:

  使用者進行影片編輯之前,可以藉由此編輯參數,自己訂出準備修剪的影片終止點,並且配合上述的Mark參數,訂出影片剪裁的完整範圍。

Copy:

  當使用者觀看影片後,可以利用Mark指定起使時間以及MarkEnd指定終止時間,複製出自想要的片段,儲存在Editing Pool中,不但可以直接瀏覽,並且可以貼入任何叫用的影片之中,類似Windows剪貼的功能。

Paste:

  使用者藉由此項功能可以將儲存在Editing Pool中的影片,利用MarkEnd決定插入點後貼入目的影片中。

Cut:

  系統使用者對於影片中需要裁剪的部份,可以利用此一功能剪掉任何片段,被裁掉的影片會送入Editing Pool之中,避免裁剪錯誤。

Update:

  透過此一功能,可以傳回經過修剪後的影片,並且自動於使用者目前所使用的影像channel中做streaming的即時播放。

圖 五.顯示一個Video Buffer,主要提供給兩個channel所修剪出的影片作為暫存的空間(Editing Pool)





五、討論、結論與未來發展方向

1.討論

  我們將本文的網路式影片編輯系統與傳統式影片編輯系統進行效能分析,傳統式影片編輯環境是在一部未包含課程影片的Real Server上執行,由遠端影片資料庫下載影片後進行編輯工作。 網路式影片編輯系統環境則使用一部安裝有瀏覽器的個人電腦,透過網路對一部包含課程影片的Real Server下達編輯命令直接編輯。 以Chap 1和Chap2兩部上課的影片進行實際編輯,導出以下基本數學關係:

  傳統式影片編輯系統修剪Chap 1影片時,必須先將Chap1下載到本地端(local)電腦上,對另一部影片Chap2進行修改時也將其下載到本地端,影片修剪完後的成品會被傳回影片資料庫存放, 因此,總共使用了3T時間。我們發現影片資料量越大時,R會遠小於1,並且需要修剪的影片越多時,網路式影片編輯系統的性能就越顯著。

  系統上線人數方面,假設使用者從client端送出編輯命令,到預覽最後成品,其可以忍受的時間長度為T,每個使用者平均送出N個編輯參數,每一個編輯參數平均所花的時間為t秒。則最大可服務client端的個數應為:

T/(N * t)

  隨著客戶端可以容忍的時間T增長,server端可服務的客戶個數也成正比增多。

2.結論

  在本文中,我們提出網路式影片編輯架構。目前我們已經實作出RealVideo 影片編輯系統的雛形,以下列出此系統架構主要的優點。

2.1.開放性的系統架構

  因為編輯階段(authoring stage)和成品階段(production stage)分別在client端及server所完成,並且藉由影片編輯參數進行溝通,所以任何client/server site支援此編輯參數(例如 copy、cut、paste)的軟體工具,皆可以使用本系統。因此系統具備更高的相容性及可攜性。

2.2.使用者端不需要高階的硬體設備

  因為在authoring stage期間,使用者透過pnm或http便可以進行影片即時播放,並不需要預先下載影片,所以在進行影片編輯時,使用者是透過網路進行線上編輯,因此不需要太大的儲存空間以及高效能的CPU,便可進行影片編輯。

2.3.方便使用

  圖形使用者介面(GUI)被大眾所接受與喜愛,本系統中的client端程式,讓使用者能夠透過滑鼠的使用,即可完成影片的編輯動作。

3.未來發展方向

  本文除了提出『網路式RealVideo影片編輯系統』之外,我們也將根據此系統之架構,研發Java-based之網路式MPEG-1視訊編輯系統。研究利用Java Media Framework實作出Multi-Channel的多媒體影音播放器,提供多樣的媒體資料播放格式,也透過本文所提出來的Client-Server架構發展視訊編輯系統,進行影片的編輯與特效的處理,以期對遠距教學與多媒體影像編輯有所貢獻。






參考文獻

[1] Burger, J., The Desktop Multimedia Bible, Addsion Wesley, 1993.

[2] The World Wide Web Journal Volume One, Issue Two, O'Reilly & Associates, Spring 1996.

[3] RealNetworks Inc, http://www.realaudio.com

[4] 國立暨南國際大學 資工系通訊暨多媒體實驗室,『網路影音/網頁同步教材』


http://mclab.csie.ncnu.edu.tw/hychen/course/computer_network/

[5] 國立暨南國際大學『遠距教學中心』, http://www.redu.ncnu.edu.tw/

[6] 陳琣騿B陳景宜、洪政欣 等, "網路多媒體在遠距語言教學之應用研究", 第七屆際電腦輔助教學研討會, pp.558-564, 1998.

[7] Sung, S.Y.; Soon, W.M.; Loh, W.L.; Shaw, K. , "A Multimedia Authoring Tool For The Internet ", submitted to IEEE Transactions on Consumer Electronics,1997.

[8] Herng-Yow Nhen, Jen-Shin Hong, Yen-Sheng Fu, Ja-Ling Wu, "WWW-EFXer: A Java-based Video Editing System", submitted to IEEE Transactions on Consumer Electronics, 1998.

[9] Meng, H.J.; Di Zhong; Shih-Fu Chang; Wang, Y.; Reibman, A.R.; Juang, B.H.; Chen, T.; Kung, S.-Y. , "WebClip: a WWW video editing/browsing system ", IEEE Intern. Workshop on Multimedia Signal Processing, 1997.

[10] Dey, J.K.; Sen, S.; Kurose, J.F.; Towsley, D.; Salehi, J.D., "Playback restart in interactive streaming video applications", IEEE International Conference on Multimedia Computing and Systems, 1997.

[11] Berner-Lee, T. And Connolly, D. W., "Hypertext Markup Language Specifications -2.0, 3.2," URL:http://www.w3.org/hypertext/WWW/MarkUp/HTML.html, 1996.

[12] Java, http://www.javasoft.com/

[13] JavaScript, http://developer. netscape.com/tech/javascript

[14] Meng, H.J.; Di Zhong; Shih-Fu Chang , "WebClip: a WWW video editing/browsing system", IEEE 1st Multimedia Signal Processing Workshop, June 1997, Princeton, NJ.