Annotierte interaktive nichtlineare Videos - Software Suite, Download- und Cache-Management

Modern Web technology makes the dream of fully interactive and enriched video come true. Nowadays it is possible to organize videos in a non-linear way playing in a sequence unknown in advance. Furthermore, additional information can be added to the video, ranging from short descriptions to animated images and further videos. This affords an easy and efficient to use authoring tool which is capable of the management of the single media objects, as well as a clear arrangement of the links between the parts. Tools of this kind can be found rarely and do mostly not provide the full range of needed functions. While providing an interactive experience to the viewer in the Web player, parallel plot sequences and additional information lead to an increased download volume. This may cause pauses during playback while elements have to be downloaded which are displayed with the video. A good quality of experience for these videos with small waiting times and a playback without interruptions is desired. This work presents the SIVA Suite to create the previously described annotated interactive non-linear videos. We propose a video model for interactivity, non-linearity, and annotations, which is implemented in an XML format, an authoring tool, and a player. Video is the main medium, whereby different scenes are linked to a scene graph. Time controlled additional content called annotations, like text, images, audio files, or videos, is added to the scenes. The user is able to navigate in the scene graph by selecting a button at a button panel. Furthermore, other navigational elements like a table of contents or a keyword search are provided. Besides the SIVA Suite, this thesis presents algorithms and strategies for download and cache management to provide a good quality of experience while watching the annotated interactive non-linear videos. Therefor, we implemented a standard-independent player framework. Integrated into a simulation environment, the framework allows to evaluate algorithms and strategies for the calculation of start-up times, and the selection of elements to pre-fetch into and delete from the cache. Their interaction during the playback of non-linear video contents can be analyzed. The algorithms and strategies can be used to minimize interruptions in the video flow after user interactions. Our extensive evaluation showed that our techniques result in faster start-up times and lesser interruptions in the video flow than those of other players. Knowledge of the structure of an interactive non-linear video can be used to minimize the start-up time at the beginning of a video while minimizing an increase in the overall download volume.Moderne Web-Technologien lassen den Traum von voll interaktiven und bereicherten Videos wahr werden. Heutzutage ist es möglich, Videos in nicht-linearer Art und Weise zu organisieren, welche dann in einer vorher unbekannten Reihenfolge abgespielt werden können. Weiterhin können den Videos Zusatzinformationen in Form von kurzen Beschreibungen über animierte Bilder bis hin zu weiteren Videos hinzugefügt werden. Dies erfordert ein einfach und effizient zu bedienendes Autorenwerkzeug, das in der Lage ist, sowohl einzelne Medien-Objekte zu verwalten, als auch die Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen klar darzustellen. Tools dieser Art sind selten und bieten meist nicht den vollen benötigten Funktionsumfang. Während dem Betrachter dieses interaktive Erlebnis im Web Player zur Verfügung gestellt wird, führen parallele Handlungsstränge und zusätzliche Inhalte zu einem erhöhten Download-Volumen. Dies kann zu Pausen während der Wiedergabe führen, in denen Elemente vom Server geladen werden müssen, welche mit dem Video angezeigt werden sollen. Ein gutes Benutzungserlebnis für solche Videos kann durch geringe Wartezeiten und eine unterbrechungsfreie Wiedergabe erreicht werden. Diese Arbeit stellt die SIVA Suite vor, mit der die zuvor beschriebenen annotierten interaktiven nicht-linearen Videos erstellt werden können. Wir bilden Interaktivität, Nichtlinearität und Annotationen in einem Video-Model ab. Dieses wird in unserem XML-Format, Autorentool und Player umgesetzt. Als Leitmedium werden hierbei Videos verwendet, welche aufgeteilt in Szenen zu einer Graphstruktur zusammengefügt werden können. Zeitlich gesteuerte zusätzliche Inhalte, sogenannte Annotationen, wie Texte, Bilder, Audio-Dateien und Videos, werden den Szenen hinzugefügt. Der Betrachter kann im Szenengraph navigieren, indem er in einem bereitgestellten Button-Panel eine Nachfolgeszene auswählt. Andere Navigationselemente sind ein Inhaltsverzeichnis sowie eine Suchfunktion. Neben der SIVA Suite beschreibt diese Arbeit Algorithmen und Strategien für Download und Cache Management, um eine gute Nutzungserfahrung während der Betrachtung der annotierten interaktiven nicht-linearen Videos zu bieten. Ein Webstandard-unabhängiges Playerframework erlaubt es, das Zusammenspiel von Algorithmen und Strategien zu evaluieren, welche für die Berechnung der Start-Zeitpunkte für die Wiedergabe, sowie die Auswahl von vorauszuladenden sowie zu löschenden Elemente verwendet werden. Ziel ist es, Unterbrechungen zu minimieren, wenn der Ablauf des Videos durch Benutzerinteraktion beeinflusst wird. Unsere umfassende Evaluation zeigte, dass es möglich ist, kürzere Startup-Zeiten und weniger Unterbrechungen mit unseren Strategien zu erreichen, als bei der Verwendung der Strategien anderer Player. Die Kenntnis der Struktur des interaktiven nicht-linearen Videos kann dazu verwendet werden, die Startzeit am Anfang der Szenen zu minimieren, während das Download-Volumen nicht erhöht wird

Interaction Design Patterns und CSCL-Scripts für Videolernumgebungen

In den letzten Jahren haben Lernvideos im Bereich des informellen und formellen Lernens an Bedeutung gewonnen. Inwieweit Lernende bei der Nutzung von Videos unterstützt werden und Lehrende didaktische Szenarien umsetzen können, hängt jedoch von der eingesetzten Videolernumgebung ab. Es ist Anliegen der vorliegende Arbeit, Prinzipien des User Interface Designs sowie Komponenten und Mechanismen videobasierter Lehr-Lern-Szenarien in Bezug auf Videolernumgebungen zu identifizieren, zu beschreiben und technisch zu realisieren. Das Ziel besteht darin, Gestaltungsprinzipien in Form von Interaction Design Patterns zu erarbeiten und computergestützte videobasierte Lehr-Lern-Szenarien mit Hilfe von CSCL-Scripts durch eine geeignete Spezifikation und Formalisierung zu realisieren. Für die Erarbeitung der Interaction Design Patterns wurden 121 Videolernumgebungen hinsichtlich 50 Kategorien in einer Inhaltsanalyse empirisch untersucht und dokumentiert. Unter Berücksichtigung ähnlicher Patterns aus thematisch verwandten Pattern Languages und den Erfahrungen aus der Implementierung und dem Einsatz von Videolernumgebungen entstanden 45 Interaction Design Patterns für verbreitete Lösungen für wiederkehrende Probleme bei der Gestaltung und Entwicklung von Videolernumgebungen. Diese Patterns wurden auf Pattern Konferenzen diskutiert und im Anschluss evaluiert sowie bei der Konzeption, Entwicklung und Bewertung mehrerer Videolernumgebungen angewendet. Zudem wurde das Software Framework VI-TWO vorgestellt, mit dem sich fast alle Patterns auf einfache Weise in Web-Anwendungen realisieren lassen. Zur Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts wurden existierende videobasierte und nicht videobasierte Scripts analysiert. Im Ergebnis unterschieden sich videobasierte CSCL-Scripts von allgemeinen CSCL-Scripts vor allem hinsichtlich der mit dem Video verknüpften oder darin verankerten Aufgaben und Aktivitäten. Videos werden dabei nicht als monolithische Einheiten, sondern als zeitkontinuierliche Medien betrachtet, in denen weitere Informationen zeitgenau verankert und Lernaktivitäten stattfinden können. Außerdem ließen sich drei Typen videobasierter CSCL-Scripts identifizieren: (1) Scripts zur Analyse und Diskussion von Videoinhalten, (2) Peer Annotation Scripts einschließlich dem Peer Assessment und (3) Jigsaw-Scripts, die das problembasierte Lernen mit Hilfe von Videos ermöglichen. Unabhängig davon variiert die Komplexität der Scripts auf drei Stufen: (1) sofern voneinander abgegrenzte zeitliche Phasen von Lernaktivitäten bestehen, (2) wenn darüber hinaus die Teilnehmer innerhalb von Gruppen Aufgaben bearbeiten (intra-group) und (3) falls außerdem Aufgaben auch gruppenübergreifend bearbeitet werden (inter-group). Auf Grundlage der Spezifikation konnte ein Datenmodell und ein Modell für die nutzerseitige Modellierung von Scripts verschiedener Komplexitätsstufen sowie Typen entwickelt und in dem CSCL-System VI-LAB realisiert werden. Diese Arbeit leistet in zweifacher Hinsicht einen Beitrag zur Forschung im Bereich E-Learning. Zum einen beschreiben die Interaction Design Patterns wiederkehrende User Interface Lösungen und stellen somit ein Hilfsmittel für Designer, Software Entwickler und Lehrende bei der Gestaltung und Implementierung von Videolernumgebungen dar. Zum anderen wurden durch die Spezifikation und softwareseitige Umsetzung videobasierter CSCL-Scripts Voraussetzungen geschaffen, die den praktischen Einsatz und die weitere Untersuchung des kollaborativen Lernens mit Videos ermöglichen.:1 Einführung 19 1.1 Motivation 19 1.2 Herausforderungen und Forschungsfragen 20 1.2.1 Interaction Design Patterns 20 1.2.2 Videobasierte CSCL-Scripts 22 1.3 Kapitelübersicht und Forschungsmethoden 25 1.3.1 Kapitelübersicht 25 1.3.2 Forschungsmethoden je Kapitel 27 2 Lernen mit Videos 29 2.1 Terminologie, Einsatzfelder und Potentiale von Lernvideos 30 2.1.1 Begriffsbestimmung 30 2.1.2 Einsatzfelder und Szenarien für das Lernen mit Videos 32 2.1.3 Potentiale des Medium Video 34 2.2 Videos im Kontext kognitiver Lerntheorien 36 2.2.1 Theorie der kognitiven Last 36 2.2.2 Kognitive Theorie des Lernens mit Multimedia 38 2.3 Interaktivität audiovisueller Lernmedien 44 2.4 Lernformen 48 2.4.1 Rezeptives Lernen 49 2.4.2 Selbstgesteuertes Lernen 50 2.4.3 Kollaboratives Lernen 52 2.5 Zusammenfassung 56 3 Videolernumgebungen und Hypervideos 59 3.1 Terminologie und Modelle 60 3.1.1 Videolernumgebung 60 3.1.2 Terminologie: Video, Hypervideo und interaktives Video 62 3.1.3 Spezifikationen für Hypervideo-Dokumente 65 3.1.4 Modelle des zeitlichen Layouts 66 3.2 Human Video Interface 69 3.2.1 Gestaltungsraum von Hypervideos 70 3.2.2 Usability-Herausforderungen von Human Video Interfaces 74 3.3 Technische Herausforderungen 76 3.3.1 Download und Cache-Management / Echte Nicht-Linearität 77 3.3.2 Synchronisierung von Video und Annotationen 78 3.3.3 Adressierung und Abruf von Medienfragmenten 78 3.3.4 Deklarative Ansätze der Repräsentation von Multimedia 80 3.4 Produktion und Integration in Lernumgebungen 81 3.4.1 Produktion: Vorgehensweisen und Paradigmen 82 3.4.2 Integration in Lernumgebungen und Zusammenspiel mit Diensten im WWW 85 3.5 Zusammenfassung 87 4 Interaction Design Patterns für Videolernumgebungen 91 4.1 Einführung in Design Patterns 92 4.1.1 Design Patterns 95 4.1.2 Mustersprache 101 4.1.3 Verwandte Ansätze im Interaction Design 104 4.1.4 Verwandte Pattern Languages 106 4.2 Systematische Elaboration von Design Patterns 109 4.2.1 Stand der Forschung bzgldem Pattern Mining 110 4.2.2 Inhaltsanalyse von Videolernumgebungen 112 4.2.3 Analyse und Integration ähnlicher Muster bzwMustersprachen 128 4.2.4 Verfassen sowie Revision und Evaluation der Muster 130 4.2.5 Konstruktion der Pattern Language 135 4.3 Pattern Language für Videolernumgebungen 140 4.3.1 Struktur der Pattern Language 140 4.3.2 Angrenzende Mustersprachen 144 4.3.3 Repräsentation in einer Wissensbasis 145 4.3.4 Anwendungs- und Einsatzszenarien 148 4.3.5 Exemplarische Interaction Design Patterns 151 4.4 Zusammenfassung 168 5 Videobasierte CSCL-Scripts 171 5.1 Einführung 172 5.1.1 Hintergrund zu Scripts und CSCL-Scripts 172 5.1.2 Definition videobasierter CSCL-Scripts 175 5.1.3 Mehrwert und Potentiale 177 5.1.4 Typisierung videobasierter CSCL-Scripts 178 5.2 Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts 184 5.2.1 Script-Komponenten 185 5.2.2 Script-Mechanismen 194 5.3 Modellierung von CSCL-Scripts 197 5.3.1 Komplexitätslevel 200 5.3.2 Verwandte Systeme und Ansätze zur Modellierung von Scripts 201 5.3.3 Konzept für eine formale Repräsentation 206 5.3.4 Konzept zur Modellierung im User Interface 209 5.4 Zusammenfassung 212 6 Realisierung von Patterns und Scripts 215 6.1 VI-TWO: JavaScript Framework für interaktive Videos 216 6.1.1 Anforderungen 217 6.1.2 Verwandte Arbeiten 219 6.1.3 Architektur von VI-TWO 222 6.1.4 Videoplayer 224 6.1.5 Videoannotationen 225 6.1.6 Makrointeraktivität in Kollektionen von Videos 229 6.1.7 Autorenwerkzeuge 232 6.2 VI-LAB: CSCL-System für videobasierte CSCL-Scripts 235 6.2.1 Anforderungen 236 6.2.2 Architektur von VI-LAB 238 6.2.3 Modellierung videobasierter CSCL-Scripts 241 6.2.4 Monitoring 244 6.3 Anwendungsbeispiele für VI-TWO und VI-LAB 246 6.3.1 Vi-Wiki 246 6.3.2 IWRM education 247 6.3.3 VI-LAB (Version 1) auf Basis von Wordpress 247 6.3.4 VI-LAB (Version 2) auf Basis von node.js 248 6.3.5 Theresienstadt explained 249 6.4 Zusammenfassung 252 7 Schlussbetrachtung 255 7.1 Beitrag der Arbeit zur Forschung 255 7.2 Kritische Würdigung 256 7.3 Ausblick 25

Models for sustaining emergence of practices for hypervideo

International audienceThe work presented in this paper aims at covering several domains: hypervideo modelling, document annotation, and practices sharing and emergence. It is based on the Advene project, providing a model and a prototype for creating, rendering and sharing annotations of audiovisual documents. After a presentation of the notion of multi-structurality in documents and a definition of hypervideos, we present the original Advene model. We then discuss some limitations observed in our model, and introduce a new model for hypervideos. We finally discuss related work with respect to our model, and raise the problem of the emergence of semantics in videos and hypervideos

Creating and sharing hypervideos with Advene

International audienceThe Advene pro ject aims at developing an open-source framework for hypervideo engineering, that allows to 1/ annotate audiovisual documents, i.e. to associate information to specific fragments of a video; 2/ provide augmented visualisations of the video that use the annotation structure; 3/ exchange the annotations and their associated visualisation modes independently from the original video, as documentary units called packages