Multimedia zur Unterstützung der Lehre: Vorlesungen im Internet

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1 Seite 1 von 6 Online-Hilfe Uni-Home ZDV-Home Beratung (FAQ) Diese Seiten verwenden Cascading Style Sheets (mehr Infos). Multimedia zur Unterstützung der Lehre: Vorlesungen im Internet 1. Internet-Fernsehen für Forschung und Lehre Die technische Entwicklung des Internets und der Boom des World Wide Web wurden von Universitäten nicht nur mit eingeleitet, sondern aufgegriffen, um in der Lehre die neuen technischen Möglichkeiten anzuwenden. Verschiedene Projekte befassen sich mit Techniken einer zu entwickelnden "virtuellen Hochschule", mit neuen Formen der Vorlesungspräsentation und computergestützten Übungen. Es zeigte sich, daß Vorlesungen, die mit multimedialen Elementen vorgetragen und mit Videotechnik aufgezeichnet und übertragen werden, sehr aufwendig in Gestaltung und Realisierung sind, didaktisch aber nicht unbedingt besser als klassische Vorlesungen mit Tafel und Kreide sind. Im folgenden soll der Weg beschrieben werden, den das Zentrum für Datenverarbeitung gegangen ist. Vorlesungen werden in ihrer ursprünglichen Form aufgezeichnet, mit ihren interaktiven und spontanen Elementen und dem originären Charme, den ein Dozent und seine Zuhörer ihr geben können (leider schränkt eine Videokamera - anfangs - die Spontaneität etwas ein). Das Videomaterial wird hinterher aufbereitet und im Internet bereitgestellt. Grundlage für die Distribution im Internet ist die neue Technologie des Streaming ("Strömen"), welche die Hör- und Sehgewohnheiten von Radio und Fernsehen in die Welt des Internet einführt. Die Integration der neuen Streaming-Medien in das World Wide Web erlaubt darüber hinaus neue Dienste wie video on demand. Das ZDV hat dazu seit November 1998 im Rahmen der Landesprojekte Multimedia Arbeitsgemeinschaft (MM-AG) und IBM Digital Library (IBM-DL) den Tübinger Internet MultiMedia-Server (timms) aufgebaut. In Zusammenarbeit mit den Fakultäten und zentralen Einrichtungen der Universität entstand so einer der größten von einer deutschen Universität betriebene Video- und Audio-Streamserver Die geschichtliche Entwicklung von timms wurde in einem BI-Artikel BI 2001/1+2, S. 1-3 bereits geschildert. Die auf timms vorhandene Sammlung an Streams zeichnet sich dadurch aus, daß die Videos inhaltlich erfaßt wurden und mit einer Art "Suchmaschine" abfragbar sind: Das Ergebnis ist eine Liste von Videos, die ab der interessierenden Stelle abgespielt werden können. Durch die inhaltliche Erschließung wird das Material zur Video-Enzyklopädie aufgewertet. 2. Was ist Streaming? Suche Jedem Benutzer des WWW ist mittlerweile geläufig, was ein "Download" ist: Die werden über das Netz auf die lokale Festplatte übertragen und sind anschließend verfügbar. Bei den großen Datenmengen von Videos bedeutet das lange Übertragungszeiten und hohe Kosten. Eventuell stellt man am Ende fest, daß das Video

2 Seite 2 von 6 gar nicht das enthielt, was man sich davon versprach! Beim Streaming können - nach einer kurzen Startphase - bereits während der sukzessiven Datenübertragung die Video-Daten mit einem entsprechenden Programm angesehen werden. Insbesondere ist es nicht nötig, das Video von Beginn an zu sehen, um dann eine halbe Stunde auf die Stelle zu warten, die einen interessiert. Videound Audio-Streams können von einer beliebigen Stelle an abgespielt werden. Voraussetzung ist, daß die Datenströme nicht größer sind als die Kapazität der Leitung, mit der man zur Videoquelle verbunden ist (z.b. ISDN: Datenrate kleiner als 64 kbit/s). Die vor allem im Wissenschaftsnetz mittlerweile vorhandene Bandbreite (100 MBit/s und mehr) erlaubt es, Videos in besserer Qualität zu übertragen, ohne das Netz exklusiv zu belegen. In den letzten Jahren sind drei Streaming-Formate entwickelt worden, die zur Zeit eingesetzt werden. Von Apple stammt Quicktime, ein älteres Videoformat, das ständig weiterentwickelt wurde und heutzutage auch für Streaming geeignet ist. Die Firma Real- Networks hat die Streamingtechnik zuerst entwickelt und bekannt gemacht und verwendet aktuell das Format Real Media G2 (RM). Deren Produkte decken die meisten Rechnerplattformen ab (z.b. auch Linux). Natürlich fehlt Microsoft nicht in dieser Runde und hat das Advanced Streaming Format (ASF) (neuer Name: Windows Media Video Format, WMV) entwickelt. Seine Produkte sind zur Zeit kostenlos erhältlich und damit für Universitäten interessant - wobei die Abspielsoftware (Player) bei allen drei Varianten kostenlos erhältlich ist. Das ZDV hat in der Anfangsphase zuerst einen Stream-Server für ASF aufgebaut (den Netshow Server von Microsoft) und ist zur Zeit dabei, einen RealServer für G2 mit den vorhandenen Videos zu bestücken. Testweise wurde auch erfolgreich ein Quicktime- Streaming-Server betrieben, wobei zur Zeit allerdings die personellen und finanziellen Resourcen zur Konvertierung des Videomaterials fehlen. Ein Stream enthält die Daten in hochkomprimierenden Formaten wie z.b. MPEG4 oder RealVideo, Audiodaten werden in MS-Audio, MPEG Audio Level 3 (auch als MP3 bekannt) oder RealAudio kodiert. Die Kompression benötigt dabei mehr Rechenzeit als die Dekompression, da zur effizienten Kodierung die Audio-/Video-Daten analysiert werden müssen. Möchte ein Benutzer (Klient) einen Stream ansehen, so werden zwei Netzverbindungen zwischen Klient und Server aufgebaut (über die gleiche physikalische Verbindung!): ein Kontrollkanal, über den Informationen ausgetauscht werden, die z.b. die Zuverlässigkeit der Netzverbindung betreffen oder Steuerkommandos des Klienten für den Abspielstartpunkt des Streams. Der zweite Verbindungskanal überträgt die eigentlichen Audiound Videodaten vom Server zum Klienten. Hier werden Protokolle (= Kommunikationsvereinbarungen zwischen Klient und Server) verwendet, die eine Übertragung in Realzeit sicherstellen. 3. Vom Videoarchiv zur Videoenzyklopädie Mag es auch erstaunlich sein, mit welcher Qualität Videostreams im Uninetz angeboten werden können, so wird sich kaum ein Benutzer mehrere Vorlesungsmitschnitte von jeweils 45 Minuten Dauer in voller Länge ansehen wollen. Nun kann ein Stream von jeder Stelle an abgespielt werden - woher aber weiß der Betrachter, wo eine ihn interessierende Sequenz beginnt?

3 Seite 3 von 6 Dieses Problem löst der Tübinger Internet Multimedia-Server, mit dem ein im Internet neuartiger Ansatz zur Verwendung von Video- und Audiomaterial im universitären Umfeld erprobt wird: Zunächst am Beispiel der Anfängervorlesungen der Chemie wurden zusätzliche Daten über das Videoobjekt erfaßt, sogenannte Metadaten. Neben Datum, Dozent und Titel wurde eine Kurzbeschreibung jeder Vorlesungsstunde aufgenommen. Außerdem wurde eine zeitabhängige Verschlagwortung durchgeführt, indem die Vorlesungsmitschnitte - zum Teil von den Autoren selbst - mit Stichwortindizes versehen worden sind: Im Durchschnitt alle fünf Minuten wurde ein Stichwort vermerkt und mit der zugehörigen Zeitmarke versehen. Bei der späteren Suche (s. u.) nach dem Stichwort gelangt man direkt an die zugehörige Stelle des Videodokuments. Die Archivierung des Videos erfolgte anschließend zusammen mit seinen dazugehörigen Metadaten. Die fachliche - und personelle - Unterstützung der Dozenten bei der Indizierung hat die Qualität der inhaltlichen Erschließung sichergestellt und verleiht den Aufzeichnungen durch die hinzugewonnenen Metadaten einen enzyklopädischen Charakter. 4. Standards der Katalogisierung und Metadatenerfassung Die Entwicklung des World Wide Web mit seiner unübersehbaren Menge an nützlichen bis unsinnigen Web-Seiten machte es sinnvoll, den Inhalt von Web-Seiten zu beschreiben - mit Hilfe von Metadaten, die von den mittlerweile erfundenen Suchmaschinen besser ausgewertet werden können. Dies war der Anfang der Dublin Core Metadata Initiative (kurz "Dublic Core" genannt), die mittlerweile zu einem allgemeinen Standard für die Beschreibung der Inhalte elektronischer Resourcen geführt hat. Da Dublin Core für verschiedene Disziplinen sowie Sprachen verwendbar ist und es erlaubt, elaboriertere Beschreibungsstandards abzubilden, findet dieses Beschreibungsmodell auch in Museen und Bibliotheken ein neues Anwendungsfeld. Das Bibliotheks-Service-Zentrum (BSZ) Konstanz hat im Rahmen des BadenWürttemberg- Projektes IBM-DL zusammen mit den anderen Projektbeteiligten für die Erfassung der Metadaten den Dublin Core Standard verwendet und an lokale Gegebenheiten angepaßt. In der Datenmodellierung und bei der Erfassung von Metadaten für Audio-/Video- Dokumente lehnen sich die Projekte der MM-AG, also insbesondere der Tübinger Server timms, an die Vorgaben und Vorarbeiten an, die im IBM-DL-Projekt erarbeitet wurden. Die auf timms bereitgestellten Audio-/Video-Objekte sind also darauf vorbereitet, in die neu entstehenden digitalen Archive und Bibliotheken aufgenommen zu werden. Mittlerweile wurde von Wissenschaftseinrichtungen des Landes Baden-Württemberg die DL Metadata Initiative (DLMI) ins Leben gerufen, in der die erarbeiteten Anpassungen allgemein verbreitet werden sollen (siehe: ) 5. Benutzung des Archivs, Recherche a) Alles nur multimediale Spielerei? Vielleicht erscheinen die dokumentarischen Filme über Forschung, Lehre und Leben auf dem Campus etwas kurios oder hausbacken, um es höflich auszudrücken. Die verwendete Distributionstechnik und ihre Integration ins WWW führen zunächst zu neuen - multimedialen - Präsentationsformen des Wissens. Diese befriedigen nicht nur die allgemeine akademische Experimentierfreude, sondern geben vielleicht der Lehre sowie der Präsentation von Forschungsergebnissen neue Impulse. Die auf timms erstmals

4 Seite 4 von 6 vorgestellten Recherchemethoden für entsprechend erschlossenes Material leisten aber noch mehr: Durch den gezielten Zugriff auf den (Wissens-)Inhalt der multimedialen Dokumente erreichen diese die Qualität einer gut indizierten (Lehr-)Buchsammlung. b) Die Voraussetzungen an Hard- und Software Die in den letzten Jahren verbesserte Netzwerkinfrastruktur, eine höhere Netzwerkbandbreite und ausgeklügelte Kompressionsverfahren machen die neue multimediale Welt der Video- und Audiostreams für (beinahe) jeden Benutzer des WWW erreichbar. Ist nur ein Modem- oder ISDN-Zugang verfügbar, kann das Material in der heute im Internet üblichen Qualität empfangen werden (guter Ton, aber Video in Briefmarkengröße). Anwender, die Zugang zu einem schnellen Netzanschluß haben (> 300 Bit/s, z.b. DSL), können sich die Streams in hoher technischer Qualität ansehen. Dazu gehören die Mitarbeiter der Universität, die i. a. einen Zugang zum Wissenschaftsnetz mit seiner Bandbreite von 100 MBit/s und mehr haben. Studenten können in Computer-Pools und teilweise auch in Studentenwohnheimen ebenfalls die bessere Qualität der Videostreams empfangen. Die vorhandenene Rechenleistung auf dem Schreibtisch reicht für die Dekompression, wenn der Computer in den letzten Jahren erworben wurde: ein PC von der Klasse eines Pentiums mit 166 MHz Taktrate, mit 64 MB Hauptspeicher und einer Soundkarte genügt, um Streamdaten dekodieren zu können. Die Software zum Abspielen ist entweder schon auf den Rechnern installiert oder ist kostenlos im Internet erhältlich: Wegen der Integration der Streams ins WWW ist ein Web- Browser (MS Internet Explorer oder Netscape Navigator - jeweils ab Version 4.x) notwendig. Die eigentlichen Streamdaten werden vom MS-Windows Mediaplayer (ab Version 6.4) oder vom RealNetworks RealPlayer G2 abgespielt. Windows- und Mac-OS- Benutzer können unter beiden Varianten wählen, Linux-Nutzer müssen den G2-Player (und den Netscape Navigator) verwenden. c) Der hierarchische Zugang Über die WWW-Seiten des timms wird man zu den angebotenen Video- und Audiostreams geführt. Der Link "Medienarchiv" auf der Startseite oder die Wahl "hierarchische Suche" erlauben dem Benutzer, die Universitätshierarchie zu durchstöbern und nach Videoobjekten der einzelnen Institute und zentralen Einrichtungen zu suchen. Die Hierarchie lehnt sich dabei an die im elektronischen Telefonbuch der Universität verwendete Gliederung an. Werden ein oder mehrere Objekte gefunden, so sind in der rechten Browserhälfte die wichtigsten Informationen der Objekte dargestellt. Der Benutzer kann die Datenrate eines Streams einstellen und wählen, ob der Player im Fenster des Browsers ablaufen soll oder in einem eigenen Fenster. Durch Klick auf den "Play"-Knopf wird der Streamplayer gestartet und der angeforderte Stream nach einer geringen Verzögerung abgespielt. Die verwendete Streaming-Technik ermöglicht es den Nutzern, den angeforderten Videostream zu steuern (wie beim Videorekorder): Start an jeder beliebigen Stelle innerhalb des Videos, Stoppen oder Spulen zu einer bestimmten Stelle.

5 Seite 5 von 6 In der linken Hälfte des Fensters werden die Zeitmarken mit den zugehörigen - den Inhalt der gezeigten Sequenz beschreibenden - Einträgen dargestellt. Durch Klick auf eine Marke springt die Abspielsoftware an die zugehörige Stelle im Video und spielt den Stream nach einer kurzen Verzögerung ab dieser Stelle ab. d) Recherche im Videoarchiv Durch die inhaltliche Erschließung des auf dem Streamserver timms vorhandenen Materials ist dieser nicht nur ein Schaufenster, wo sich Neugierige mal das eine oder andere Video ansehen. Verschiedene Zugänge zu den erfaßten Metadaten ermöglichen das Auffinden von Stellen in den Streams, die ansonsten im digitalen Nirwana verborgen blieben. So erhält man ein Stück multimediales Dokument, das einen gesuchten Punkt betrifft. Neben der hierarchischen Suche auf timms, mit der gezielt auf Inhalte eines speziellen Fachgebiets (z.b. Chemie) zugegriffen werden kann, sind vielseitige, an bibliothekarischen Standards orientierte Recherchemöglichkeiten verwirklicht. Verschiedene Register erlauben den Zugriff auf diverse Metadaten und liefern eine Liste der Videos zurück, die ein gesuchtes Metadatum enthalten (Startpunkt eines Streams ist der Anfang des Videos): Autoren: liefert Liste der Autoren der vorhandenen Streams (z.b. Dozent einer Vorlesung); durch Wahl eines Autors werden alle Streams dieses Autors aufgelistet Titel: Ergebnis ist eine Liste, sortiert nach den Titeln der Streams Datum: zeigt eine Liste der Titel aller Videos an, sortiert nach dem Erstellungsdatum der Aufnahmen Schlagworte: die Ergebnisliste enthält Videos, in deren Schlagwortliste der Suchbegriff vorkommt Zeit-Index: liefert Liste der Videos, in deren Zeitmarkenliste das Stichwort vorkommt. Die Startpunkte der Streams sind in diesem Fall die zum Stichwort gehörenden Zeitpunkte. Ein Dateisymbol links von den bei der Suche angezeigten Registereinträgen hat nur einen Stream als Ergebnis, ein Ordnersymbol liefert dagegen mehrere Streamverweise zurück. Bei der parametrischen Suche kann der Benutzer selbst einen ihn interessierenden Suchbegriff (evtl. ungenau) eingeben. Sämtliche Streams, deren Metadaten den Suchbegriff enthalten, werden mit der passenden Startstelle in einer Liste zurückgeliefert. Probieren Sie einmal die Suche nach den Begriffen "Mumien", "Sonnenflecken" oder "Supraleitung"! Neben dieser einfachen Suche gibt es eine differenzierte Suche, bei der für jedes Register ein eigener Suchbegriff eingegeben werden kann. Logische Verknüpfungen zwischen den gesuchten Registereinträgen erlauben Abfragen wie: Suche alle Streams, die das Schlagwort "Aromaten" enthalten, im Jahr "1999" produziert wurden und nicht vom Autor "Kekulé" stammen. 6. Ein neuer Dienst für die Universität: Bereitstellung multimedialer Inhalte aus Lehre und Forschung

6 Seite 6 von 6 Das ZDV bietet seit gut einem Jahr mit timms den Fakultäten, Instituten und anderen Einrichtungen der Universität die Möglichkeit, ihre Tondokumente und Videofilme als Audio- bzw. Video-Streams bereitzustellen. Es ist der Zusammenarbeit mit anderen zentralen Einrichtungen und den Fakultäten der Universität zu verdanken, daß der Aufbau des timms den jetzigen Stand erreicht hat. Auch wenn das ZDV einzelne Veranstaltungen gefilmt und für die Publikation auf timms aufbereitet hat, ist die Arbeit am ZDV auf die technische Seite der Bearbeitung und Bereitstellung von Audio- und Videomaterial für den Streamserver konzentriert. Derzeit ist das ZDV dabei, die nötige Infrastruktur aufzubauen, damit Forscher und Lehrer selbständig (oder ggf. mit Unterstützung des ZDV) ihre multimedialen Objekte für das WWW verfügbar machen können. Ein zentraler Baustein wird das neue Digitalisierlabor sein (DigiLab), in dem Universitätsmitarbeiter ihre Videos aufbereiten können. Doch dazu mehr in einem weiteren Artikel in der nächsten BI. Bisherige BI-Beiträge: 1. H. Abele: Multimedia zur Unterstützung von Forschung und Lehre: Der Tübinger Internet MultiMedia Server timms.- In: BI 2001/1+2, S H. Abele, A. Fiebig: 'Digitale Bibliothek': Konzert für 4 Server und Dienste.- In: BI 1999/3+4, S A. Fiebig: Die Tübinger Digital Library - ein neues Projekt am ZDV.- In: BI 1998/7+8, S. 3-5 URLs: ("klassischer" timms, rein hierarchischer Zugang) Franz Koch koch@zdv.uni-tuebingen.de BI 2001/3+4, S. 1-4