醫(yī)學(xué)院校音視頻教學(xué)資源共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

龔顯卿

成都醫(yī)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，成都 610500

隨著國(guó)家教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略的逐漸深入，各類高等院校在視音頻教學(xué)資源建設(shè)方面取得很大成績(jī)，微課等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源日益豐富。但同時(shí)也應(yīng)看到在目前教育信息化過(guò)程中存在著“信息化與教育教學(xué)‘兩張皮’”“只管數(shù)據(jù)采集不顧數(shù)據(jù)維護(hù)的粗放式管理模式比較普遍”的現(xiàn)象[1]。以醫(yī)學(xué)院校為例，學(xué)校積極推動(dòng)、教師積極參與制作了大量的微課教學(xué)資源，但這些資源普遍存在“誰(shuí)制作誰(shuí)使用”“上課用，課后不用”的問(wèn)題。究其原因，一方面是師生對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用技能需要進(jìn)一步提高，另一方面也是因?yàn)閷W(xué)校對(duì)視音頻資源缺乏統(tǒng)一、有效的管理，不便于師生在教學(xué)活動(dòng)中使用。

1 醫(yī)學(xué)院校視音頻資源管理現(xiàn)狀

隨著學(xué)校的發(fā)展，各個(gè)高等院校積累的視音頻資源越來(lái)越龐大，然而，各個(gè)院校的視音頻資源卻普遍存在資源分散、歷史資料搶救不足等問(wèn)題[2-4]；同時(shí),建設(shè)好的媒體資源在教學(xué)實(shí)際中較少得到推廣應(yīng)用。以成都醫(yī)學(xué)院為例,學(xué)校經(jīng)歷了從軍隊(duì)辦學(xué)到地方辦學(xué)的轉(zhuǎn)變,這期間積累了大量珍貴的視音頻歷史資料,這部分資料經(jīng)數(shù)字化后以計(jì)算機(jī)文件的方式保存在計(jì)算機(jī)硬盤中,管理困難、查找不便。同時(shí)，學(xué)校通過(guò)自建和購(gòu)買的方式建設(shè)了大量的醫(yī)學(xué)視聽教材，教師也制作了許多微課等教學(xué)資源，這些資源缺乏一個(gè)統(tǒng)一的發(fā)布平臺(tái)，難以在教學(xué)實(shí)踐中得到應(yīng)用。

這些問(wèn)題的存在，既不利于學(xué)校教學(xué)信息化建設(shè)的進(jìn)一步開展，也不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索和主動(dòng)發(fā)現(xiàn)[5-7]，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了教學(xué)資源信息管理系統(tǒng)，以推進(jìn)教學(xué)資源與教學(xué)應(yīng)用，現(xiàn)介紹如下：

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

高校媒體資源管理信息系統(tǒng)是面向教學(xué)服務(wù)的，目的在于實(shí)現(xiàn)教學(xué)媒體資源的信息化管理，推進(jìn)音視頻教學(xué)資源建設(shè)和教學(xué)應(yīng)用的緊密結(jié)合。

①安全性。不同的用戶應(yīng)當(dāng)有不同的操作權(quán)限。對(duì)素材應(yīng)當(dāng)進(jìn)行審核，非法或與教學(xué)無(wú)關(guān)的素材不能進(jìn)入系統(tǒng)。

②查詢方便、快速。系統(tǒng)需要提供多種查詢方式，使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地查找所需要的素材，提高其應(yīng)用體驗(yàn)。

③低成本。普通高校的媒體資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，不需要較多的特殊功能，如在線編輯、圖像識(shí)別等，有利于降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，控制開發(fā)成本。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C/S與B/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于PowerBuilder 12.5和Sybase SQL Anywhere 12實(shí)現(xiàn)[8-12]。通過(guò)C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)媒體資源信息數(shù)據(jù)的集中處理；通過(guò)B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在多地域、任意時(shí)間段進(jìn)行媒體資源信息的查詢和下載。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行內(nèi)外劃分，盡可能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)服務(wù)器端安裝于學(xué)校數(shù)據(jù)中心機(jī)房。服務(wù)器為2顆至強(qiáng)E5-2600V4，20M緩存，內(nèi)存大小為16G*4。存儲(chǔ)陣列為NETAPP FAS 2240，該陣列目前外掛3個(gè)磁盤柜，容量達(dá)到200TB。NETAPP FAS 2240存儲(chǔ)陣列采用RAID 6技術(shù)，在RAID 5的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)保護(hù)。為降低成本、易于操作和維護(hù)，系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式，音視頻資源以文檔的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)陣列，資源的屬性和存儲(chǔ)路徑儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)表中。音視頻資源作為學(xué)校資產(chǎn)，由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一進(jìn)行備份。

系統(tǒng)參與人員有系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生。管理功能包括對(duì)人員、素材的管理，如用戶的添加、刪除，素材的審核、編目、修改、刪除等。服務(wù)功能包括素材上傳、發(fā)布、查詢、下載等。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4 數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系模式

數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)體總是來(lái)自于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，對(duì)同一事物從不同角度可能得到不同的屬性集，而實(shí)體的屬性影響著數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。因此，對(duì)事物的屬性進(jìn)行抽象應(yīng)盡可能緊密地結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際使用需求，對(duì)于音像資料屬性的抽象可以參考國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—廣播電視音像資料編目規(guī)范第一部分：電視資料[13]。在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定廣播電視音像資料編目—電視資料部分的元數(shù)據(jù)項(xiàng)總體上分為從上到下4個(gè)層次：節(jié)目層、片段層、場(chǎng)景層、鏡頭層。每個(gè)層次分別包含相應(yīng)的元數(shù)據(jù)項(xiàng)。在該系統(tǒng)中抽取了資源的“題名”“主題”“描述”“創(chuàng)建者”“格式”等主要元數(shù)據(jù)項(xiàng)，其中“主題”按照《中華人民共和國(guó)學(xué)科分類與代碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 13745-2009)進(jìn)行參考分類。在媒體資源管理信息系統(tǒng)中將參與的實(shí)體抽象為5類，即人員、部門、視頻素材、音頻素材、其他素材。

部門關(guān)系模式為：部門(科室號(hào)、部門號(hào)、科室名稱、部門名稱)。

用戶關(guān)系模式為：人員(人員編號(hào)、姓名、科室號(hào)、密碼、人員類別、聯(lián)系電話、審核狀態(tài)、審核者)?！叭藛T類別”的值域?yàn)椋篋={一般用戶，系統(tǒng)管理員}。

視頻關(guān)系模式為：視頻(素材編號(hào)、素材名稱、素材類別、科室號(hào)、素材內(nèi)容、素材路徑、內(nèi)容描述、上傳者、上傳日期、審核狀態(tài)、審核者、公開)?！八夭念悇e”的值域?yàn)椋篋1={學(xué)校資料、教學(xué)資料、學(xué)術(shù)報(bào)告、文娛晚會(huì)}。對(duì)視頻素材通過(guò)“科室號(hào)”對(duì)素材進(jìn)行近似學(xué)科分類，更符合師生的實(shí)際使用習(xí)慣。“素材內(nèi)容”的值為BLOB類型，用以存放需要永久保存的“學(xué)校資料”類視頻資源?！肮_”屬性用于用戶決定是否希望自己上傳的素材向所有用戶公開，其值域?yàn)镈2={0，1},“0”表示不公開，“1”表示公開。

音頻關(guān)系模式為：音頻(素材編號(hào)、素材名稱、音頻類別、音頻氛圍、素材路徑、內(nèi)容描述、上傳者、上傳日期、審核狀態(tài)、審核者、公開)?！耙纛l類別”的值域?yàn)椋篋1={西洋交響樂(lè)、民族交響樂(lè)、獨(dú)奏、人聲、擬聲}?！耙纛l氛圍”的值域?yàn)椋篋2={舒緩、緊張、激烈、俏皮、喜慶、恢弘}。

其他素材關(guān)系模式為:其他素材(素材編號(hào)、素材名稱、素材種類、素材類別、科室號(hào)、素材路徑、內(nèi)容描述、上傳者、審核狀態(tài)、審核者、公開)。“素材種類”的值域?yàn)椋篋1={學(xué)校資料、教學(xué)資料、學(xué)術(shù)報(bào)告、文娛晚會(huì)}?！八夭念悇e”的值域?yàn)椋篋2={文本、表格、圖片、PPT、PDF}。

5 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

5.1 程序主界面

系統(tǒng)將資源分為視頻素材、音頻素材和其他素材三大類，對(duì)視頻素材和其他素材支持“部門查詢”和“條件查詢”兩種查詢方式，對(duì)音頻素材支持“條件查詢”。以C/S架構(gòu)程序?yàn)槔?，在程序主界面包括系統(tǒng)菜單、查詢標(biāo)簽欄、素材標(biāo)簽欄、素材預(yù)覽窗口、素材內(nèi)容描述等。

5.2 用戶管理模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

對(duì)用戶進(jìn)行管理一方面是為了對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限進(jìn)行分類,確保資源的安全,另一方面是為了保證資源內(nèi)容的合法性,對(duì)素材的來(lái)源進(jìn)行跟蹤。對(duì)用戶的管理功能主要包括注冊(cè)申請(qǐng)、用戶審核、登錄、賬號(hào)管理。

系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置如表1所示。

表1 系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置

5.3 資源上傳、審核和管理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

用戶在上傳素材時(shí)選擇素材對(duì)應(yīng)種類，視頻素材、音頻素材、其他素材分別對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表。對(duì)視頻資源支持MP4、RM、WMV、FLV視頻格式，對(duì)音頻資源支持MP3、WAV，其他資源支持PPT、PDF、Excel、Wo-rd、JPEG、BMP等文件類型。

一般用戶將自己的素材上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中成為自己的私有素材，并對(duì)其擁有管理權(quán)限。系統(tǒng)管理員對(duì)一般用戶上傳的素材進(jìn)行審核，通過(guò)審核的素材其審核狀態(tài)設(shè)置為“1”。素材的“審核狀態(tài)”屬性和“公開”屬性共同決定該素材是否面向所有用戶公開，只有兩者都為“1”時(shí)，素材才公開發(fā)布。未通過(guò)審核的素材將保留為用戶的私有素材，不合法或與教學(xué)無(wú)關(guān)的素材將被刪除。已發(fā)布的素材一般用戶不能再對(duì)其進(jìn)行管理。

用戶在上傳素材過(guò)程中需要對(duì)素材進(jìn)行預(yù)編目，對(duì)素材的“素材類別”“科室號(hào)”“內(nèi)容描述”進(jìn)行填寫。系統(tǒng)管理員在審核過(guò)程中再次對(duì)素材進(jìn)行編目，必要時(shí)對(duì)用戶填寫的素材信息進(jìn)行修改。

素材上傳界面中“上傳者”“上傳日期”分別默認(rèn)為當(dāng)前用戶和當(dāng)前日期，不可更改。用戶點(diǎn)擊素材上傳界面中“文件夾”圖標(biāo)選擇需要上傳的本地文件。用戶選擇本地文件后，系統(tǒng)將獲取文件路徑和文件名，同時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建存儲(chǔ)路徑，其偽代碼為：

rtn=getfileopenname("導(dǎo)入素材",is_pathname,filename,"mp4","mp4文件(*.mp4),*.mp4","h:”,18)

file_directory_dest="d:meitiziyuan_guanlixitong_sucaiku”+ddlb_yuanxi.text+"”&

+ddlb_keshi.text+"”+ddlb_leibie.text

if directoryexists(file_directory_dest)=false then

messagebox("提示","路徑不存在，將建立"。)

createdirectory("d:meitiziyuan_guanlixitong_sucaiku”+ddlb_yuanxi.text)

createdirectory("d:meitiziyuan_guanlixitong_sucaiku”+ddlb_yuanxi.text+"”+ddlb_keshi.text)

createdirectory("d:meitiziyuan_guanlixitong_sucaiku”+ddlb_yuanxi.text+"”&

+ddlb_keshi.text+"”+ddlb_leibie.text)

end if

用戶選擇需要上傳的文件后點(diǎn)擊“提交”按鈕上傳文件，系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)庫(kù)中添加素材信息并將素材文件上傳到服務(wù)器存儲(chǔ)。其偽代碼為：

filenumber=fileopen(is_pathname,streammode!,read!,lockread!)

insert into t_sucai_shangchuan () values () using sqlca;

if sqlca.sqlcode<>0 then

rtn=messagebox("","數(shù)據(jù)庫(kù)錯(cuò)誤")

rollback;

else

commit;

fileclose(filenumber)

cc=file_directory_dest+"”+filename

ss=filecopy(is_pathname,cc,true)

end if

用戶上傳的視頻資源的格式常常是多樣的，常見的有mp4、wmv、rmvb、flv等，多種格式不利于資源的統(tǒng)一發(fā)布和預(yù)覽，需要對(duì)視頻資源進(jìn)行轉(zhuǎn)碼以統(tǒng)一格式。為了保證轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和效率，系統(tǒng)在服務(wù)器端運(yùn)行批處理文件利用開源代碼FFmpeg將其他格式視頻文件轉(zhuǎn)換為H.264編碼的MP4文件。轉(zhuǎn)碼時(shí)標(biāo)清及以下分辨率文件保持原文件分辨率不變，采用512K碼流進(jìn)行編碼壓縮。高清視頻文件轉(zhuǎn)碼為高碼流和低碼流兩個(gè)文件，教學(xué)類高清視頻文件轉(zhuǎn)為1M和512K碼流，學(xué)校歷史資料類高清視頻文件采用5M碼流和512K碼流，高碼流文件用于資源保存、下載，低碼流文件用于在線播放。為節(jié)約系統(tǒng)資源，系統(tǒng)僅對(duì)經(jīng)管理員審核后確認(rèn)合格的視頻文件進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼時(shí)間定于每天0時(shí)至6時(shí)[14-16]。

5.4 資源檢索、預(yù)覽和下載

當(dāng)用戶在系統(tǒng)主界面選擇“視頻素材庫(kù)”或“其他素材庫(kù)”時(shí)，系統(tǒng)提供“按部門檢索”和“條件檢索”兩種檢索方式；選擇“音頻素材庫(kù)”時(shí)，系統(tǒng)只提供“條件檢索”檢索方式。在該系統(tǒng)內(nèi)，以“部門檢索”代替“學(xué)科檢索”，以視頻素材為例，雙擊“部門檢索”標(biāo)簽欄內(nèi)的科室名，可以查看該科室下所有視頻素材信息。系統(tǒng)可以按素材的“素材名稱”“素材類別”“上傳者” “上傳日期”“審核者”“素材內(nèi)容描述”等條件分別進(jìn)行檢索或多條件模糊檢索。以“素材名稱”+“素材類別”模糊搜索為例，其實(shí)現(xiàn)方式為：

sucai_mc=sle_1.text

sucai_lb=ddlb_1.text

cx_tj_mc="sucai_mingcheng like '%"+sucai_mc+"%'"

cx_tj_lb="sucai_leibie like '%"+sucai_lb+"%'"

ds_video_tjcx.setfilter("("+cx_tj_mc+") and ("+cx_tj_lb+")")

PowerBuilder提供了Blob數(shù)據(jù)類型和OLE控件可以對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示[17-19]。系統(tǒng)中插入mediaplayer OLE控件，通過(guò)mediaplayer控件實(shí)現(xiàn)對(duì)于音、視頻素材的預(yù)覽。以視頻素材為例，在窗口中插入mediaplayer控件，命名為ole_video。

sucai_id=dw_sucai_video.getitemnumber(this.getrow(),"sucai_id")

select sucai_pathname into:sucai_path from t_sucai_video where&

sucai_id=:sucai_id using sqlca;

ole_video.object.url(sucai_path)

經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)在學(xué)校千兆骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中支持1M碼流下200個(gè)視頻并發(fā)預(yù)覽，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、畫面流暢。當(dāng)并發(fā)數(shù)大于100時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用512K碼流文件進(jìn)行預(yù)覽傳輸，對(duì)于實(shí)際教學(xué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)有較大并發(fā)冗余。

對(duì)于其他素材，系統(tǒng)中插入了Word、Excel、Power-point、PDF reader、Paintbrush控件，當(dāng)用戶雙擊素材時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)素材種類選擇相應(yīng)的控件以打開素材。以打開文該文檔為例，在窗口中插入文本控件，命名為ol-e_word。

sucai_id=dw_sucai_qt.getitemnumber(this.get-row(),"sucai_id")

sucai_leibie=dw_sucai_qt.getitemstring(this.get-row(),"sucai_zhonglei")

select sucai_pathname into:sucai_path from t_sucai_qt where sucai_id=:sucai_id using sqlca;

choose case sucai_leibie

case "文本"

ole_word.visible=true

ole_word.insertclass("word.document")

ole_word.insertfile(sucai_path)

end choose

系統(tǒng)在主頁(yè)面提供“下載”按鈕，當(dāng)用戶在系統(tǒng)中檢索到所需要的素材時(shí)，雙擊該素材，“下載”按鈕變?yōu)榭捎茫瑔螕粼摪粹o完成下載。也可以在素材上單擊右鍵，在彈出菜單中選擇“下載”菜單進(jìn)行下載。下載過(guò)程中如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象，通過(guò)Fileseek64()函數(shù)找到文件傳輸斷點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳。其偽代碼為：

li_rc=GetFileSaveName ("Select File",ls_path,ls_file,"MP4","All Files (*.*),*.*","g:down-load")

li_filenum=fileopen(sucai_pathname,stream-mode!)

li_filelen=filelength64(li_filenum)

li_filecun=filewriteEx(li_filenum,ls_path)

if li_filecun

fileseek64(li_filenum,li_filecun)

filewriteEx(li_filenum,ls_path)

end if

6 系統(tǒng)應(yīng)用效果

該系統(tǒng)自2017年建成以來(lái)，已上傳約4 TB學(xué)校音像資料，200余部醫(yī)學(xué)音視頻教材，教師個(gè)人上傳微課、PPT教案、醫(yī)學(xué)圖片等教學(xué)資源1.5 TB。系統(tǒng)對(duì)上傳的資源進(jìn)行了有效管理，特別是在成都醫(yī)學(xué)院70周年校慶宣傳片制作過(guò)程中發(fā)揮了積極作用，為學(xué)校歷史素材的查找和下載提供了便利，有效地降低了宣傳片制作難度。目前，系統(tǒng)注冊(cè)用戶3512人，其中教師589人，約占學(xué)校教師總?cè)藬?shù)65%。系統(tǒng)日均訪問(wèn)量約100人次，最大同時(shí)在線人數(shù)150人。系統(tǒng)資源存儲(chǔ)量以日均3.6GB的速度遞增。

該系統(tǒng)在系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、總體設(shè)計(jì)上具有普遍適用性，在各級(jí)各類學(xué)校均可使用。對(duì)于不同學(xué)校，只需要在對(duì)資源的“主題”元數(shù)據(jù)進(jìn)行分類時(shí)結(jié)合自身學(xué)科需要進(jìn)行劃分即可。

高校建設(shè)的媒體資源是一筆寶貴的物質(zhì)財(cái)富，應(yīng)該被妥善保存和管理并使其在學(xué)校的發(fā)展壯大中發(fā)揮積極作用。文章結(jié)合學(xué)校自身實(shí)際和需要建設(shè)了一套低成本的媒體資源管理信息系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了學(xué)校媒體資源的信息化管理，使媒體資源能夠得到長(zhǎng)期安全的保存，同時(shí)，又推動(dòng)了媒體資源在教學(xué)中得到更廣泛的使用，使資源的建設(shè)和應(yīng)用得以緊密結(jié)合。系統(tǒng)從一個(gè)方面解決了“信息化與教育教學(xué)‘兩張皮’”“只管數(shù)據(jù)采集不顧數(shù)據(jù)維護(hù)的粗放式管理模式”的現(xiàn)象，對(duì)學(xué)校信息化建設(shè)發(fā)展具有一定的推動(dòng)作用。