鄒元君

ZOU Yuan-jun

（長春中醫(yī)藥大學(xué)，長春 130117）

0 引言

視頻教學(xué)本質(zhì)上一種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，它比較依賴于計算機(jī)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。其中數(shù)據(jù)庫技術(shù)直接影響著視頻教學(xué)資源的搜集、組織、保存、檢索，它對視頻教學(xué)的效率有重要影響。

1 視頻教學(xué)資源庫對數(shù)據(jù)庫的一般利用

視頻是將一系列的靜態(tài)影像，通過電信號方式加以捕捉，紀(jì)錄，處理，儲存，傳送，與重現(xiàn)而成的動態(tài)影像。視頻教學(xué)資源庫就是各種關(guān)于教學(xué)的視頻資源的匯集。視頻教學(xué)資源畢竟不同其他諸如文本、圖像等資源，因為在教學(xué)使用時，這一類素材使用流式媒體格式，如rm、wm、asf，他們對網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫存儲空間、數(shù)據(jù)庫管理要求較高，因此保存和檢索也應(yīng)采取不同的辦法。目前常用的方式有二種：1）使用BLOB方式進(jìn)行存儲。在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)資源被分為日期型、數(shù)字型、字符型等，不同的類型有不同的處理方法，但是他們的共同特征是數(shù)據(jù)量相對小。BLOB型就是用來專門存儲大文件的類型，典型的BLOB是一張圖片、一個聲音文件、一段視頻。這種方式最大的問題就在于其上傳、下載、傳送需要使用特殊的程序，并耗費大量的數(shù)據(jù)庫資源。2）仍然使用傳統(tǒng)的文件夾管理方式，但是將文件夾路徑保存在數(shù)據(jù)庫，當(dāng)有程序調(diào)用時，根據(jù)地址去查找相應(yīng)的視頻文件。如某視頻文件存儲路徑為：F 高級語言程序設(shè)計出版社章節(jié)第5課時，但是在數(shù)據(jù)庫中保存的只是其相對物理地址，具體二進(jìn)制信息并未被壓制保存。教師教學(xué)時，通過教學(xué)管理系統(tǒng)檢索或查到該視頻資源，直接點擊，管理系統(tǒng)通過控件尋找到該路徑，然后進(jìn)行播放。通過這種方式，結(jié)合了數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)以及文件系統(tǒng)管理大型文件的優(yōu)點，當(dāng)然其缺點是，硬盤上的各類資源本質(zhì)上未被納入到數(shù)據(jù)庫的管理中。本文以這種路徑存儲的方式闡述數(shù)據(jù)庫技術(shù)在其中的體現(xiàn)。

2 視頻教學(xué)資源庫建設(shè)中的數(shù)據(jù)庫技術(shù)體現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫檢索技術(shù)在視頻教學(xué)資源庫中的應(yīng)用

在視頻教學(xué)資源庫建設(shè)過程中，必須運用數(shù)據(jù)庫的檢索技術(shù)。盡管教學(xué)類視頻數(shù)據(jù)數(shù)量大，而且種類繁多，但一般用戶都習(xí)慣采用內(nèi)容檢索的方式，這種方法采用的是相似性匹配的方法逐步求精，以獲得檢索結(jié)果，這是一個迭代的過程，它把人機(jī)交互引入檢索的過程中，其基本要求是：1）將一組滿足一定相應(yīng)條件的視頻數(shù)據(jù)以圖像的方式反饋給檢索者；2）檢索者瀏覽反饋結(jié)果，調(diào)整檢索特征、形成新的檢索條件提交系統(tǒng)；3）縮小檢索范圍，循環(huán)反復(fù)直至得到滿意的結(jié)果。為此，首先需要建立視頻特征庫，其包含以下三類元數(shù)據(jù)：1）視頻編輯元數(shù)據(jù)：即對視頻文件的描述數(shù)據(jù)，即：名稱、內(nèi)容介紹、制作人、大小、劇本地址、演員（主播）等等；2）結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)：場景、鏡頭的描述信息，即起始幀、時間長度、內(nèi)容簡述等等；3）內(nèi)容元數(shù)據(jù)：關(guān)鍵幀特征、語音信息，即：圖像特征、語義特征、聲音特征等等；以上三種視頻特征元數(shù)據(jù)特征提取可以是全局性的，也可以是針對某個對象的。

教學(xué)資源庫建設(shè)中的檢索，一般采取視頻編輯元數(shù)據(jù)檢索方式。因此必須對所有的視頻資源結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為明確的界定（可能的話通過數(shù)據(jù)字典進(jìn)行簡化，如用N代表新聞報道，F(xiàn)代表影視類資源，E代表實驗類視頻，M代表三維實物模型演示，V代表生活中實例的錄像資源，T代表教學(xué)類），然后根據(jù)每一類再進(jìn)行細(xì)分。以《高級語言程序設(shè)計》（以下簡稱高程）為例，可以將“模塊化程序設(shè)計”細(xì)分為：T—高級語言程序設(shè)計—出版社—必修—第五章—第5課時，在數(shù)據(jù)庫中信息保存格式如下：

ROWID 類別 科目 出版社必(選)修章節(jié) 課時 地址0000FF T 高程 **** 1 5 5 F： 高程出版社章節(jié)第5課時

該表需要先在數(shù)據(jù)庫中建立，其中ROWID為數(shù)據(jù)庫的信息存儲ID，由oracle或sql自動分配。為節(jié)約存儲空間，其他各個字段需要先建立數(shù)據(jù)字典，如必（選）修標(biāo)志，1代表是，2代表否。在檢索時，使用者可以通過除ROWID意外的任何一種方式進(jìn)行檢索，然后直接點擊相關(guān)控件，從“地址”中獲取視頻字眼存放地址，并用播放器播放。

2.2 數(shù)據(jù)庫集群負(fù)載均衡技術(shù)在視頻教學(xué)資源庫中的用用

視頻教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)節(jié)點的性能和現(xiàn)有的負(fù)載來分配任務(wù)，做到任務(wù)的分配合理、負(fù)載的分配均衡。數(shù)據(jù)庫負(fù)載均衡技術(shù)可以解決以上問題，同時可以根據(jù)后端節(jié)點的負(fù)載信息來分配新的客戶請求，同時也可以在各節(jié)點之間調(diào)整負(fù)載，縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時間，提高系統(tǒng)的工作效率。而數(shù)據(jù)庫均衡技術(shù)實現(xiàn)的前提是數(shù)據(jù)庫集群，即將一組相互獨立的服務(wù)器通過高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成的一種并行或分布式的系統(tǒng)。目前數(shù)據(jù)庫集群的體系結(jié)構(gòu)按照節(jié)點是否共享存儲設(shè)備可以分為：基于數(shù)據(jù)引擎或中間件的集群體系結(jié)構(gòu)，他們的本質(zhì)區(qū)別在于，后者每個節(jié)點都擁有自己的內(nèi)存和磁盤，各個數(shù)據(jù)庫引擎對各自數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，通過中間件來實現(xiàn)對自治的數(shù)據(jù)庫站點進(jìn)行協(xié)調(diào)同步和并行處理的管理，對外提供結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的系統(tǒng)映像。

1）各節(jié)點數(shù)據(jù)庫壓力影響因素和測量方法。影響數(shù)據(jù)庫集群吞吐量的因素主要是表數(shù)據(jù)的分布方式、提交事務(wù)對數(shù)據(jù)表的讀寫要求、節(jié)點服務(wù)器上數(shù)據(jù)庫的事務(wù)數(shù)量、系統(tǒng)上非數(shù)據(jù)庫服務(wù)進(jìn)程以及節(jié)點的軟硬件性能等。另外網(wǎng)絡(luò)連接類型、硬件組織的異構(gòu)、操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫的類型都對集群的性能有一定的影響。一般而言，相同的工作任務(wù)量對不同的配置的節(jié)點來說，其負(fù)載程度也不相同。為很好的評估節(jié)點負(fù)載的均衡性，就需要先判斷階段負(fù)載量的平均值：估算單個事務(wù)要消耗的各類資源量的大小，包括CPU使用量，內(nèi)存使用量，IO使用量等，然后把這些數(shù)據(jù)相加就得到了該事務(wù)的負(fù)載大小，最后求平均負(fù)載值。

2）數(shù)據(jù)庫負(fù)載均衡策略。根據(jù)1）中，假設(shè)Ai為實際負(fù)載，Ali為實際平均負(fù)載（前提是各個節(jié)點參數(shù)配置一樣，如CPU性能，否則即便Ai低于Ali，但也可能超出機(jī)器本身的承載能力）。按照一般規(guī)律，Ai和Ali的相差應(yīng)在正負(fù)10%，即若超過10%，則為負(fù)載過重，如果低于90%，則為負(fù)載過輕。

3）數(shù)據(jù)庫負(fù)載均衡實現(xiàn)。先進(jìn)行負(fù)載均很測算，算法過程如下：（1）第一次連接時收集數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的狀態(tài)信息，如CPU、內(nèi)存的性能參數(shù)，服務(wù)器是否處在正常運行狀態(tài)等。（2）將節(jié)點狀態(tài)表中的條目按負(fù)載量Ai的大小升序排序，并判斷：如果表上的讀事務(wù)與寫事務(wù)的比小于設(shè)定的值且數(shù)據(jù)分布為表模式，那么調(diào)用模式轉(zhuǎn)換模塊，將所有節(jié)點上的該表轉(zhuǎn)換成以視圖為基礎(chǔ)的劃分結(jié)構(gòu)，中心節(jié)點重新進(jìn)行事務(wù)的分配。（3）通過廣播信息進(jìn)行循環(huán)搜索，如果發(fā)現(xiàn)有超載的節(jié)點，則從節(jié)點狀態(tài)表中選擇一個負(fù)載最輕節(jié)點，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的任務(wù)轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到視頻教學(xué)資源的負(fù)載均衡。

2.3 數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術(shù)在視頻教學(xué)資源庫建設(shè)中的應(yīng)用

將數(shù)據(jù)庫技術(shù)運用到視頻教學(xué)資源庫中，除了前面的檢索技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)，還涉及優(yōu)化技術(shù)：1）數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)。視頻教學(xué)資源需要通過一定的管理系統(tǒng)達(dá)成其管理目的，使用者通過登錄該系統(tǒng)，可以對各類資源進(jìn)行調(diào)用。數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)就是要保證使用者能進(jìn)行有效的登陸連接。目前常用數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)有CGI、API、IDC、ASP、JDBC等。CGI 是Web應(yīng)用中最早的一種技術(shù)，它不提供可視化操作界面，只能象DOS那樣編程，其性能差，效率低，運行速度慢。API應(yīng)用在第一次調(diào)用之后將駐留在服務(wù)器中，其他請求可以共享該進(jìn)程，ID則上是一個基于API的動態(tài)鏈接庫，由駐留在服務(wù)器的動態(tài)鏈接庫完成相應(yīng)工作。ASP則支持任何一種瀏覽器，它隱藏了Web服務(wù)器和客戶端之間的通信機(jī)制。JDBC是一種用于執(zhí)行SQL語句的Java API，它是目前廣泛使用的一種連接方式，它將Java和JDBC結(jié)合起來使程序員只需寫一遍程序就可讓它在任何平臺上運行。2）性能優(yōu)化技術(shù)。視頻教學(xué)要耗費大量的網(wǎng)絡(luò)資源、服務(wù)器資源。對于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器而言，可以運用數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高共享性。以oracle為例，其可以調(diào)整的參數(shù)就有Shared pool，Database Buffer Cache，Redo log buffer，Java Pool，Large Pool，Program Global Area等。（1）優(yōu)化Shared pool。共享池大小是否合適，主要體現(xiàn)在庫緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)字典高速緩沖區(qū)的命中率上。庫緩沖區(qū)設(shè)置過小那么語句將被連續(xù)不斷地裝入影響系統(tǒng)性能，如果設(shè)置過大，將導(dǎo)致空間碎片化以及CPU使用率的大幅上升。視頻教學(xué)中，可能會存在某一類資源短時間內(nèi)被集中調(diào)用的情況，如學(xué)習(xí)到某一章節(jié)內(nèi)容時，學(xué)生可能隨時、反復(fù)的利用它。此時就需要保證庫緩沖區(qū)設(shè)置不能太小。庫緩沖區(qū)的命中率可以通過命令 select（1-sum（reloads/sum（pins）from v$librarycache獲取，該值若小于0.95，則可以通過增加SHARED_POOLSIZE值來提高命中率。（2）優(yōu)化緩沖區(qū)高速緩存。緩沖區(qū)高速緩存越大，oracle可裝入內(nèi)存的數(shù)據(jù)就越多，磁盤的I/O性能就越少，系統(tǒng)性能就越好。通過數(shù)據(jù)字典v$vsysstat可以了解其活動情況： select name，value from v$sysstat where name in （’dbblokc gets’，’consistent gets’，’Physical reads’）；如果命中率小于0.85，則可增加參數(shù)DB_CACH_SIZE的值為數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū)分配更多的內(nèi)存。

3 結(jié)束語

總之，視頻教學(xué)資源庫的建設(shè)，不僅僅是將各類視頻資源進(jìn)行有效分類儲存在硬盤上，而是必須通過一定信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對這些視頻資源的快速、高效調(diào)用。因此運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對各類視頻資源的絕對地址進(jìn)行保存，并通過數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)和調(diào)優(yōu)技術(shù)，可以有效提高視頻教學(xué)系統(tǒng)的利用效率。

[1] THOMAS KYTE著,蘇金國,王小振等譯.ORACLE9I&10G編程藝術(shù)：深入數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)[M].人民郵電出版社,2006：265-269

[2] 祝知庭.現(xiàn)代教育技術(shù)-走向信息化教育[M].教育科學(xué)出版社,2002(3)