馬晨輝 趙春 徐艷艷

摘要：在使用Blackboard軟件建設(shè)在線教學平臺的過程中，作者發(fā)現(xiàn)Blackboard對視頻資源的支持較弱，如對視頻編碼格式支持較少，缺乏對視頻資源統(tǒng)一的管理，用戶并發(fā)訪問視頻資源時對教學平臺本身產(chǎn)生額外壓力等。文章基于對Blackboard中的Building Block插件研究及對相關(guān)視頻技術(shù)的深入研究，將平臺中的視頻部分從Blackboard系統(tǒng)中剝離出來，同時開發(fā)Building Block視頻工具與之整合，并搜集日志觀察應用效果，為高校在線教學平臺整合視頻服務(wù)提供了一種可行的方案。

關(guān)鍵詞：Blackboard;在線教學平臺;視頻

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）02-0083-05

一、引言

在引入商業(yè)軟件時，通常情況下，高校都會結(jié)合自身的實際情況對軟件做適量的定制開發(fā)，以滿足個性化需求。Blackboard平臺是一款商業(yè)軟件，是商業(yè)在線學習平臺的典型代表，在全球著名高等院校中的市場占有率達到70%以上[1]。Blackboard作為一款由國外公司開發(fā)的平臺，在引入國內(nèi)高校時，更是不可避免地需要根據(jù)學校情況進行個性化定制、開發(fā)，以符合學校本地化使用需求。

華東師范大學自2016年開始試用Blackboard平臺。在本地化建設(shè)工作中，我們發(fā)現(xiàn)Blackboard對視頻的支持較為薄弱，僅關(guān)注資源以文件形式的操作，如上傳、下載，而忽視了視頻這一媒介區(qū)別于其他媒介作為內(nèi)容載體的特性，如缺少對視頻封裝格式的控制;同時也沒有考慮到一定規(guī)模的視頻資源對平臺穩(wěn)定性的影響，如大規(guī)模在線觀看對平臺訪問帶寬的影響。

近年來隨著MOOC的興起[2]，在教學平臺中引入教學視頻逐漸成為教學研究的熱點。然而，針對Blackboard平臺與視頻集成技術(shù)的研究較為缺乏。以中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)以及維普數(shù)據(jù)庫為檢索資源，同時以Blackboard和視頻為關(guān)鍵詞進行搜索，僅有一篇技術(shù)集成的相關(guān)文獻。

作為世界上最大的商業(yè)教學平臺，Blackboard對視頻資源的支持存在很大的不足，難以滿足當下高校在線課程設(shè)計的需求，這也是很多高校在使用Blackboard平臺時的一個痛點。同時相關(guān)的研究少之又少，因此有必要針對Blackboard平臺的視頻工具進行研究與再設(shè)計，以填補這一空白。

二、視頻工具的再設(shè)計

筆者針對當前Blackboard視頻工具的不足之處進行分析，并對其涉及到的流程進行再設(shè)計，實現(xiàn)將視頻功能從Blackboard平臺的耦合中獨立出來，減少視頻工具對平臺本身其他功能的影響，并將Blackboard平臺與獨立出的視頻平臺進行集成，從而提高教學平臺穩(wěn)定性，提升用戶體驗。

1.Blackboard現(xiàn)有視頻工具分析

課程內(nèi)容工具是Blackboard平臺中最為核心的課程設(shè)計工具，所有的教學內(nèi)容均使用此工具來進行創(chuàng)建，課程設(shè)計者通過創(chuàng)建或上傳已有的各類數(shù)字化教學內(nèi)容資源，包括文字、文檔、圖像、音頻以及視頻等資源，使用課程內(nèi)容工具按照教師的意愿對教學內(nèi)容進行組織和排版。因此，同上傳其他類型的資源一樣，Blackboard平臺現(xiàn)有的視頻工具實際是調(diào)用資源上傳接口，將視頻作為文件資源上傳至本地服務(wù)器，同時在資源類型字段標記為視頻資源，課程內(nèi)容頁面在加載資源的時候通過這一標記來呈現(xiàn)視頻資源。這一模式能夠滿足最基本的視頻資源需求，但也存在以下缺陷：

（1）視頻播放對平臺穩(wěn)定性的影響

相對于教學平臺的其他功能模塊，視頻上傳、存儲及播放有其特殊性，隨著視頻資源及其用戶數(shù)量的增加，對服務(wù)器的I/O、帶寬、存儲空間的要求會急劇增加，從而影響教學平臺其他基本功能的運行，造成系統(tǒng)等待超時甚至宕機，這是非常大的故障風險點。

（2）視頻管理缺乏統(tǒng)一標準

在Blackboard平臺中，系統(tǒng)本身對上傳視頻的格式?jīng)]有任何過濾和限制，也沒有視頻封裝格式轉(zhuǎn)換的功能支持，用戶可以上傳任意格式的視頻甚至非視頻文件，既導致上傳的視頻可能無法播放，又造成了資源管理上的混亂。

（3）視頻播放的兼容性較差

Blackboard自帶視頻播放器在視頻文件的兼容性、移動終端設(shè)備的兼容性方面都存在著一定的問題。當視頻資源加載時，系統(tǒng)使用Flash播放器進行視頻播放，而當下各大主流瀏覽器正逐漸拋棄Flash這一技術(shù)，導致某些瀏覽器無法直接播放視頻。另一方面，隨著移動設(shè)備的普及與校園無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋[3]，越來越多的用戶使用各種移動終端來訪問系統(tǒng)，而Flash播放器在移動設(shè)備上的兼容性較差，在這些終端上往往無法正常播放。

2.Blackboard視頻工具再設(shè)計

針對上述缺陷，筆者在新的設(shè)計中將視頻服務(wù)獨立出來，以接口的形式對Blackboard系統(tǒng)中的組件提供支持。同時，在Blackboard中開發(fā)新的Building Block插件，實現(xiàn)調(diào)用視頻平臺上傳接口進行視頻資源上傳，并將返回的視頻訪問信息存入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)本地僅僅存放視頻引用信息，而不存放文件本身。另外，在讀取視頻文件時，使用Html5視頻元素進行視頻播放，結(jié)合視頻平臺轉(zhuǎn)碼服務(wù)，實現(xiàn)視頻編碼格式的統(tǒng)一與播放的穩(wěn)定性。

三、基于Building Block技術(shù)的視頻工具開發(fā)與實現(xiàn)

基于以上系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，需要進行兩項功能開發(fā)：視頻平臺視頻上傳和轉(zhuǎn)碼的功能，基于Blackboard的Building Block插件開發(fā)。

1.獨立視頻系統(tǒng)開發(fā)

（1）基本功能分析

視頻系統(tǒng)主要提供視頻上傳和視頻訪問功能，接收用戶在Blackboard平臺中上傳的視頻文件，處理視頻的訪問請求。為實現(xiàn)統(tǒng)一視頻的編碼格式，系統(tǒng)還應當包含視頻編碼轉(zhuǎn)換的功能。

（2）基本類與主要成員描述

系統(tǒng)收到客戶端請求后，一方面要對上傳的文件進行操作，另一方面需要記錄視頻的相關(guān)信息以及請求的相關(guān)參數(shù)，因此基本類應劃分為文件操作類和數(shù)據(jù)庫操作類，如圖1所示。

UploadHandler是處理視頻上傳的基本類，主要成員變量options是數(shù)組類型的數(shù)據(jù)，主要描述了服務(wù)器上存儲視頻的路徑;成員方法中，handle_file_upload是處理視頻文件上傳的主要方法，上傳完成后，再執(zhí)行g(shù)enerate_response方法，回傳相關(guān)信息給請求的客戶端。

content_model是數(shù)據(jù)庫操作基本類，主要成員變量category用來記錄視頻所在的欄目，便于視頻的分類處理;成員方法add_content（data）在上傳時將視頻相關(guān)信息記錄至數(shù)據(jù)庫。

（3）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

視頻系統(tǒng)在存儲視頻時，需要將視頻的相關(guān)屬性存入數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)如表1所示。

（4）視頻轉(zhuǎn)碼

為了提升視頻播放的兼容性，需要將視頻的編碼封裝格式進行統(tǒng)一處理。Mp4格式是當下的主流視頻封裝格式，能夠兼容絕大多數(shù)瀏覽器[4]，也是Html5技術(shù)原生支持的視頻格式，因此在本系統(tǒng)中采用Mp4作為視頻編碼封裝格式。

FFMPEG是一個集錄制、轉(zhuǎn)換和音/視頻編解碼功能為一體的開源解決方案[5]，支持MPEG、DivX、MPEG4、AC3、DV、FLV等40多種編碼，AVI、MPEG、OGG、ASF等90多種解碼。因此，在本視頻系統(tǒng)中采用FFMPEG技術(shù)對用戶上傳的視頻進行格式封裝。

（5）主要功能代碼實現(xiàn)

上傳時需要依次處理上傳請求的頭信息、讀取上傳文件、獲取上傳文件的屬性以及生成請求返回信息，定義上傳操作類UploadHandler，編寫相關(guān)函數(shù)方法，主要代碼如下：

class UploadHandler

{

……

//處理文件頭信息

public function head（） {…}

//讀取上傳文件

protected function readfile（$file_path） {…}

//處理上傳

protected function handle_file_upload（$uploaded_file， $name， $size， $type， $error，$index = null） {…}

//生成回傳信息

protected function generate_response（$content， $print_response = true） {…}

}

上傳視頻時，需要將獲取的視頻文件信息寫入數(shù)據(jù)庫;刪除視頻時，需要將數(shù)據(jù)庫對應的視頻信息刪除，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫操作類content_model，主要代碼如下：

class content_model extends model

{

//添加視頻信息

public function add_content（$data，$isimport = 0） {……}

/**刪除視頻信息**/

public function delete_content（$id，$file，$catid = 0） {……}

}

在代碼中對上傳的視頻編碼封裝格式進行判斷，如果用戶上傳的是Mp4格式的視頻，則直接上傳，否則調(diào)用FFMPEG工具采用Mp4格式進行封裝，關(guān)鍵代碼如下：

if （FFMPEG_EXT） {

if （$ext ！== 'mp4'） {

……

$unq_name = uniqid（）;

$cmd = FFMPEG_EXT . ' -i? ' . PHPCMS_PATH . 'uploadfile/video/' . $unq_name . '.' . $ext . ' -c：v libx264 -strict -2 -r ' . $r . ' ' . PHPCMS_PATH . 'uploadfile/video/' . $unq_name . '.mp4';

exec（$cmd， $status）;

pc_base：：ftp_upload（$unq_name . '.mp4'）;

/* 銷毀原視頻 */

@unlink（'uploadfile/video/' . $unq_name . '.' . $ext）;

}

$insert_name[$i] = $unq_name;

$insert[$i] = $unq_name . '.mp4';

} else{

showmessage（"ffmpeg loading failed"）;

}

其中，為了處理同名文件和特殊字符的問題，對上傳的文件進行重命名。

2.Building Block插件開發(fā)

由于Blackboard是商業(yè)軟件，因此無法通過直接修改源碼的方式進行定制開發(fā)，只能通過開發(fā)Building Block插件的方式對其進行功能拓展。一個Building Block插件實際上是一個zip或者war壓縮包，內(nèi)部包含一組功能較為完整的代碼文件。這組代碼實現(xiàn)的功能較Blackboard平臺自身相對獨立，通過引入官方提供的依賴包調(diào)用平臺的核心功能。同時官方也提供了一套標準的樣式標簽庫，能夠?qū)崿F(xiàn)Building Block插件從界面上無縫嵌入到平臺中。

在開發(fā)中，Building Block插件以Web Application項目的形式進行開發(fā)，開發(fā)時需要引用官方提供的依賴包，需要遵守Blackboard定義的標準。

（1）Building Block配置

在開發(fā)Building Block之前，需要對新建的Web Application依照Blackboard的開發(fā)標準進行依賴包引用和插件入口進行配置。Blackboard官方提供的依賴包至少需要引用bb-platform.jar和bb-common.jar。同時為了使開發(fā)的交互界面與平臺自身保持一致，需要引入Blackboard官方標簽庫bb-taglibs。相關(guān)配置代碼如下：

<%@ taglib uri="/bbData" prefix="bbData"%>

<%@ taglib uri="/bbUI" prefix="bbUI"%>

<%@ taglib uri="/bbNG" prefix="bbNG"%>

配置Building Block入口需要在bb-manifest.xml文件中進行配置，相關(guān)代碼如下：

……

……

（2）上傳前端開發(fā)

Blackboard平臺中使用統(tǒng)一的資源管理模塊來管理各種類型的教學資源，視頻資源在這里作為一種引用類型資源，其創(chuàng)建流程需要遵循Blackboard資源管理的流程。首先需要開發(fā)創(chuàng)建資源的頁面，主要代碼如下：

這段代碼中請求了一個上傳頁面，視頻上傳到視頻平臺之后，上傳結(jié)果信息會傳入到本頁面的表單中，該表單會提交至后臺調(diào)用資源管理模塊，將相關(guān)信息保存至Blackboard本地庫的資源表中。

視頻上傳頁面主要代碼如下：

這段代碼將需要上傳的視頻信息保存在表單中，同時通過jsp技術(shù)從Blackboard后臺獲取當前用戶信息，在上傳視頻成功后，將視頻平臺返回的視頻訪問地址和當前用戶信息回傳至資源創(chuàng)建頁面。

（3）上傳后端開發(fā)

在視頻上傳成功后，需要將創(chuàng)建資源頁面中獲取的視頻信息保存至Blackboard資源管理模塊涉及到的庫表中，因此上傳后端的開發(fā)也需要調(diào)用Blackboard平臺資源管理模塊的接口進行視頻信息的保存。主要代碼如下：

import blackboard.persist.Id;

import blackboard.persist.content.ContentDbLoader.Default;//引入Blackboard持久化模塊

……

public class ContentAction {

……

private ActionForward saveContent（ActionMapping mapping， ContentForm myform， HttpServletRequest request） {

String parentContentIdStr = request.getParameter（"content_id"）;

String courseIdStr = request.getParameter（"course_id"）;

String courseFileName = request.getParameter（"contentname"）;

……

try {

……

String url = "視頻平臺url" + fileids;

Content c = new Content（）;

……

c.setContentHandler（"resource/插件名稱"）;

c.setUrl（url）;

c.setRenderType（RenderType.URL）;

blackboard.persist.content.ContentDbPersister.Default.getInstance（）.persist（c）;

} catch （Exception var19） {

var19.printStackTrace（）;

}

String content_list_url = request.getScheme（） + "：//" + request.getServerName（） + "：" + request.getServerPort（） + "Blackboard平臺資源列表路徑？" + "content_id=" + parentContentIdStr + "&course_id=" + courseIdStr + "&mode=reset";}//構(gòu)建回傳信息

……

}

這段代碼中定義了跳轉(zhuǎn)方法saveContent（）來保存上傳成功視頻的相關(guān)信息至Blackboard平臺資源管理庫表，主要調(diào)用了Blackboard平臺資源管理接口類ContentDbPersister的persist的方法，保存成功后，跳轉(zhuǎn)至包含該視頻訪問信息的資源列表頁面，用戶點擊視頻資源即可播放該視頻。

四、新視頻工具應用效果

遵照Blackboard平臺的標準，我們將新視頻工具以Building Block的方式進行部署，并收集相關(guān)應用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，觀察新工具的應用效果。

1.增加Blackboard平臺的穩(wěn)定性

新視頻工具自2016年秋季學期正式上線，截至2019年12月10日，由新視頻工具上傳到視頻平臺的視頻共計8271個，總大小1355G，日均增長量約1.14G，為Blackboard平臺節(jié)省了1.3T存儲占用空間。同時，由于視頻存儲在視頻平臺的服務(wù)器上，用戶觀看視頻所占用的連接數(shù)、帶寬和磁盤I/O都在視頻平臺上，減少了Blackboard平臺的性能資源消耗，增加了Blackboard平臺的穩(wěn)定性。

2.統(tǒng)一了視頻封裝的格式

在上傳視頻時，新的視頻工具對視頻的格式進行檢測和轉(zhuǎn)換，如果視頻文件不是Mp4封裝格式，則進行轉(zhuǎn)換。最終，視頻平臺上存儲的視頻文件皆為Mp4封裝格式，從而統(tǒng)一了視頻存儲格式，如圖2所示。

3.解決了視頻播放的兼容性問題

用戶在Blackboard平臺上訪問視頻時，視頻工具使用Html5原生video標簽無縫播放視頻平臺上的Mp4視頻，如圖3所示。使用video標簽元素替代原有的Flash播放器，解決了視頻播放的兼容性問題，用戶可以自由選擇各類移動終端來獲取教學視頻資源，如圖4所示。

五、總結(jié)與展望

本研究對Blackboard的視頻功能進行了再設(shè)計，遵照Blackboard平臺的標準開發(fā)了新的視頻工具，完善了原有視頻工具的不足，并通過對日志的分析來觀察新工具的應用效果，為Blackboard教學平臺更好地集成視頻資源提供了實踐案例，也為其他類似平臺集成視頻資源方案提供參考。

在后續(xù)研究中，需要關(guān)注以下幾點：首先，需要關(guān)注視頻播放技術(shù)。當前使用的播放工具為Html5視頻標簽元素，用戶在觀看視頻時可使用右鍵獲取視頻的播放地址，而在實際應用中，部分教師不希望課程參與者輕易獲取到視頻訪問地址，因此有必要開發(fā)Web視頻播放器，增加獲取視頻地址的門檻。其次，需要提升轉(zhuǎn)碼過程的靈活性。當前在視頻的轉(zhuǎn)碼過程中保持了視頻編碼的原始參數(shù)，如視頻的碼率、分辨率、幀頻等參數(shù)，而在實際應用中，部分教師并不介意改變這些參數(shù)來降低視頻文件大小以減少視頻加載時間，因此可以在轉(zhuǎn)碼時增加降低碼率等參數(shù)的選項，為用戶提供更多選擇。此外，需要定時關(guān)注視頻平臺上剩余的存儲空間。與文檔、圖片類型的資源比較，視頻資源文件占用存儲空間相對較大，在新學期批量創(chuàng)建新課時，存儲空間的消耗速度急劇上升，如不及時關(guān)注，磁盤空間占滿會導致視頻上傳失敗，嚴重影響用戶體驗，因此可以使用腳本將存儲占用情況定時通過郵件或短信發(fā)送給管理員，有條件還可以建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，更全面地監(jiān)控平臺的存儲狀況。

參考文獻：

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（編輯：魯利瑞）