基于Blackboard在线学习平台的视频工具设计与实现

    马晨辉 赵春 徐艳艳

    

    

    

    摘要：在使用Blackboard软件建设在线教学平台的过程中，作者发现Blackboard对视频资源的支持较弱，如对视频编码格式支持较少，缺乏对视频资源统一的管理，用户并发访问视频资源时对教学平台本身产生额外压力等。文章基于对Blackboard中的Building Block插件研究及对相关视频技术的深入研究，将平台中的视频部分从Blackboard系统中剥离出来，同时开发Building Block视频工具与之整合，并搜集日志观察应用效果，为高校在线教学平台整合视频服务提供了一种可行的方案。

    关键词：Blackboard;在线教学平台;视频

    中图分类号：TP393 文献标志码：A? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）02-0083-05

    一、引言

    在引入商业软件时，通常情况下，高校都会结合自身的实际情况对软件做适量的定制开发，以满足个性化需求。Blackboard平台是一款商业软件，是商业在线学习平台的典型代表，在全球著名高等院校中的市场占有率达到70%以上[1]。Blackboard作为一款由国外公司开发的平台，在引入国内高校时，更是不可避免地需要根据学校情况进行个性化定制、开发，以符合学校本地化使用需求。

    华东师范大学自2016年开始试用Blackboard平台。在本地化建设工作中，我们发现Blackboard对视频的支持较为薄弱，仅关注资源以文件形式的操作，如上传、下载，而忽视了视频这一媒介区别于其他媒介作为内容载体的特性，如缺少对视频封装格式的控制;同时也没有考虑到一定规模的视频资源对平台稳定性的影响，如大规模在线观看对平台访问带宽的影响。

    近年来随着MOOC的兴起[2]，在教学平台中引入教学视频逐渐成为教学研究的热点。然而，针对Blackboard平台与视频集成技术的研究较为缺乏。以中国知网、万方数据以及维普数据库为检索资源，同时以Blackboard和视频为关键词进行搜索，仅有一篇技术集成的相关文献。

    作为世界上最大的商业教学平台，Blackboard对视频资源的支持存在很大的不足，难以满足当下高校在线课程设计的需求，这也是很多高校在使用Blackboard平台时的一个痛点。同时相关的研究少之又少，因此有必要针对Blackboard平台的视频工具进行研究与再设计，以填补这一空白。

    二、视频工具的再设计

    笔者针对当前Blackboard视频工具的不足之处进行分析，并对其涉及到的流程进行再设计，实现将视频功能从Blackboard平台的耦合中独立出来，减少视频工具对平台本身其他功能的影响，并将Blackboard平台与独立出的视频平台进行集成，从而提高教學平台稳定性，提升用户体验。

    1.Blackboard现有视频工具分析

    课程内容工具是Blackboard平台中最为核心的课程设计工具，所有的教学内容均使用此工具来进行创建，课程设计者通过创建或上传已有的各类数字化教学内容资源，包括文字、文档、图像、音频以及视频等资源，使用课程内容工具按照教师的意愿对教学内容进行组织和排版。因此，同上传其他类型的资源一样，Blackboard平台现有的视频工具实际是调用资源上传接口，将视频作为文件资源上传至本地服务器，同时在资源类型字段标记为视频资源，课程内容页面在加载资源的时候通过这一标记来呈现视频资源。这一模式能够满足最基本的视频资源需求，但也存在以下缺陷：

    （1）视频播放对平台稳定性的影响

    相对于教学平台的其他功能模块，视频上传、存储及播放有其特殊性，随着视频资源及其用户数量的增加，对服务器的I/O、带宽、存储空间的要求会急剧增加，从而影响教学平台其他基本功能的运行，造成系统等待超时甚至宕机，这是非常大的故障风险点。

    （2）视频管理缺乏统一标准

    在Blackboard平台中，系统本身对上传视频的格式没有任何过滤和限制，也没有视频封装格式转换的功能支持，用户可以上传任意格式的视频甚至非视频文件，既导致上传的视频可能无法播放，又造成了资源管理上的混乱。

    （3）视频播放的兼容性较差

    Blackboard自带视频播放器在视频文件的兼容性、移动终端设备的兼容性方面都存在着一定的问题。当视频资源加载时，系统使用Flash播放器进行视频播放，而当下各大主流浏览器正逐渐抛弃Flash这一技术，导致某些浏览器无法直接播放视频。另一方面，随着移动设备的普及与校园无线网络的全覆盖[3]，越来越多的用户使用各种移动终端来访问系统，而Flash播放器在移动设备上的兼容性较差，在这些终端上往往无法正常播放。

    2.Blackboard视频工具再设计

    针对上述缺陷，笔者在新的设计中将视频服务独立出来，以接口的形式对Blackboard系统中的组件提供支持。同时，在Blackboard中开发新的Building Block插件，实现调用视频平台上传接口进行视频资源上传，并将返回的视频访问信息存入数据库，实现本地仅仅存放视频引用信息，而不存放文件本身。另外，在读取视频文件时，使用Html5视频元素进行视频播放，结合视频平台转码服务，实现视频编码格式的统一与播放的稳定性。

    三、基于Building Block技术的视频工具开发与实现

    基于以上系统架构设计，需要进行两项功能开发：视频平台视频上传和转码的功能，基于Blackboard的Building Block插件开发。

    1.独立视频系统开发

    （1）基本功能分析

    视频系统主要提供视频上传和视频访问功能，接收用户在Blackboard平台中上传的视频文件，处理视频的访问请求。为实现统一视频的编码格式，系统还应当包含视频编码转换的功能。

    （2）基本類与主要成员描述

    系统收到客户端请求后，一方面要对上传的文件进行操作，另一方面需要记录视频的相关信息以及请求的相关参数，因此基本类应划分为文件操作类和数据库操作类，如图1所示。

    UploadHandler是处理视频上传的基本类，主要成员变量options是数组类型的数据，主要描述了服务器上存储视频的路径;成员方法中，handle_file_upload是处理视频文件上传的主要方法，上传完成后，再执行generate_response方法，回传相关信息给请求的客户端。

    content_model是数据库操作基本类，主要成员变量category用来记录视频所在的栏目，便于视频的分类处理;成员方法add_content（data）在上传时将视频相关信息记录至数据库。

    （3）数据库设计

    视频系统在存储视频时，需要将视频的相关属性存入数据库，其数据库表结构如表1所示。

    （4）视频转码

    为了提升视频播放的兼容性，需要将视频的编码封装格式进行统一处理。Mp4格式是当下的主流视频封装格式，能够兼容绝大多数浏览器[4]，也是Html5技术原生支持的视频格式，因此在本系统中采用Mp4作为视频编码封装格式。

    FFMPEG是一个集录制、转换和音/视频编解码功能为一体的开源解决方案[5]，支持MPEG、DivX、MPEG4、AC3、DV、FLV等40多种编码，AVI、MPEG、OGG、ASF等90多种解码。因此，在本视频系统中采用FFMPEG技术对用户上传的视频进行格式封装。

    （5）主要功能代码实现

    上传时需要依次处理上传请求的头信息、读取上传文件、获取上传文件的属性以及生成请求返回信息，定义上传操作类UploadHandler，编写相关函数方法，主要代码如下：

    class UploadHandler

    {

    ……

    //处理文件头信息

    public function head（） {…}

    //读取上传文件

    protected function readfile（$file_path） {…}

    //处理上传

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

    //生成回传信息

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

    }

    上传视频时，需要将获取的视频文件信息写入数据库;删除视频时，需要将数据库对应的视频信息删除，创建数据库操作类content_model，主要代码如下：

    class content_model extends model

    {

    //添加视频信息

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

    /**删除视频信息**/

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

    }

    在代码中对上传的视频编码封装格式进行判断，如果用户上传的是Mp4格式的视频，则直接上传，否则调用FFMPEG工具采用Mp4格式进行封装，关键代码如下：

    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'）;

    /* 销毁原视频 */

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

    }

    $insert_name[$i] = $unq_name;

    $insert[$i] = $unq_name . '.mp4';

    } else{

    showmessage（"ffmpeg loading failed"）;

    }

    其中，为了处理同名文件和特殊字符的问题，对上传的文件进行重命名。

    2.Building Block插件开发

    由于Blackboard是商业软件，因此无法通过直接修改源码的方式进行定制开发，只能通过开发Building Block插件的方式对其进行功能拓展。一个Building Block插件实际上是一个zip或者war压缩包，内部包含一组功能较为完整的代码文件。这组代码实现的功能较Blackboard平台自身相对独立，通过引入官方提供的依赖包调用平台的核心功能。同时官方也提供了一套标准的样式标签库，能够实现Building Block插件从界面上无缝嵌入到平台中。

    在开发中，Building Block插件以Web Application项目的形式进行开发，开发时需要引用官方提供的依赖包，需要遵守Blackboard定义的标准。

    （1）Building Block配置

    在开发Building Block之前，需要对新建的Web Application依照Blackboard的开发标准进行依赖包引用和插件入口进行配置。Blackboard官方提供的依赖包至少需要引用bb-platform.jar和bb-common.jar。同时为了使开发的交互界面与平台自身保持一致，需要引入Blackboard官方标签库bb-taglibs。相关配置代码如下：

    <%@ 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文件中进行配置，相关代码如下：

    

    

    

    

    

    

    

    ……

    

    ……

    

    

    （2）上传前端开发

    Blackboard平台中使用统一的资源管理模块来管理各种类型的教学资源，视频资源在这里作为一种引用类型资源，其创建流程需要遵循Blackboard资源管理的流程。首先需要开发创建资源的页面，主要代码如下：

    

    這段代码中请求了一个上传页面，视频上传到视频平台之后，上传结果信息会传入到本页面的表单中，该表单会提交至后台调用资源管理模块，将相关信息保存至Blackboard本地库的资源表中。

    视频上传页面主要代码如下：

    

    ……

    

    

上传进度：