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ID号:7439
标题:多媒体数据库在远程教学中的应用
频道:教育论文
栏目:远程教育论文
属性:
作者:问心
来源:旧版导入
点击:
编辑:管理员
时间:2006-6-5 |
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多媒体数据库在远程教学中的应用 |
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作者：问心 文章来源：旧版导入 点击数： 更新时间：2006-6-5  |
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多媒体数据库在远程教学中的应用
学生姓名：贾文鑫
【摘 要】 随着多媒体技术及网络技术的发展，二者的结合给远程教育带来了巨大的影响。网络教学逐渐发展成为一种重要的教学方式，而在网络教学中大量用到多媒体技术制作的教学课件以及其他多媒体教学材料，这些多媒体数据的存储和访问是关键问题，因此多媒体数据库在远程教学中非常重要。本文主要针对多媒体数据库的内容、特点、访问以及管理进行了探讨。
【关键词】 多媒体数据库； SSI ；CGI ；API
1 前言
多媒体技术是90年代发展最迅速的领域之一，多媒体应用已迅速渗透到信息社会的各个领域，而远程教学将成为21世纪高等教育最重要的教育形式之一。利用分布式多媒体系统，学生可以接受异地教师的图、文、声、像一体的生动活泼的教育。目前已经出现了许多成熟的多媒体编辑工具（如Authorware Professional,Multimedia Toolbook,IconAuthor, Director等），出现了多种科目的、复杂的、具有交互性的多媒体学习软件。利用多媒体数据库在网络上可以实现这些集图、文、声、像于一体的教学。
随着信息数量和信息媒体种类的不断增加，对信息的管理和检索也变的越来越困难。有人将信息比喻为洪水，而这股洪水会继续泛滥，我们所要做的就是将成灾的信息洪水转变为灌溉我们思想田野的水源，使得广大的用户能够使用更加方便的工具获取更多的信息，探索日益增长的信息空间。在这种情况下，多媒体数据库和基于多媒体内容检索的技术无疑将扮演一个十分重要的角色。
2 多媒体数据库的内容
和任何数据库一样，一个多媒体数据库包括储存的数据和提供数据存取的数据库管理系统(DBMS)。数据可以是静态的也可以是动态的。
静态内容是指储存在文本、录像、照片、声音、和视频片段中的静态讯息。它从属于数据库的动态，静态内容可以通过添加、编辑或删除数据而进行修改。为了解决不同的修改目的，要区分不同的修改层次。这种区别取决于数据库建立者允许的存取权限。改变数据库内容可能只是某些人的特权，也可能开放给所有用户。这个层次上的修改是明确的。
动态内容是指通过被激活的计算机模拟或通过可能作为数据库一部分的参考机制（如用专家知识支持问题解决的行为）来生成临时数据和讯息。以日志文件和用户在使用数据库时要遵循的程序控制决策形式出现的管理数据也被看作属于数据库的动态内容。
储存数据的基本技术机制是直接面对互动系统的。实质上所有数据的储存形式是在磁盘或光盘上。大多数数据以数字方式储存。技术的发展飞快地向着多媒体信息的全数字储存的方向发展。
传真传送、图像、交互视频、现场视频及音频等，都是存储于多媒体对象中的基本数据类型的外部可见的表现形式。这些基本类型要求不同的处理数据方法，并对压缩编码以及对存储与检索所作的处理都有影响。在远程教学中主要利用文本、声音、图像这些多媒体来完成教学，因此多媒体数据主要有以下几类：
2.1 文本和文档
文本是多媒体数据类型中的最简单也是最重要的数据类型。一直以来，文本都是人和计算机交互作用的主要形式。文本使用字符或字符串表示，通常使用美国信息交换标准码。文本也可以是从原来的文本文扫描而来的数字化图像。
现在经常碰到的一个词是超文本（Hypertext），它跟文本的含义是不一样的。超文本是索引文本的一个应用，它能在一个或多个文档中迅速的搜索特定的文本串。从多媒体应用的角度看，超文本文档是基本的复合对象，文本是它的子对象。
2.2 音频信息
多媒体中经常使用声音、音乐及MIDI格式，也包括语音合成、语音识别和语音传输等。在远程教学中，我们可以利用网络传输教师的授课录音，授课录像，使学生感受到现场学习的气氛。
2.3 视频信息及图像和图形
视频信息及图像和图形主要包括图、动画、文档图像、摄影照片以及教学相机捕获的画面。
3 多媒体数据库的特点
数据库是为某种特殊目的组织起来的记录和文件的集合。传统的数据库管理系统在处理结构化数据、文字和数值信息等方面是很成功的。但是处理大量的存在于各种媒体的非结构化数据（如图形、图像和声音等），传统的数据库信息系统就难以胜任了，因此需要研究和建立能处理非结构化数据的新型数据库――多媒体数据库。与传统的数据相比，多媒体数据具有以下特性：
3.1 集成特性：在远程教学中，多媒体教学材料通常是由不同类型媒体综合而成的，包括文本、声音、图像等不同类型的媒体。
3.2 独立特性：多媒体中的单媒体具有独立性，因此可以单独对某一媒体进行操作而不影响其他媒体。
3.3 大数据量：由于不论是声音信息还是视频信息，其数据量都非常大。而多媒体是由各单媒体组合而成的，在进行网络教学中，其数据量更大。
3.4 实时特性：多媒体技术由于是多种媒体集成的技术，在很多场合都要求实时处理。有些远程教学中需要对学生进行类似现场的辅导，这也需要系统的实时性比较好。
3.5 交互特性：各种多媒体信息采用交互式操作方式。无论是系统管理员还是学习者，都要对数据库进行访问或操作，因此多媒体数据库具备很强的交互性。
4 多媒体数据库的访问
4.1 远程教学系统的分类：
远程教学系统的基本模式是在多媒体服务器中存放多媒体教学资源，学员可以通过网络在客户终端远程访问这些资源。当服务器资源同时拥有教师同步指导时，这种远程教学就是同步实时远程系统。从使用方式上来分，多媒体教学系统可以分为两类：
4.1.1 异步多媒体远程教学系统
异步多媒体远程教学系统的特征是指：异地用户通过与计算机交互，访问远程服务器多媒体教学数据库，或通过下载服务器教学资源，在本地进行。异步教学的特点是不用教师在线指导，用户可以根据个人情况进行学习。目前大多数多媒体教学系统都属于异步教学系统。
4.1.2 同步实时多媒体远程教学系统
同步实时多媒体远程教学系统的特征是指：异地用户在访问多媒体服务器教学资源时，在服务器端同时有指定的教师同步指导，学员可以与教师实时交互。与异步教学系统比较，同步实时教学系统实现了传统教学与异步教学相结合的功能和特点。
例如，图1就是一个异步多媒体远程教学系统。
图1 异步远程教学系统
4.2 对多媒体数据库的访问
如图1所示，异步多媒体远程教学系统的基本组成包括两部分：多媒体服务器和客户机。对于一个动态的、交互的、大数据量的异步远程教学系统的多媒体教学课程数据库，可以由系统管理员维护，他对多媒体数据库具有所有权限，并负责数据库文件物理存储的透明性定义、文件的分类、文件的一致性和冗余性检测等，实现对数据库的组织、内容的增加、删除、更改、分类定义以及信息的发布。他以增加新的课程，删除过时的课程，或用修改后（有教学领域专家完成）的课程替换原课程等；对于客户，他可以条件化进行可视化多媒体素材的选择、查看多媒体文件信息、对多媒体源文件进行复制和下载，还可以要求组建个人逻辑资源库。我们在此主要讨论客户对多媒体数据库的访问，在异步远程教学中，我们主要讨论学生通过使用浏览器来访问服务器、获得所要学习内容的访问。由于在远程教学中我们大量运用了多媒体课件，因此对多媒体数据库的操作，就要针对它的特点，根据不同的数据类型进行操作。
4.2.1 使用浏览器访问数据库（如图2所示）
在远程教学中，首先 ,学生的客户端浏览器把查询请求表格作为URL（Uniform Resource Locator）发送给站点的Web服务器 ,Web服务器根据URL参数启动相应的CGI程序或API程序 ,该程序对多媒体数据库服务器按条件进行查询 ,查询的结果格式化为HTML页 ,返回给浏览器。通过浏览器不仅可访问丰富的Web信息 ,而且通过CGI (Common Gateway Interface)接口或API (Application Program Interface)接口对数据库进行存取、获得动态的Web数据 ,扩展可访问的信息源。Web服务器提供Internet服务 ,管理HTML构成的信息空间 ,并提供对数据库的存取接口。基于内容的检索引擎也可以嵌入到Web服务器中 ,对Web的信息进行检索。多媒体数据库服务器由MDBMS (Multimedia Data Base Management System)内核引擎 (包括事务管理、查询优化、恢复管理和常规数据的存储管理等)、基于内容的检索引擎和层次型存储管理子系统构成。实用的多媒体数据库系统也应具有管理常规数据的能力。
图2 Internet环境下的多媒体数据库访问示意图
4.2.2 Internet服务器的数据库访问:
目前WWW服务器提供动态数据的常用方式 :
(1)SSI (Server Slide Includes，服务器端提供 )
利用SSI ,Web服务器可以很容易地将少量动态数据直接插入到HTML文档中。SSI方式虽然简单 ,但是从浏览器上发送和接收数据库信息时采用CGI或API比SSI更合适 ,这主要是由于SSI不象其它两种方法 ,没有提供丰富的编程功能以及更高级的编程接口以访问数据库服务器等外部资源的能力。
(2)CGI (Common Gateway Interface，通用网关接口 )
CGI是允许Web服务器运行能够生成HTML文档并将文档返回Web服务器的外部应用程序的规范。几乎所有Web服务器软件均支持CGI。所谓CGI程序 ,就是带有标准输入输出的程序 ,该程序接收主页参数或环境变量 ,进行处理 ,将结果通过标准输出返回给服务进程 ,再返回给客户端的浏览器。CGI程序作为Web服务器与数据库的中介 ,根据浏览器送来的存取参数 ,对多媒体数据库进行访问。CGI应用程序能够与浏览器用户进行交互 ,也能通过数据库接口与数据库服务器等外部数据源通信。
(3)API (Applying Program Interface，应用程序接口)
API作为驻留在Web服务器中的程序代码 ,其扩展Web服务器的功能与CGI相同 ,而它的性能却有成倍的提高 ,通过它编写DLL的Web应用 ,能在启动时通过WWW服务器装载入内存 ,以提高Web服务器的响应速度 。许多厂商也开发了用以连接Web服务器与数据库的API和开发工具 ,如与Oracle数据库连接的WebServer,与Foxpro连接的Webfox等。
总之，由于远程教学的特点，在客户机、服务器及多媒体数据库之间传送的不仅是一般的字段，它要将文本字段、声音字段、图像及其它字段作为一个整体传送，确保图、文、声并茂的要求，使异地的学生可以接受到生动、活泼、有价值的学习内容。同时，应该选择有效的数据库访问方式，无论是客户浏览器与Web服务器还是Web服务器与多媒体数据库之间的访问都应力求达到最优的访问，使学生可以既快又好的学习。
5 多媒体数据管理
从计算机技术的角度来看，数据管理的方法已经经历了多个不同阶段。最早的时候，数据是用文件的形式直接存储的，并且曾持续了很长一段时间，这与计算机的应用水平有关。早期的计算机主要用于数学计算，虽然计算的工作量大、过程复杂，但其结果往往比较单一。在这种情况下，文件系统基本上是够用的。随着计算机技术的发展，计算机越来越多地用于信息处理，如财务管理、办公自动化、工业流程控制等等。这些系统所使用的数据量大，内容复杂，而且面临数据共享、数据保密等各种方面的要求，于是就产生了数据库系统。数据库系统的一个重要概念是数据的独立性，用户对数据的任何操作（如查询、修改）不再是通过应用程序直接进行，而必须通过向数据库管理系统发请求实现。数据库管理系统统一实施对数据的管理，包括存储、查询、修改、处理和故障恢复等等，同时也保证能在不同用户之间进行数据共享。如果是分布式数据库，这些内容将扩大到整个网络范围之上。
近年来，随着多媒体数据库的引入，对数据的管理方法又开始酝酿新的变革。我们知道，传统数据库的模型主要针对整数、实数、定长字符等规范数据。数据库的设计者必须把真实的世界抽象为规范数据，这要求设计者具有一定的技巧，而且在一定情况下，这项工作会特别的困难。即使抽象完成了，抽象得到的结果往往会损失部分的原始信息，甚至会出现错误。当图像、声音、动态视频等多媒体信息引入计算机之后，可以表达的信息范围大大扩展，但又带来许多新的问题。在这种情况下，如何使用数据库系统来描述这些数据呢？
多媒体数据库管理系统是通过查询存取和控制存储的对象。它主要由多媒体数据库视图、物理存储视图、概念数据视图、分布视图以及过滤视图构成。利用操作系统提供的文件管理功能 ,对多媒体数据按不同媒体、不同使用方法或不同类别建立不同属性的数据文件 ,并对这些文件进行维护和管理，以数据文件的形式提供给各种多媒体应用程序使用（如图3所示）。在远程教学中，应该根据用户对象的不同，对不同人员规定其对数据库操作的权限，以确保多媒体数据库的安全，这对于多媒体数据库是非常重要的。例如对于系统管理员可以对数据库进行任何操作，如插入、删除及修改；而对于学生，只可以进行查询或其他不影响数据库的操作。
图3 用文件系统管理多媒体数据
6 结束语
随着科技的不断进步，多媒体技术及网络技术会有更快的发展和应用，多媒体数据库的重要性也会日益发挥出来。然而多媒体数据库还面临着许多需要进一步研究的方面，例如：多媒体数据库的信息量很大，如何更加有效的在网络中传输这些信息，如何使多媒体信息经过压缩存储后占用更少的内存空间。还有，我们对多媒体数据库的访问方式、管理方法也应该进行更多的研究，使其在远程教学中发挥更大的作用，促进教育的进一步发展。
参考文献
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Multimedia Database In The Distance Education
Student’s Name:Jia Wenxin Teacher’s Name:Zhang Zhaoxia
【Abstract】 With the development of multimedia technology and network technology, the union of the two technology have influenced the distance education very much. The network- based instruct becomes a kind of important way of instruct gradually, and there is a lot of teaching content and data used in the network- based instruct, the storage and access of the multimedia data is a key problem, so the multimedia database is very important in the distance education. This paper mainly describe the content、character、 access and management of the multimedia database.
【Keywords】 Multimedia; Database; SSI; CGI ;API
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