基于在線視頻學習的用戶觀看行為抽取方法

王 東，林 宏，左 欣

(貴州師范學院a.數學與計算機科學學院;b.教育信息網絡中心;c.繼續教育學院，貴陽 550018)

引言

隨著互聯網Web2.0和云計算等技術的成熟，網絡在線學習得到了前所未有的發展，近年來出現了一批在線學習平臺。學習者通過在線學習平臺參與各種學習活動，其中，觀看視頻是最核心的學習環節。平臺通過自動記錄學習者的觀看行為，將其作為評價或考核學習者的主要依據［1-3］。目前，多數在線學習平臺記錄觀看行為的方法仍比較簡單，僅記錄學習者播放視頻的時間長度，該方法未完整記錄下學習者的各種觀看行為。為了強制學習者必須觀看所有視頻片段，一些學習平臺隱藏了視頻播放器自帶的進度控制功能，視頻只能從頭到尾按時間順序播放。這種方式限制了學習者的學習自主性，容易使學習者產生觀看疲勞，失去學習興趣。本文對視頻播放器的進度條進行了擴展設計，實現對學習者觀看行為的實時采集、存儲和呈現，基本思路是:(1)重新設計播放器進度條，用不同顏色分塊表示視頻片段的學習狀態，學習者對觀看過程有完全的播放控制權，以視頻片段被播放的覆蓋率作為學習的評價標準;(2)播放進度條自動記錄和存儲學習者的詳細觀看行為數據，為學習者學習行為的跟蹤與分析提供基本依據;(3)進度條提供播放詳情的直觀呈現，讓學習者了解自己的學習過程。

1 視頻播放進度條設計

視頻播放器自帶的播放進度條只能顯示當前播放的時間點，不能更加詳細的呈現已播放的各個片段。因此，我們對視頻播放器的進度條進行擴展設計。用一個div作為自定義進度條的容器，其背景色作為進度條的背景色;用戶的每個觀看行為定義為一個播放片段，每個播放片段用一個span標簽表示，span標簽置于div容器中，span標簽的背景色作為進度條的前景色;用span標簽的left屬性(左邊距)代表播放起點，width屬性表示播放片段的時間長度。每個播放片段在用戶觸發播放器的播放行為事件時被初始化，每當一個播放片段開始時，在div容器中追加一個新的span標簽，span標簽在div容器中的位置代表播放開始時間點，span標簽的初始長度為0。隨著視頻播放進度的推進，通過實時同步改變span標簽的width屬性值，從而模擬出播放進度不斷增加的效果。圖1為進度條生成流程圖。

圖1 進度條生成流程圖

實時同步需要用Web計時器采集播放器當前播放點時間，因此，Web計時器的準確性很關鍵。JavaScript提供的計時器最常用，但易受環境干擾，計時不準確，因此，選用了jQuery［4］的 timer插件，計時準確性較好。當通過計時器采集到當前播放點后，由于進度條和視頻播放器自帶進度條所使用的度量單位不相同(分別為像素和時間)，需要進行單位轉換，轉換關系為:

式(1)將進度條當前進度轉換為播放器的當前播放時間，px為當前span標簽的width+left，div.width為進度條總長度，totaltime為視頻總時長;式(2)將播放器的當前播放時間轉換為進度條當前進度，time為視頻已播放時長。

視頻播放過程中用戶執行一系列播放控制，將在div容器中生成多個對應的span標簽，它們分散或者重疊地分布在div容器中，由于span標簽的背景色是相同的，在用戶看來，是一個整體，從而完全模擬出分塊進度條的效果。圖2描述了多個播放行為后進度條的內部結構。

圖2是一次視頻觀看會話中分塊進度條生成的分解圖。狀態①表示進度條容器為空，用戶未執行任何觀看行為;狀態②表示視頻載入后用戶執行了播放并持續觀看了一個時間片段;狀態③表示用戶執行暫停后再繼續播放了一個時間片段;狀態④表示用戶執行了拖動播放，并持續觀看了一個時間片段;狀態⑤表示用戶將播放器進度往前拖動播放，觀看的時間片段與之前的時間片段有相交;狀態⑥表示用戶將播放器進度往前拖動播放，觀看的時間片段包含于之前的時間片段中;狀態⑦表示狀態疊加后呈現的整體效果。

圖2 視頻播放觀看會話分解圖

2 用戶觀看行為數據抽取

在線視頻觀看行為數據對進行教育大數據分析具有不可估量的價值，通過對海量學習行為進行深入挖掘，對用戶的學習行為進行跟蹤、記錄并建模分析，就能全面跟蹤、掌握學習者的學習行為、學習過程和學習特點，從而有針對性地改善課程視覺效果和教學方法［5-7］。所設計的進度條本身具備存儲用戶學習行為的功能，但通過網頁上的html標簽存儲用戶觀看行為數據是暫時的，當頁面被刷新或重新載入時數據會被清除。因此，需要將用戶觀看行為數據存儲到服務端數據庫中。為了減少客戶端與服務端連接的次數，客戶端并不會實時向服務器提交行為數據，采取定時提交行為數據的方法。通過定義一個DBCLOCK計時器，每隔一定時長向服務器提交一次行為數據。客戶端向服務器提交的行為數據為進度條容器中所有span標簽上的屬性值集合，通過遍歷div容器中的span標簽并獲取屬性值，得到一個二維數組，再用JSON.stringify()方法處理后作為$.post提交方法的參數傳遞給后臺處理程序。后臺處理程序用json_decode方法解析后還原成二維數組，將二維數組中的每行插入到行為數據表中。在向服務器提交數據時，為了不刷新頁面，采用 AJAX［8-9］技術提交數據，用 JSON［10-11］作為數據交換格式。同時為了避免寫入重復數據，寫入前先將同次視頻觀看會話的所有記錄刪除，再將前端播放數據寫入數據庫。

在span標簽自定義6個屬性(action，playdatatime，playstarttime，playendtime，dragstarttime，dragendtime)，用以記錄用戶的觀看行為。其中，action表示播放類型，其取值為{‘play’，‘pauseplay’，‘dragplay’}，分別表示載入后播放、暫停后播放和拖動播放;playdatatime為初始化視頻時系統的當前時間;playstarttime存儲當前片段播放的開始時間點，playendtime存儲當前片段播放的結束時間點;dragstarttime表示拖動起點;dragendtime表示拖動結束點。dragstarttime和 dragendtime只在action取值dragplay時有效，代表拖動起點和拖動結束點;當action取值play或pauseplay時，dragstarttime和dragendtime被定義為0。相應地，在數據庫中建立學習行為記錄表存儲每個span標簽的屬性值(表1)。

表1 學習行為記錄表

表1中每一條記錄代表用戶觀看的一個時間片段，videoID唯一標識一個視頻，userID標識一個用戶。給定videoID和userID條件下，playdatetime值相同的所示記錄表示一個用戶的一次觀看會話的所有觀看行為。通過left字段和width字段，可以在客戶端頁面上生成歷史播放詳情。通過統計playstarttime和playendtime字段可以獲得時間片段長度，統計:dragstarttime和dragendtime可以獲得播放過程中被跳過的視頻片段。當海量數據記錄形成后，這些數據將成為大數據分析的有力證據，比如:當某個視頻片段經常被用戶跳過，就有可能是這部分視頻制作不清，或者是課程內容安排不當。

要記錄視頻觀看行為數據，就要準確捕獲用戶的播放行為。大多數視頻播放器都提供一系列監聽事件接口，只需要在監聽事件中編寫好相應的處理程序即可。本文所使用的是ckplayer播放器，表2中列出了使用到的監聽事件及該事件中要執行的主要動作。

表2 監聽事件列表

3 歷史觀看行為數據呈現

載入歷史播放數據的過程就是將數據庫中符合條件的記錄在Web端生成相應標簽的過程。主要呈現內容包括兩個方面:一是歷史總播放進度，將當前觀看者、當前視頻的所有歷史記錄進行合并后在前端呈現一條進度條;二是歷史播放詳情，將當前觀看者、當前視頻的所有記錄按播放時間會話分組合并，每個會話形成一條進度條呈現在前端。

用戶在一次觀看會話中往往會觸發若干觀看行為，數據表中存儲了許多記錄，如果將每條記錄在前端頁面上生成一個span標簽，在初始化前端頁面時會增加負載。因此，在后臺處理程序中將每次播放的歷史數據進行合并后再輸出到前端。由于數據表中的每一條記錄對應一個span標簽，采用span標簽的合并來描述數據表記錄的合并操作。分析觀看會話中產生的span標簽，span標簽之間可能產生三種關系:(1)相離關系:span1和span2無重疊;(2)相交關系:span1和span2部分區域重疊;(3)包含關系:span2完全位于span1區域內，如圖3所示。

合并后的狀態:對于(1)來說，不需要合并;對于(2)，修改span1的width值，刪除 span1;對于(3)，直接刪除span2。

圖3 span標簽關系圖

觀看行為記錄的合并過程描述如下:

Step 1:對所有span標簽按left屬性值升序排列;

Step2:若span標簽數大小2，反復執行:

Step 2.1從第1個標簽開始至第n-1個標簽，取相鄰span標簽，反復執行:

Step 2.2若兩個span標簽為包含關系，刪除第二個span標簽，跳step2;

Step 2.3若兩個span標簽為相交關系，更新第一個span標簽的 width屬性值，刪除第二個 span標簽，跳step2。

4 進度條標尺及參考線設計

帶標尺及參考線的進度條能顯著提高用戶體驗，用戶可直觀地觀察到視頻的時間刻度及播放進度。生成標尺首先需要準備一張帶刻度線的圖作為標尺容器的背景圖，背景圖水平平鋪橫向填充標尺容器。標尺的刻度值則需要根據視頻時長動態生成。

參考線的主要作用包括兩個方面:一方面作為對齊播放片段的垂直參考線，當鼠標移動到進度條容器區域內會跟隨鼠標移動，方便用戶察看觀看片段的時間點;另一個方面是作為當前播放頭實時向后移動。為協調好參考線的呈現，當鼠標位于進度條內時，使參考線隨鼠標移動，當鼠標離開進度條區域外時，使參考線作為播放頭實時向后移動。

5 用戶觀看行為抽取實證分析

為驗證本文所述方法的有效性，準備了一個時長為3.37分鐘的視頻文件，在播放視頻過程中多次模擬學習者的各種觀看行為，分別執行載入視頻后播放、播放中暫停、暫停后繼續播放、播放中拖動、暫停中拖動、不同方向的拖動播放等觀看行為，并在此過程中進行人工記載。通過歷史觀看行為數據的重新呈現。如圖4所示，與人工記載的學習斷點完全吻合，學習者的各種觀看行為被準確的記錄了下來。

圖4 歷史播放詳情運行圖

6 結束語

知識全球化的MOOC運行，以一種新型的學習方式正在興起，這種以學習者在線觀看視頻為主的學習形式，不僅要求視頻內容制作要有過硬的質量，也對播放過程的用戶體驗及用戶觀看行為數據的分析提出了很高的要求。本文基于開源播放器擴展了播放進度條的設計，有效解決了用戶觀看行為數據的記錄與呈現問題，使學習者能夠精確地觀察了解自己的學習過程，增強了播放器的用戶體驗，也為用戶學習行為大數據分析儲備了數據。

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