（电子科学与技术专业论文）电视制作机房管理与监控系统及数字音频工作站的研制.pdf

浙江人学硕l + 学位论史 a b s t r a c t t h e r ea r et w op a r t si nt h i s t h e s i s i nf i r s tp a r t ，t h er e s e a r c hw o r kisa b o u tt h em a n a g e m e n ta n dm o i l i t o f s y s t e mo np r o g r a m m i n gr o o mo ft vs t a t i o n t h es y s t e mc a ng r e a t l yi m p r o v e m a n a g e m e n t 1 e v e la n d p r o g r a m m a k i n gq u a l i t y o ft e l e y i s i o ne d i t in g d e p a r t m e n t i ti s e x p e c t e d t ob ea p r o s p e r o u s p r o s p e c t i nt h e b r o a d c a s t i n gf i e l d t h e s y s t e m i s d e s i g n e d f o ri n t r a n e t p a t t e r n ：i tisb a s e do l l h i g h s p e e de t h e r n e to fe x c h a n g ea n do nr d b m so fs q ls e r v e r t h eq u i c k a r c h e t y p a l m e t h o da n do o p ( o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) a r eu s e di n r e s e a r c hw o r k i ta c h i e v e sa r r a n g e m e n to fp r o g r a m m a k i n g ，m a n a g e m e n to r e q u i p m e n t ，m a n a g e m e n to fd a i l ya d m i n i s t r a t i o na n dm o r t i t o ro np r o g r a m m i n g r o o m t h i sp a r tf i r s t l ya n a l y z e st h es e l e c t i o no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e p l a t f o r m s ；t h e ni ta n a l y z e sa n dd e s i g a sm a n a g e m e n to fe q u i p m e n t ，w h i c b m a i n l yi n c l u d e sm a n a g e m e n to fe q u i p m e n t r e g i s t e ra n dm a n a g e m e n to f e q u i p m e n tm a i n t e n a n c e ：a t1 a s ti ta n a l y z e sa n dd e s i g a sm o r t i t o r s y s t e m o i l p r o g r a m m i n gr o o m w h i c h a d o p t sm u l t i c o m p u t e r c o m m u n i c a t io n t e c h n i q u e i nt h e p r i n c i p a l a n ds u b o r d i n a t e m o d e ， i ta c h i e v e s a u t o m a t i z a t i o no f o p e n i n go rc l o s i n ge q u i p m e n tp o w e rs u p p l ya n do f c o m p u t i n gc h a r g e ，a m o n gw h i c h ，t h ea u d i of r e q u e n c ya n dv i d e oa m p l ir u d e d e t e c t i o nm o d u l eh a s o r i g i h a li t y ， it c a n e f f e c t i v e l y m o n it o r p r o g r a m m a k i n gq u a l i t y i ns e c o n dp a r t ，d i g i t a la u d i ow o r k s t a t i o ni s r e s e a r c h e d i no r d e r t o q u a l i f yt h er e q u i r e m e n to fd i g i t a ld e v e l o p m e n to fb r o a d c a s t i n gt v s y s t e m ，t h ea d v a n c e dd i g i t a la u d i ot e c h n i q u ea n d c o m p u t e rm u l t j m e d i a t e c h n i q u ei sa d o p t e d ，a n dm c i ( r e e d i ac o n t r 0 1i n t e r f a c e ) 。1 0 wl a y e ra u d i o s e r v e r 。 4 m i o ( m u l t i m e d i ai n p u t o u t p u t ) i nw i n d o w so sa n do o pa r eu s e d i t p e r f o r m sm a n yf u n c t i o n s ，i n c l u d i n g r e c o r d ，e d i t ，a r r a n g e m e i l t ， a ut o m a ti cp l a ya n din f o r m a t io nm a n a g e m e n to fb r o a d c a s t in gp r o g r a m ，s o t h a tb e t t e r w o r ke f f i c i e n c ya n ds e r v e rq u a li t yc o u ldb ea c h i e y e d k e yw o r d ： r d b m s ，q u i c k a r c h e t y p a lm e t h o d ，o o p ： d i g i t a la u d i o ，m c l ，l o wl a y e ra u d i os e r v e r ，m m l 0 。 一塑坚叁堂堡! ：兰丝堡墨二一 第一章前言 1 1 系统研制背景 进入九十年代后，最明显的特征是以计算机技术与通信技术相结合的 i f 算机网络通信得到迅猛发展，并深刻地影响着整个社会的运行方式。广 播电视界对计算机网络与多媒体技术的应用也越来越重视，从新闻稿件采 编到金融信息的获取、从电视字幕的制作到电视节目的包装、从非线性编 辑到自动播控，计算机极大地影响着电视应用技术的发展，改变着电视工 作者的作业与思维方式【1 】。计算机技术在广播电视界的运用，不断获得 成功，取得较好的效益，如： 1 杭州电视台的“计算机新闻管理信息系统”【2 】； 2 石家庄电视台的“电视台1 6 路微机管理设备供电收费系统”【3 】： 3 福州电视台的“电视节目综合业务管理系统”【4 】。 我们注意到以上系统在取得成功的同时，也存在着不足之处：有的是 统计分析和报表制作等各种事务管理简单集成的m i s ，有的是简单的微机 与单片机控制系统，而不是信息管理与微机控制完整结合的计算机网络系 统。而针对电视台制作部业务管理的m i s ，在国内未见报导。 在本系统开发前，许多电视台制作部存在着这样的问题：电视制作设 备无法进行有效地控制管理，只好进行简单的人工管理，在这种情况下， 首先，昂贵的设备存在着使用上的极大浪费与混乱，好的设备争着用，普 通殴备空闲着，无人问津：其次，设备的使用情况和个人的用机情况无法 统汁；再次，管理者与用机人之间，用机人与用机人之问容易产生矛盾。 这种方式在设备使用计时、计费等方面缺乏一定的科学性，在数据统计、 报袤打印、设备维护记录等方面缺乏及时性与准确性，从而限制了设备的 高效率使用。 另外，电视视频信号幅度超限，严重影响接收效果。电视剪辑制作的 传统解决办法，采用专用设备如示波器，目测方式不仅费用高，而且超限 难以有效观测，因此迫切需要新的解决办法。 正是在上述背景下。展丌网络化的电视制作机房管理与监控系统的研 制，实现节目制作编排、没备资源管理、| | 常行政管理、机房j i f f 挖系统等 的有机结合与网络化，具有重要意义： 适应了现代化管理的需要，使各方面运作规范化、网络化，提高了 电挑制作机房的工作效率与管理水平，提商了信息，享程度； 解决电视制作设备的有偿服务管理、手工收费等问题，使之自动化： 通过音频、视频幅度的监控，有效地提高了节目制作质量。 网络化的电视制作机房管理与监控系统对于保障电视台高质量的节 | 制作，实现制作部对设备使f j 计赞、设备资源以及行政业务等方面的统。i 一 堂坚叁兰堡! ：兰竺堡兰 高效率管理，具有很大的优势。 12 系统的功能规划与要求 网络化的管理与监控系统要达到这样的效果：使得整个制作部各方面 运作规范化、网络化、智能化，从而提高效率及节目制作质量。 a 节目制作编排子系统 要解决原有手工运作方式效率低下、易产生冲突的问题，采用了网络 化管理方式：将节目部门填写的制作申请单在部办进行录入及备案，各科 组可以浏览申请单情况，根据申请单的内容生成设备使用的排班表，经调 整确认后由部办综合统一并打印输出。 b 设备资源管理子系统 制作部设备量种类繁多，价格昂贵，由于制作部下科室、机房数较多， 原来分散的管理有很多弊端。只有统一管理，j 能提高设备的使用率，把 握整个制作部的设备资源状况，才有利于统调度，使设备的保管、维修 等规范化。 设备资源管理功能规划与要求： 机房系统图管理，各机房通过专门图形输入平台录入本机房设备分布 情况，形成机房系统图。部办、主任办通过网络能对每一机房的设备分布 情况了如指掌。 设备登记表，各机房对设备进行登记，因设备包含部件，需两级管理。 部办、主任办能查询、更改整个制作部的设备登记表，能按照一定的条件 进行统计，打印报表。 设备定购、备用设备管理，由部办负责。 设备维护管理，包括故障、维修、报废、更换( 换入、换出) 、借还 ( 借入、借出) 处理等。对于需要进行计费的机房还要进行磁头管理、设 备( 系统) 测试管理，设备( 系统) 检修管理。设备故障、维修管理，还 需具有统计报表功能。 设备装配表的管理，提供用于刷卡i t 费没备的相关信息。 c 日常行政管理子系统 人事管理，建立基本的人事档案供棚有相应权限的人员查询。 机房工作日志，便于统计各机房有关人员的工作量。 日常文件、通知或公告栏，部晕向各科室发布，存于网络数据库中， 员 通过本机房的计算机就可浏览相关内容，可查阅以前的数据或文件资 料。t 意见、建议，各科室向部办提交，j 需化木机膀录入u 帅t 。 一 塑坚叁堂堡! ：兰丝堡皇 d 机房监控子系统 自动控制设备电源，刷卡时根掘设备排班表记录自动开、关没备电源 办计费。 监控节目制作质量，制作人员通过对视频幅度值实时数码显示，音频、 视频幅度超限的语音报警，来控制节目制作质量；管理人员能实时动 态监视所有节目制作情况。 网络化监视设备使用信息，部办、主任办、节目制作编排人员可在各 自机房随时了解设备使用信息，为合理安排用机提供有利参考。 管理人员监测系统运行状态，监测机房监控系统的运行状态；设备出 现故障，制作人员通过监控系统向管理人员反映，管理人员马上获悉 并给予解决。 设备使用超时的处理，对制作人员用机超过规定时间的智能处理。 呼日q 功能，管理人员通过系统呼叫几百米外的节目制作人员。 刷卡时进行语音提示，方便用户。 1 3 本文的主要工作 电视制作机房管理与监控系统，采用交换式快速以太网作为组网方 式；以w i nn t 作为网络操作系统，运用p o w e r d e s i g n e r 设计工具实现了对 m ss q ls e r v e r 数据库设计；前台丌发工具选择具有强大数据库支持能力 的p o w e r b u i l d e r ，用快速原型法与面向对象编程技术相结合，实现了应用 系统。其中，机房监控系统的实现还利用了单片机技术及主从式多机通信 技术。 在电视制作机房管理与监控系统的丌发过程中，本人完成的工作主要 有： a 参与整个网络体系结构的构建。 b 参与整个网络数据库的总体设计。 c 承担设备管理的设计与实现。 d 承担部分日常行政管理的设计与实现。 e 承担机房监控子系统的软件实现。 另外，作为论文研究工作的一部分，本人承担了在广播系统中非常具 有应用前景的数字音频工作站的研制工作( 见论文第二部分) ，主要成果如 f ： a 根据数字音频工作站应用的需要，完成了系统功能的规划。 b 为数字音频工作站设计了方便与美观的人机交互界面。 c 完成了具备广播工作特点的演播器和节目表编排器。 d 实现了录音器和用于波形音频数据处理的数字音频编辑器。 e 设计了数字音频文件信息库，方便了管理。 一 塑兰查兰壁! ：兰丝笙兰一 第二章系统的软、硬件平台 2 1 网络系统的硬件平台 2 1 1 网络拓扑结构 由于改变网络拓扑结构的难度较大，因此在组建网络时，选择合适的 拓扑结构非常重要。 星型、总线型和环型是目前最常用的网络拓扑【5 】【6 】。( 1 ) 星型， 星型拓扑的优点是故障隔离和检测容易；重新配置灵活，可方便地增加新 的节点。缺点是中心节点的故障将导致整个网络的瘫痪。( 2 ) 总线型，总 线拓扑采用一条公共总线的传输介质，信息沿总线介质逐个节点的广播传 送。这种结构简单、所需的电缆少，安装容易、布线容易，但过于依赖总 线，只要某一点发生故障，该点两侧的计算机便无法j 下常通信。( 3 ) 环型， 环型拓扑是一种闭环，非常适合于光纤介质，环型拓扑支持的计算机数量 比总线和星型多，往往用来设计覆盖地理范围较大的网络，如校园主干网。 缺点是任何一点的故障都可能导致整个网络的瘫痪。 交换式网络是相对于共享式网络而言的，是在解决共享式网络存在的 问题基础上发展起来的。 互连技术是一种网络分段技术，分段不仅可提高网络的可靠性，还可 提高网络响应速度，将一个负载过重的网络分成若干个网段，把网段内部 的通信限制在各自的网段内，减少对其它网段带宽的干扰。但是，如果这 些网络还是共享式，如典型的以太网，网上用户共享同一线路的带宽，同 时上网的用户增加，争用有限的带宽，必然导致平均带宽减少，响应延迟。 因此，网络分段不能从根本上解决瓶颈问题，于是出现了交换技术。 交换式技术提供了用户独占的、点对点的网络互连方案。共享式网络 特点：把数据包广播到每个节点：每一节点争用一个信道的带宽；随着用 户的增加，用户的平均带宽随之减少。而交换式网络：在节点之问沿指定 路径发送数据包；支持多对节点之间的通信；带宽可任意扩充，随着用户 的增加自动扩张。 交换技术的核心为交换机，类似于集线器，是一种多端口的连网设备。 由于以太网的主流地位，采用1 0 0 b a s e t 的快速以太网，结合上述交 换技术，组建基于交换技术的快速以太网，已成为高速网络的首选方案。 这种方案与其它网络技术相比，具有如下特点： 既具备交换网络的优点，又能提供快速以太网的功能。可提供专用 带宽，减少网络冲突，交换端口可提供高达1 0 0 m b p s 的专用带宽。 可实现传统以太网向交换式以太网的无缝升级，使用1 0 1 0 0 m 交换 一 塑坚叁兰堡! ：兰竺堡兰 一 器，即可连接1 0 b a s e t 网络，节省投资a 可提供独立网段，提高网络流通量。对于用户多、传输信息量大的 网络，用1 0 0 b a s e t 交换器，将网络分成独立的网段，可减少网段间无关 信息的流动。 提供灵活的组网方式。能实现与任何类型的传统以太网或快速以太 网互连，可支持不同介质构建主干网。 2 1 2 管理与监控系统的网络体系结构 管理与监控系统的组网特点：连网计算机为十几台左右，都在中心点 附近，以后不断有新机器加入。考虑到星型结构能方便地变动网络节点和 扩展网络，便于集中管理工作站，我们选择这种可靠的网络拓扑结构，组 建了交换式快速以太网。星型结构存在着中心节点故障导致整个网络瘫痪 的问题，将采取独特的软件机制加以解决，以保证各工作站能脱离服务器 而正常运行。 下图2 一l 所示是我们为浙江电视台制作部组建的管理与监控系统的网 络结构图。来自各机房、办公室、演播厅的数据信息在网络中心的交换机 上得到迅速交互。因各机房位置分布分散，最远工作站距离中心点超过1 5 0 米，因此串接交换集线器作为中转站。中心交换机选用3 c o m 的s u p e r s t a c k i is w i t c h3 3 0 0 ，3 c 1 6 9 8 l 机型，该型号具有1 2 个1 0 m 1 0 0 m b 自适应交换 口，另可配多个1 0 0 m b 光纤模块，可方便与总台连网。 制作部部办公室的计算机起总体管理作用，实现对整个制作部业务管 理的实时浏览与数据查询。制作部领导可实时了解掌握第一手的资料与数 掘，得到反映制作人员使用效率的各种统计数据，以便随时调整有关工作 安排；还能及时掌握每一机房工作或管理人员的工作效率与负责程度。 一 塑兰叁堂塑! 兰竺堡兰 2 2 网络系统的软件平台 单机调度室 图2 1 网络结构图 楼 2 2 1w inn t 系统平台 网络操作系统主要有u n i x 、n e t w a r e 、w i n d o w sn t 等。u n i x 是历史 最久，最成熟、应用广泛的网络操作系统，但系统复杂，对用户技术水平 要求高，费用昂贵。而n e t w a r e 是n o v e l l 公司的产品，曾是局域网的 主要操作系统，在文件管理方面有极强的功能。但w i nn t 的出现，以其 良好的图形化界面，及易学易用，迅速取代了n e t w a r e 。从经济与技术及 发展的趋势考虑，我们选择了w i nn t 。w i nn t 包括服务器w i nn ts e r v e r 与【作站w i nn tw o r k s t a t i o n 。w i nn t 有如下一些优点及特点【7 】【8 】： 高性能的客户服务器平台。 抢先式多任务，微内核始终保持了对系统的控制。 本地化，在储存和处理所有内部数据结构均采用了u n ic o d e 标班， 6 浙江人学硕i 学位论文 使之具备中文操作界面，这一点对用户来说相当重要。 安全性，符合美国国家安全机构( n s a ) 的c 2 级标准。w i nn t 的首 选文件系统n t f s 采用访问控制列表，在逐个用户基础上保护文件和 目录。登陆时，必须提供帐户与口令，可规定在注册失败超过一定次 数后屏蔽该帐户。 容错性，能自如地处理异常情况，有多级系统容错能力，包括n t 同志式的容错特征列表，可恢复文件系统，磁盘镜像和磁盘奇偶检验， 磁盘扇区备用，对u p s 的支持等。 网络基础，强壮的t c p i p 服务。 强大的g u i 管理工具，可方便用户管理。 应用软件丰富，由于m i c f o s o f t 公司开发的w i n d o w s 操作系统为目 前计算机界最主要的操作系统，各软件厂商开发的应用软件纷纷支持 w ir l n t ，使得其应用软件极其丰富，并在不断增加。 2 2 2 数据库系统 2 2 。2 1 关系数据库【9 】m ss o ls e r v e r e l 前，支持w i n n t 的数据库产品，主要有o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 、 m ss q ls e r v e r 等。m ss q ls e r v e r 近年来在m i c r o s o f t 公司的支持下得到 迅猛发展。o r a c l e 、s y b a s e 数据库都较为复杂，费用高，而s q ls e r v e r 与 w i n n t 为同一公司的产品能实现较好的连接。 关系数据库的基本特征： 关系数据库模型比层次数据库模型和网络数据库模型更加简单。层次 和网络数据库模型工作起来有几个难点：一，数据存储的物理和逻辑定义 必须使用加密的定义语言：二，内部指针的不同类型，指针用于进行数据 的直接检索。 在关系数据库模式中，虽然数据是存储于二维表中，但它们是相互参 考的；表行是无序的，除非为表创建一个索引，表行以- - n 或多列的升序 形式存储。 最初的关系数据库模型需要表的每行至少有一列是唯一定义的，即唯 一键。这种唯一性，可用于唯一的访问。s q ls e r v e r 不需要定义唯一表行， 但可在表中加入一约束来限制重复。 以前的数据库系统中，在数据库中要创建和维护内部指针来关联表中 的数据行，当创建数据库时，需定义以后检索中要结合的数据。而s q l s e r v e r ，可随时加入新列到一个表中。 客户1 1 ；务器特性： 客户，服务器计算是一种分布式的数掘存储、访问和处理。由微机系统 组成的分布式处理系统可以提供大型主机的功能。客户服务器的优点：服 一 塑垩查兰塑! ：兰竺堡苎 务器传给客户程序的是客户需要的数据；客户只需将请求送给数据库服务 器，数据查询工作由服务器来承担，充分利用了网络服务器的处理能力； 数据共享能力加强，把数据存放在数据库服务器中，很多工具可调用。具 体如下： 分离了数据库管理系统和应用程序，使数据库系统和应用开发工具 相互独立，使开发人员可选用他熟悉的开发工具如p o w e r b u i l d e r 进行丌 发。 可以把安全管理、数据完整性控制、数据存取、部分应用逻辑等需 要集中管理的工作放在服务器端完成。 应用的设计、开发、部分完整性工作放在客户端完成。 带来了主机系统的“缩小化”，因用户界面及部分应用逻辑在工作站 上独立完成，对主机的要求降低了许多，甚至p c 机服务器亦可胜任工作， 费用降低。 s q ls e r v e r 需安装在w i n d o w sn t 平台。客户端应用程序的使用，有 以下几条原则： 应该在对服务器提出请求i j ，收集所有需要的信息。 客户端负责所有的对于用户的数据显示。 客户端应该处理结果集合而不是直接处理数据库表。 客户端应该进行所有的数据处理操作。 客户端应该提供要在报表中表达的数据和信息的所有格式化信息。 服务器端的任务是创建客户端应用程序需要的结果集合。 客户机t i f f 务器模型在电视制作机房管理与监控系统得到了运用，并安 排服务器端对数据库的管理，客户端设计应用程序供用户使用。 s q l $ o r v o r 的功能及特点【1 0 l ： 与m i c r o s o f tw i n d o w sn t 线程和调度任务、性能监测器和事件浏览 器集成。通过单一的w i n d o w sn t 登录到网络s q ls e r v e r 上简化用户帐号 的管理。 为整个企业范围信息的可靠传播的内部复制机制减少了发生故障的 风险，并将精确信息及时地传给需要数据的用户。 并行结构。通过并行内部数据库功能，大大提高了系统性能和可缩 放性。 基于w i n d o w s 的管理界面提供对多个服务器上的远程数据复制管理、 服务器管理、诊断和调整的可视化拖放控制。 2 2 2 2 数据库设计原则 数据库是实现信息加工、分析、存储的核心，要遵循如下一些原则： 数据库设计的目的是为用户目标服务。因此要重视调研阶段的工作， 充分了解电视制作机房的业务管理，及机房监控需求，使设计出来的数据 一 塑坚叁兰堡! ：堂竺堡兰 库满足用户要求。 数据库的建立和布局要合理，减少冗余，增加数据共享程度a 要使 各科室、机房的数据尽量统一，提高数据共享程度，达到提高效率，减少 数据存储容量及不必要的文档管理。 数据的安全性。 数据的正确性和完蹩性。 数据的规范化和标准化。 数据的独立性和可扩性。要求数据库与应用程序容易升级a 数据的规范化、安全性、完整性是数据库设计必须关注的重点，对于 网络数据库，存在着多用户，还必须解决并发性问题。 ( i ) 数据的规范性 规范化理论中共有5 个范式，按次序越来越强。 1 n f ( 第一范式) 要求所有的属性的数据均为不可分的数据项：原子，即在某个时刻实 体中的某个属性不能同时具有多个值或重复的属性。数据库语言如s q l 语 法己决定了关系必须是为第一范式。 2 n f ( 第二范式) 要求属性完全依赖唯一标识符，所谓完全依赖是指不能存在仅依赖唯 一标识符一部分的属性。如一实体违反第二范式，则唯一标识符一定由两 个或两个以上的属性所构成，将引起数据冗余及修改、插入、删除异常。 3 n f ( 第三范式) 要求属性之间不存在传递依赖。若存在传递依赖也将存在各种异常和 冗余。 在进行数据建模过程中，需要采用规范化的方法排除实体问不恰当的 依赖关系，通过规范化可以消除冗余、提高数据的可维护性、减少所需的 存储空间、维护数据的完整性。但规范化也带来了一些问题，如规范化将 属性分割到几个不同的实体中，查询时，经常要进行表间的连接。因此， 规范化时，通常达到第三范式。有时要求更低一级的范式，称为非规范化， 比如将一些重复的或不相关的数据放入一实体中，这是为了减少查询时进 行的连接操作。 ( 2 ) 安全性 数据库的安全，非常重要，保证数据库安全的常用手段如下【1 l 】： 视图定义和查询修改。为不同的用户定义不同的视图，可以限制各 个用户的访问范围。 访问控制。访问控制是对用户访问数据库各种资源的权力( 创建、 查洵、增、删、改、执行等) 的控制。这是数据库安全的基本手段。数据 库用户分为：一般数据库用户、具有支配部分数据库资源特权的数据库用 户、只有d b a 特权的数据库用户( d b a 拥有支配整个数据库资源的特权) 9 一 塑望叁兰堡! ：兰堡堡兰 【1 5 】。 数据加密。存入时须加密，查询时需解密，增加了丌销。 跟踪审查。这是一种监视措施。 ( 3 ) 完整性 为了保持数据库的一致性和j 下确性，必须使数据库中的数据满足完整 性约束。关系数据模型完整性约束如下【1 2 】【1 3 】： 域完整性约束。属性值应是域中的值，这是关系模式规定的。属性 能否为n u l l ，也是域完整性约束的主要内容。通过限制数据类型，格式 ( c h e c k 约束和规则) 或可能值的范围增强域完整性。 实体完整性约束。每个关系( 相当于一个实体) 应有一个主键，每 个原组的主键值应是唯一的，主键的值不能为n u l l 。 引用完整性约束。实体完整性约束是一个关系内的约束，引用完整 性约束是不同关系之间或同一关系的不同元组问的约束。s q ls e r v e r 中， 要确保数据在另一个表的范围内，可用f o r e i g nk e y 约束。相关完整性确 保关键字的致性，如关键字发生改变，则整个数据库中与这个相关的数 据都会发生变化。触发器【1 4 】【1 5 】是s q ls e r v e r 提供给应用程序和数 据库用于加强数据完整性的工具，为一种特殊的存储过程，在s q ls e r v e r 进行某个特定的表修改时由s q ls e r v e r 自动执行。触发器是针对一个表 设计的，有删除触发器、插入触发器、更改触发器三种。 一般性完整性约束。又称用户定义完整性，允许用户对个别数据说 明一些约束及违反约束时的处理过程。 ( 4 ) 并发性 d b m s 可同时接纳多个事务，事务可在时间上重叠执行，则称这种执行 方式为并发访问。并发的目的：改善系统的资源利用率，改善短事务的响 应时间。 并发引起的问题。事务如不加控制地并发执行，会产生如下问题：丢 失更新，读脏数据，读值不可复现。并发所引起的问题来自对周一数据对 象的写一写冲突或读一写冲突，问题出在“写”上，只读事务并发执行不会 发生问题。并发控制的任务就是避免访问冲突引起的数据不一致。解决办 法：加锁【9 】。 使用锁确保用户不会对某个记录同时进行一个以上的修改。s q ls e r v e r 为自动进行锁的处理，但也可定制锁。s q ls e r v e r 使用3 类不同的锁： 共享锁，进行不能修改或更新的操作，如s e l e c t 语句。 更新锁，当s q ls e r v e r 要修改一页，然后在实际进行修改前又要 将更新页锁升级为排它页锁时，使用更新琐。 排它锁。进行数据的修改操作，如u p d a t e 、i n s e r t 或d e l e t e 语句。 用s q ls e r v e r 锁控制的项目： 页锁，一个2 k 的数据页或索引页，最普通的锁类型。 范围锁。一组由8 个2 k 数据页或索引页组成的连续页，只能用于 0 一 塑堡叁兰堡! 苎竺望垒鉴一 分配o 表锁，整个表的锁，包括所有数据和索引。 意向锁，一个特殊类型的锁。用于指示当前位于表上的页锁的类型。 电视制作机房管理与监控系统是基于网络化的，必然存在多个用户同 时操作的现象，必然引发并发控制问题，须采取一定的s o l s e r v e r 锁控 制项目。 3 2 2 3 数据库设计过程 m i s 系统的数据库设计具有的三个特征： 反复性，需反复修改才能完成。电视制作机房管理与监控系统的数 据库设计也是经过多次反复，与用户多次交互才最终确定。 试探性，设计结果不唯一，设计的过程往往为试探的过程。由于电 视制作机房管理较为复杂，为了设计出最符合业务的管理模式，曾提出了 几种方案，再与用户协调。 分步进行，数据库设计常常由不同的人员分阶段进行。目的：技术 分工的需要，分段把关，保证设计的质量和进度。 数据库设计过程，一般分为四步【l l 】： ( 一) 需求分析阶段。首先要确认数据库的用户和用途，收集和分析 相关信息，数据库设计人员要与该单位有关人员合作进行，产生系统流程 图、数据流图。需求分析的结果整理成需求说明书。 ( 二) 概念设计阶段。用概念数据模型，如e r 数据模型，表示数据 及其相互关系。概念数据模型与d b m s 无关、面向现实世界的数据模型。 ( 三) 逻辑设计阶段。将概念数据模型表示的数据模式转换成以d b m s 的逻辑数据模型表示的逻辑模式，要深入数据模式的规范化，满足d b m s 的各种限制，满足性能、存储空间等要求。改善数据库性能：( 1 ) 减少连 接运算( 连接是开销很大的运算) ；( 2 ) 减少关系的大小和数据量，关系 的大小对查询的速度影响颇大，有时为了提高查询速度，把一个大关系分 成多个关系是有利的。 节省存储空间的调整：( 1 ) 节省每个属性所占的空间；( 2 ) 采用假属 性减少重复数据所占存储空间，如h 代表学号，b ( 所占存储空间较大) 代表经济状况，b 代表经济状况类型，则a 一 b 可分解为两个函数依赖： a - ) b b7 一 b ，适当的采用假属性可节省存储空间。 外模式可用视图定义。外模式的主要作用：( 1 ) 提供一定的逻辑数据 独立性，外模式屏蔽掉逻辑模式的变化；( 2 ) 更好地适应不同用户对数据 的需求；( 3 ) 有利于数据保密，外模式为用户划定了访问数据的范围，因 而有利于保密。 ( 四) 物理设计阶段。根据逻辑模式、d b m s 及计算机系统所提供的手 段和旄加的限制，设计数据库的内模式，即文件结构、各种存取路径、存 储宅问的分配、记录的存储格式等。数据库的内模式虽不直接面向j i jj “， 一 塑婆叁堂塑! ：茎些堡兰一 但对数据库的性能影响颇大。 处理矗求 与d b _ s 无关 的皴据模式 兰竺兰兰卜 i 外式、氟 i 念罱妻笋 内模式 图2 2 数据库设计的基本过程 以上分析了后台的数据库系统m ss q ls e r v e r 及其设计原理，下面将 论述前台开发工具及方法。 2 2 3 前命开发工具及方法 2 2 3 1 开发工具p o w e r b u _ | d e r s y b a s e 公司的工具产品p o w e r b u i l d e r 作为第一个快速应用丌发工具， 提供了对面向对象编程的全面支持，采用第四代语言( p o w e r s c r i p t 及其 内嵌s q l 语言) 、数据窗口、易于使用豹图形用户界面，很好地提高开发 人员的效率，同时，该工具遵守开放性原则，可访问不同数据源的数据。 p o w e r b u i l d e r 开发的e l i e n t s e r v e r 体系结构下客户端的应用，完成的主 要是表示逻辑方面的工作，如录入界面、可供打印的报表。数据库服务器 管理的是事务逻辑和数据存取方面的工作【15 】【1 6 】。 p o w e r b u i l d e r 6 0 工具具有如下特点： 可通过各种专用接口或o d b c 连接各种数据源。 内置关系数据库s y b a s es o la n y w h e r e 使应用在本地开发成为可能。 系统中预定义了各种对象类，如窗口对象、菜单对象，使得开发变 得简单。 拥有数据窗口对象( d a t a w i n d o w ) 这个具有专利技术的智能对象。 利用该对象可以操作关系数据库的数据而无需编写s q l 语句。同时，数据 窗口拥有丰富的数据源和多种样式的数据显示格式，覆盖了绝大多数情况 一 塑坚叁兰堡! ：兰丝堡兰 _ 卜的需求。 数据显示风格丰富多彩。 使用面向对象的开发方式。 集成的丌发环境，包括窗1 3 、数据窗e l 、菜单的创建，数据库生成、 数据库管理、图形、报表、调试、编译等都在p b 的集成环境中完成。 支持多文档界面( m d i ) 、对象连接与嵌入( o l e ) 、动态数据交换( d d e ) 、 动态链接库( d l l ) 等常用技术。 拥有功能强大的编程语言p o w e r s c r i p t 。 p o w e r b u “d e r 支持跨平台开发与交付。 可以将传统的c 1 i e n t s e r v e r 应用扩展到i n t e r n e t i n t r a n e t 模式 下。 p o w e r b u i l d e r 作为快速应用丌发工具，提供了面向对象编程的全面支 持。所以本应用系统的开发采用了先进的快速原型法与面向对象编程法相 结合的方式。 2 2 3 2 快速原型法 软件开发模型中的瀑布模型遵循了软件生命周期。是从事软件开发最 常用的方法。瀑布模型可分为：问题定义、可行性研究、需求分析、总体 设计、详细设计、编码、测试、维护等阶段【1 7 】。但是，瀑布模型存在 着一些问题： 阶段和阶段划分完全固定，阶段间产生大量的文档，极大地增加了 工作量。 由于开发模型呈线性，当成果尚未经过测试时，用户无法看到软件 的效果，并提出建议。 前面未发现的错误传到后面的开发活动中，可能会扩散。 而快速原型法具有解决上面所提问题的能力。快速原型法是迅速地根 据需求产生出软件系统的一个原型的过程。该原型要表现出目标系统的功 能和行为特征，但不一定符合其全部的需求。软件设计者利用原型得到系 统可用性的反馈信息：未来用户也利用原型得到宝贵的早期经验。快速原 型法的主要好处是可尽早获得更完整、更正确的需求与设计，而且可以直 接通过改进原型得到目标系统【1 8 】。 电视制作机房管理特别是设备管理，存在着m i s 系统丌发的菸性：需 求模糊或多变，特别适合于运用快速原型法进行开发。p o w e r b u i d e r 的画 笔功能可快速地建立应用程序所需的一系列对象，方便了快速原型丌发。 2 2 3 3 面向对象编程技术 p b 进行应用系统开发，很大的优势在于能运用快速原型法和面向对象 编程技术。在电视制作机房管理系统中，面向对象编程技术得到了大量运 用，如窗口类、用户对象设计等。 一 塑坚盔兰堡! ：兰竺堡兰一 对象的类描述：将描述的事物看成一整体，称为对象( o b j e c t ) 。事物 的属性可以分为基本的两部分，即内部状念( 性质) 和对数据的操作方法 及由此造成的对外部的影响，对象的数据用于描述内部状态，而代码完成 对数据的操作。因此，对象就是包含数据和代码的完全独立的实体。类( c l a s s ) 就是具有相同属性的所有对象的逻辑原形，是对象的规则和设计。同一类 的对象具有相同的性质和方法，每一具体的对象都是类的一个实体，创建 对象就是把类实例化。p b 中类是p b 对象如窗e l 、菜单、用户对象等；属 性是对象变量和实例变量；方法是事件及函数。对象具有如下三个特征 【1 8 】【1 9 】： ( 1 ) 继承性：指一个类可派生出新的类。新类能继承原类定义的性 质和方法，还能在原类定义的性质和方法之外加入自身定义的性 质和方法。通过继承性能形成类之间的层次结构，在上层中已经 定义的性质和方法能被下层直接继承使用，下层不需重新定义， 实现了代码的重复利用。这样下层的类只需专注于自身的新特性 描述，提高了程序设计的效率和程序组织的有效性。继承有如下 优点： 提高开发效率。 使应用的对象保持一致。 减少错误。 使维护容易。 当一类对象需要改变时，只改它们的祖先，子孙自动相应改变。 ( 2 ) 封装性( e n c a p s u i a t i o n ) ：o o p 的核心技术，将数据和处理数 据的方法组合在类中，具有模块化和信息隐藏的特征。类只向外 界公布其具有p u b l i c 属性的数据和代码。这构成了类和外界的接 口。外界不能直接对类的内部状态进行修改，而只能通过这个接 口将信息传递给类，并由类定义的对内部数据进行操作的方法进 行内部修正。外界只能得到类进行操作所做出的反映。只要类的 接口不变，改变类内部结构、工作方式和实现就不会对整个程序 产生非预期的影响，因此对类的内部做任何优化都是安全的。p b 允许在对象上定义函数和事件，可将数据和处理程序封装在对象 上。封装性有如下优点： 屏蔽了复杂性。当要处理对象中的数据时，我们仅调用此对象 的函数和事件就可。至于函数或事件处理程序有多复杂，并无需知道。 提高了代码质量，使维护变得容易。修改对象上的程序不影响 接口。 ( 3 ) 多态性( p o iy m o r p h is m ) ：不同的类或对象对外界穿入的相同信 息能根据自身的性质做出不同的反映。多态性的意义：一是具有 相同名字的接口在不同类中能具有不同的意义和实现，二是具有 同一名字的函数可以具有不同的实现代码，调用时，根据传入的 4 一 塑堡叁兰塑!：兰垡堡茎一 参数不同，而调用不同的代码，这就是函数的重载。多态性有以 下优点： 提高了程序的可维护性。丌发人员无需进行条件检查，以查看 在数据片上应当调用何函数。 使对象之间更为独立；并且，可对已有对象仅做最小的改变便 可增加新对象。 系统可不断发展，以适应事务环境的改变。 在p b 中可继承窗i = 1 、菜单、用户对象等。用继承的方法创建窗口， 后代窗口可以进行如下迸一步处理： 改变窗口的属性。 在窗口中增加新的控制或修改现存的控制。 改变窗口的尺寸和位置。 为窗口及控制建立新的处理程序。 为窗口及控制扩展继承来的处理程序。 用新处理程序覆盖继承来的处理程序。 引用祖先的函数、结构及变量。 为该窗口定义函数、结构及变量。 封装可使企业逻辑与用户界面分离，应用的处理逻辑可以封装在一个 用户对象中，特定的应用只要调用适当的处理即可。例如：为方便用户输 入刨建的日历用户对象，使用户能选择年、月、同而不需手动输入，减少 误输入，里面就封装了大量处理代码。 在p b 进行应用开发中，多态性的应用是指： 人工调用祖先的事件处理程序或函数。 扩展继承来的事件处理程序。 用自己的事件处理程序覆盖继承来的事件处理程序。 用自己的函数覆盖继承来的函数。 函数重载。指函数有相同名称，但函数的参数不同，在程序运行时 究竞调用哪个函数取决于调用函数时参数的写法。 2 2 4 主从式网络数据库运作机制 电视台制作部业务的连贯性，特别是电视节目制作如新闻节目剪辑的 时效性，对机房管理与监控系统的可靠性提出极高的要求：在网络故障时， 各机房还能正常进行管理与监控工作，如刷卡开关设备电源并计费等。这 实际上要求本地计算机也具备数据库，存有相关信息。 由于除了服务器端安装w i nn ts e r v e r ，其它都采用n tw o r k s t a t i o n 操作系统，而p o w e r b u i l d e r 有内嵌的关系数据库s y b a s es o la n y w h e r e ，功 能也很庞大。所以为了满足制作部对于可靠性方面特别足网络故障时二f i 一 塑坚叁兰堕!：兰堡笙苎一 影响工作，采取主从式数据库运作机制：除了服务器上的中心数据库外， 每台本地计算机上还存在着两个数据库，一个称为本地数据库，作为服务 器数据库的镜像；另一个称为备份数据库，用于网络故障时，将所进行的 一切数据变动( 如插入、删除、或修改) 暂时保存于备份数据库，一旦连 通服务器，再将备份数据库中的相关信息，对服务器数据库进行同