基于云計算的語音實驗室的設計及應用

吳 旭， 陳仁安， 魏德志

(集美大學 a.誠毅學院 b.實驗管理中心，福建 廈門 361021)

基于云計算的語音實驗室的設計及應用

吳 旭， 陳仁安， 魏德志

(集美大學 a.誠毅學院 b.實驗管理中心，福建 廈門 361021)

為解決傳統語音實驗室教學功能較為簡單、教學資源不夠豐富、管理模式不統一、系統升級不方便等不足，結合高校語音實驗室教學和管理的特點以及云計算的優勢，設計基于云計算的語音實驗室及應用場景，利用云服務器、桌面虛擬化技術、云終端構建功能強大的語音實驗室?；谠朴嬎愕恼Z音實驗室具有功能強、成本低、易管理、高安全的特點，并且真正實現了語音實驗室的網絡化。使用云計算環境下的語音實驗室，可以極大豐富教師的教學手段，改變傳統課堂以教師講授為主學生被動接受的局面，使得師生一對一的教學、異步教學等教學模式成為可能，能極大地提高學生的學習積極性和主動性以及教學效果，同時能有效降低設備維護管理的冗雜度，實現高效管理。

云計算； 語音實驗室； 桌面虛擬

0 引 言

傳統的高校語音實驗室，配置主要分為模擬版、純軟件版、數字版3種。

模擬版語音室的構成是模擬語音終端加模擬控制端模式。采用模擬版配置的語音室具有設備運行穩定、故障少、維護量小的優點，卻有控制端自身無法存儲數據、不能進行視頻傳輸、終端無法主動進行數據請求操作、語音教學功能極為單一等缺點，已經被大部分現有高校所淘汰[1]。

純軟件版語音室的構成是PC機語音終端加PC機控制端模式。純軟件版配置的語音室功能較為強大，控制端的硬盤能夠存儲相對豐富的語音教學資源、控制端與終端能夠聯網進行各類數據請求操作、教學模式更加豐富，具備了多媒體信息傳輸功能。但是因為PC機的零配件構成多，所以故障點多，加上容易受到病毒的影響，語音室的維護量就相當大，占用很多的維護資源，所以這種模式也基本被淘汰[2]。

數字版語音室的構成是數字語音終端加數字PC機控制端模式。這種模式是目前使用最為普遍的語音室配置模式，具備終端故障少、維護簡單、基本滿足目前語音教學需要的優點，具有數字復讀、分組教學、視頻點播、對話練習、電子閱覽、發布作業、考試測驗等功能[3]。但是因為軟硬件配置的限制，使得教學功能和教學模式都有限，并且語音材料庫容量小、師生互動和人機交互都不夠友好，在大力提倡創新教學的當下，不能很好適應語音教學的進一步發展。

云計算語音室的構成是云終端、桌面虛擬化加上云服務器模式。云計算的計算機機房已在高校得到許多應用和推廣，是未來發展的大趨勢[4]。云計算語音室在高校語音實驗室應用領域還是比較新穎事物，除了包含傳統語音室所有具備的功能，它還具備了和云機房相當的功能，具有功能強大、結構簡單、維護方便、功耗低等優點[5]。其控制端可存儲海量教學資源、提供豐富的教學模式、控制端與終端間互動性強。

1 云計算語音室的構建

云計算是一種可以實現把動態的、易擴展的虛擬化資源，比如軟件、數據通過互聯網提供給用戶的計算方式[6]。在云計算環境下，用戶不需要知道云內部的細節，同時不需要管理支持云計算的基礎設施。

桌面虛擬化是指將用戶的桌面環境與其使用的終端設備解耦合，在服務器上可為每個用戶存放完整的桌面環境，用戶可以使用終端設備，通過網絡訪問其桌面環境[7]。語音室桌面虛擬化原理示意圖見圖1。

圖1 語音室桌面虛擬化原理示意圖

云終端通過SBC(Server Based Computing)方式，用先進的虛擬化技術，可以把運算邏輯、事務邏輯與顯示邏輯分離，網絡間傳輸的只是鼠標、鍵盤點擊及屏幕更新的信息：運行用戶界面，將鼠標點擊數和鍵盤數據傳送給服務器；同時，在服務器上運行用戶應用，將視頻數據返回至客戶機顯示。在云終端不需要安裝任何實際應用程序，易于部署和維護。

云計算語音室利用云服務器、桌面虛擬化技術、云終端，能方便地構建起功能強大的語音實驗室。云終端使用的體驗感和普通的PC機一樣，完全可以在PC操作系統環境下進行各種復雜操作，而且不需要像PC機那樣進行較多的維護[8]。同時，在PC操作環境下設計的語音軟件功能大大突破數字版語音室語音軟件的局限，給教師提供更為豐富的教學模式選擇[9]。

基于云計算的語音實驗室結構示意圖見圖2。

圖2 基于云計算的語音實驗室結構示意圖

從圖2可見，基于云計算的語音實驗室結構比較簡單，設備布局和布線也都比較簡單。維護主體是主機和交換機等核心設備，只需要在語音室建設初期注意合理布置將會降低維護難度。因為終端結構簡單，所以日常的維護工作量很少，通過管理好服務器就可以實現對整個工作環境的監控和權限控制，從而實現集中管理，極大地減輕維護負擔，提高了工作效率。

2 云計算語音室的功能設計

2.1 云計算語音室具備以下主要的教學功能

(1) 系統廣播功能。系統廣播功能包括教師、多媒體、屏幕廣播功能。教師廣播功能是語音室最基本也是最重要的功能，教師可通過語音系統對全班通話，聲音廣播至全體學生；多媒體廣播功能可將DVD、卡座、展臺等外部資源廣播至全體學生；屏幕廣播功能可將教師機授課操作過程實時廣播至全體學生[10]。

(2) 師生對講功能。教師可與任意指定的學生進行對話，也可以與學生私自通話，并且其他學生聽不到；也可將對話內容廣播至全班。

(3) 示范教學和呼叫功能。示范教學功能是選擇被示范的學生與教師組成一個小組，全班其他學生能聽到該小組的討論內容；呼叫功能是學生有問題呼叫教師時，教師應答后可進行單獨指導。

(4) 電子畫筆功能和錄音功能。電子畫筆功能是將教學資料內容嵌入電子畫筆，利用畫筆、波浪線、打鉤、矩形、選擇字體、畫筆顏色、清屏等功能進行資料講解；錄音功能可對各個學生端的說話錄音，并統一保存在系統指定的文件夾。

(5) 智能化組卷。利用云服務器上豐富的題庫，依據教師給出的設定條件，比如題目類型、題目數量、題目難度等，系統自動組卷給學生進行練習[11]。

2.2 云計算語音室具備以下主要的管理功能

(1) 遠程管理功能。管理員通過瀏覽器即可訪問語音室云桌面管理平臺，對連接到該主機的云終端進行管理，實現隨時隨地對系統遠程管理。

(2) 遠程控制功能。管理員可以遠程重啟、關閉、鎖定各云終端和服務器；查詢每臺云終端的狀態并更改操作系統、修改IP等；設置云桌面分辨率、背景圖片、密碼等基本信息。

(3) 資源池按需分配功能。管理員可根據實際需要，為每臺云終端分配適合的CPU、內存等資源。

(4) 遠程監視功能。管理員可以通過對所有學生端運行桌面的批量展示，實現遠程實時監視。

(5) 多頻道環境部署功能。管理員可以為每個教學應用場景分配相互獨立的操作系統，批量安裝，可快速切換教學應用環境，實現隨時恢復全新環境，免受運行速度慢，病毒困擾等。

(6) 鏡像鏈接功能。針對統一系統的環境，通過鏡像鏈接引用，無需虛擬機逐臺克隆，實現更快捷的環境部署，且占用更少空間。

通過設計好的桌面管理平臺，可以輕松實現將環境部署為不同的教學場景，實現快速環境部署，豐富教學環境。

2.3 云計算語音室具備的其它特色功能

(1) 學生能夠將自己的語音作業、語音材料等通過自己的賬戶上傳保存到云服務器上指定的位置，從而建立個人的資料庫，方便在語音課上查找和利用。

(2) 在語音室以外的環境中，學生可以通過其他具備訪問網絡功能的終端連接到云服務器上，真正實現了課堂的延展，充分利用了語音室的資源。

(3) 教師可在課后對自己云服務器上的空間進行權限內的管理，可提前布置課件材料，而無需攜帶U盤或者移動硬盤在課堂上進行拷貝操作，浪費課堂時間。

(4) 云服務器的機架式結構，使得需要拓展服務器容量變得極為方便。對軟件方面，也只需要升級更新云服務器上的系統，就可以使得所有云終端得到同步共享。

3 云計算語音室的應用設計

云計算語音室的具體應用，分為教學場景應用和系統管理應用兩個方面。

(1) 教學場景應用。利用桌面虛擬化技術 (Virtual Desktop Infrastructure)，將服務器虛擬化，根據專有的虛擬桌面協議在云終端為每個學生生成獨立的桌面操作系統(虛擬桌面)。云終端通過以太網登錄到虛擬主機上，學生通過提前設置分配好的用戶名、密碼及網關信息，即可隨時隨地通過網絡訪問自己的桌面系統，從而實現單機多用戶。由于只有圖像傳輸到終端設備上，保證了桌面使用的安全性和靈活性[12]。在這種應用場景下，教師和每位學生可以進行不同的異步操作，如教師可和某一位學生進行一對一教學考核，未被考核的同學可以進行自主聽讀材料點播、利用服務器上的題庫進行自我測驗、小組間組網討論等。

(2) 系統管理場景應用。利用桌面虛擬化技術可將用戶使用與系統管理進行了有效分離。語音實驗室管理員不再需要進行傳統分散、實地的PC系統管理，只要找到一個能上網的設備就可以隨時隨地連接和使用自己的桌面，對數據中心服務器進行所有的管理工作，實現隨時隨地的遠程在線管理[13]。另外，利用云桌面管理平臺，可為每個教學應用場景分配相互獨立的操作系統并批量安裝，特別是針對統一系統的教學環境，通過鏡像鏈接引用，無需虛擬機逐臺克隆，可以實現快速切換全新教學環境、統一部署。

基于云計算的語音實驗室應用示意圖見圖3。

圖3 基于云計算的語音實驗室應用示意圖

在圖3中，每一個機器都是獨立的個體，每位學生都可以快速高效使用，實現對于語音室里不同機位的云終端有各自獨立的體驗，實現了最大化使用主機資源。使用基于云計算的語音實驗室。

(1) 極大拓展教學模式。云計算語音室使得設備之間互相可以訪問，真正實現了網絡化。網絡化使得人機之間、使用者之間的互動性得到最大化。以往只能是教師依托控制端發指令讓學生在終端進行指定的操作。而在云環境下，教師可以依托控制端給不同的學生在各自終端進行完全不同的操作，學生也可以通過云終端進行PC環境下的各種學習操作。這樣的強大功能，教師可以組合出豐富的教學場景，大大超越了傳統的設備下所能進行的教學場景[14]。在時下提倡的創新教學、自主學習的大背景下，云計算語音室符合這種發展趨勢和要求。

(2) 延展課堂充分利用語音室實驗資源。通過網絡，師生都可以在語音室以外的環境中，通過能接入網絡的終端設備，對語音室云服務器進行訪問。無論是學生繼續完成課堂上未完成的測驗，還是教師提前部署課件都成為可能[15]。通過云服務器，師生之間還可以進行課后交流。

(3) 語音室管理更高效快捷。利用桌面虛擬化技術，可以將用戶使用與系統管理進行有效分離。對于語音室云終端方面，實驗員不再需要進行傳統分散、實地的PC系統管理。對于語音室云服務器，只要找到一個能上網的設備就可以隨時隨地使用自己的桌面，對云服務器進行所有的管理工作，實現隨時隨地的遠程在線管理，大大提高了響應時間和工作效率，降低了維護強度[16]。語音室實驗員的維護重心在于云服務器，云服務器自身具備的故障冗余設計使得使用本身具備可靠的運行保障，不需要擔心中心節點某部分損壞導致課堂教學癱瘓。

4 結 語

高校外語教學作為國家“走出去”戰略的重要組成部分，其重要依托的高科技教學手段——語音室自然是信息化建設的重中之重。云計算語音室是以計算機網絡和語音交換技術為基礎構建的一種新型網絡教學系統。不僅讓教師實現廣播教學，遙控教學和監督教學等功能，同時達到實時指導、互動溝通的教學效果。其不但大大地豐富了外語教師的教學手段，改變了傳統課堂以教師講授為主學生被動接受的局面，且實現了師生一對一教學、異步教學等教學新模式，大大地提高了學生的學習積極性和主動性以及教學的效果。同時，其具備自身信息架構簡便易用性、安全性、可管理性和總體擁有成本低等優點，必將是未來語音室發展的大趨勢。

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Design and Application of Speech Lab under Cloud Computing

WUXu，CHENRenan，WEIDezhi

(a. Chenggi College; b. Laboratory Management Center， Jimei University， Xiamen 361021, Fujian, China)

The traditional language lab has many shortcomings, for example, teaching function is simple, teaching resource is not sufficient, management model is not uniform, system upgrade is not convenient and so on. Combined with the characteristics of college language lab in teaching and management and the advantages of cloud computing, a new speech lab was designed based on cloud computing and application scenarios. The speech lab has the characteristics of strong function, low cost, easy management and high security. Using cloud computing environment of language laboratory can greatly enrich the teachers' teaching methods, change traditional classroom teacher oriented teaching, also make teachers and students form one-to-one teaching, asynchronous teaching mode is possible. It greatly improves students' learning enthusiasm and initiative and teaching efficiency, can effectively reduce the equipment maintenance and management, and realizes the efficient management.

cloud computing； speech lab； desktop virtualization

2016-09-10

福建省教育廳科技項目(C13001)

吳 旭(1981-)，男，福建福州人，碩士，實驗師，計算機語音實驗室副主任，研究方向：云計算、網絡安全、實驗室管理。

Tel.：13799771006；E-mail：6505816@qq.com

TP 391

A

1006-7167(2017)05-0239-04