基于云計算的語音實驗室的設(shè)計及應(yīng)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(shè)計及應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)一、系統(tǒng)升級不方便等不足，結(jié)合高校語音實驗室教學和管理的特點以及云計算的優(yōu)勢，設(shè)計基于云計算的語音實驗室及應(yīng)用場景，利用云服務(wù)器、桌面虛擬化技術(shù)、云終端構(gòu)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(xiàn)了語音實驗室的網(wǎng)絡(luò)化。使用云計算環(huán)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(tǒng)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(shè)備維護管理的冗雜度，實現(xiàn)高效管理。

云計算； 語音實驗室； 桌面虛擬

0 引 言

傳統(tǒng)的高校語音實驗室，配置主要分為模擬版、純軟件版、數(shù)字版3種。

模擬版語音室的構(gòu)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(shè)備運行穩(wěn)定、故障少、維護量小的優(yōu)點，卻有控制端自身無法存儲數(shù)據(jù)、不能進行視頻傳輸、終端無法主動進行數(shù)據(jù)請求操作、語音教學功能極為單一等缺點，已經(jīng)被大部分現(xiàn)有高校所淘汰[1]。

純軟件版語音室的構(gòu)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(lián)網(wǎng)進行各類數(shù)據(jù)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(gòu)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(shù)字版語音室的構(gòu)成是數(shù)字語音終端加數(shù)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(yōu)點，具有數(shù)字復讀、分組教學、視頻點播、對話練習、電子閱覽、發(fā)布作業(yè)、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(chuàng)新教學的當下，不能很好適應(yīng)語音教學的進一步發(fā)展。

云計算語音室的構(gòu)成是云終端、桌面虛擬化加上云服務(wù)器模式。云計算的計算機機房已在高校得到許多應(yīng)用和推廣，是未來發(fā)展的大趨勢[4]。云計算語音室在高校語音實驗室應(yīng)用領(lǐng)域還是比較新穎事物，除了包含傳統(tǒng)語音室所有具備的功能，它還具備了和云機房相當?shù)墓δ埽哂泄δ軓姶?、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、功耗低等優(yōu)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(gòu)建

云計算是一種可以實現(xiàn)把動態(tài)的、易擴展的虛擬化資源，比如軟件、數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶的計算方式[6]。在云計算環(huán)境下，用戶不需要知道云內(nèi)部的細節(jié)，同時不需要管理支持云計算的基礎(chǔ)設(shè)施。

桌面虛擬化是指將用戶的桌面環(huán)境與其使用的終端設(shè)備解耦合，在服務(wù)器上可為每個用戶存放完整的桌面環(huán)境，用戶可以使用終端設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)訪問其桌面環(huán)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(shù)，可以把運算邏輯、事務(wù)邏輯與顯示邏輯分離，網(wǎng)絡(luò)間傳輸?shù)闹皇鞘髽?、鍵盤點擊及屏幕更新的信息：運行用戶界面，將鼠標點擊數(shù)和鍵盤數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器；同時，在服務(wù)器上運行用戶應(yīng)用，將視頻數(shù)據(jù)返回至客戶機顯示。在云終端不需要安裝任何實際應(yīng)用程序，易于部署和維護。

云計算語音室利用云服務(wù)器、桌面虛擬化技術(shù)、云終端，能方便地構(gòu)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(tǒng)環(huán)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(huán)境下設(shè)計的語音軟件功能大大突破數(shù)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(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 基于云計算的語音實驗室結(jié)構(gòu)示意圖

從圖2可見，基于云計算的語音實驗室結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)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(shè)備，只需要在語音室建設(shè)初期注意合理布置將會降低維護難度。因為終端結(jié)構(gòu)簡單，所以日常的維護工作量很少，通過管理好服務(wù)器就可以實現(xiàn)對整個工作環(huán)境的監(jiān)控和權(quán)限控制，從而實現(xiàn)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(shè)計

2.1 云計算語音室具備以下主要的教學功能

(1) 系統(tǒng)廣播功能。系統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)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(nèi)容；呼叫功能是學生有問題呼叫教師時，教師應(yīng)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(nèi)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(tǒng)一保存在系統(tǒng)指定的文件夾。

(5) 智能化組卷。利用云服務(wù)器上豐富的題庫，依據(jù)教師給出的設(shè)定條件，比如題目類型、題目數(shù)量、題目難度等，系統(tǒng)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(xiàn)隨時隨地對系統(tǒng)遠程管理。

(2) 遠程控制功能。管理員可以遠程重啟、關(guān)閉、鎖定各云終端和服務(wù)器；查詢每臺云終端的狀態(tài)并更改操作系統(tǒng)、修改IP等；設(shè)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(jù)實際需要，為每臺云終端分配適合的CPU、內(nèi)存等資源。

(4) 遠程監(jiān)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(xiàn)遠程實時監(jiān)視。

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

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

通過設(shè)計好的桌面管理平臺，可以輕松實現(xiàn)將環(huán)境部署為不同的教學場景，實現(xiàn)快速環(huán)境部署，豐富教學環(huán)境。

2.3 云計算語音室具備的其它特色功能

(1) 學生能夠?qū)⒆约旱恼Z音作業(yè)、語音材料等通過自己的賬戶上傳保存到云服務(wù)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(huán)境中，學生可以通過其他具備訪問網(wǎng)絡(luò)功能的終端連接到云服務(wù)器上，真正實現(xiàn)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(wù)器上的空間進行權(quán)限內(nèi)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(wù)器的機架式結(jié)構(gòu)，使得需要拓展服務(wù)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(wù)器上的系統(tǒng)，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(yīng)用設(shè)計

云計算語音室的具體應(yīng)用，分為教學場景應(yīng)用和系統(tǒng)管理應(yīng)用兩個方面。

(1) 教學場景應(yīng)用。利用桌面虛擬化技術(shù) (Virtual Desktop Infrastructure)，將服務(wù)器虛擬化，根據(jù)專有的虛擬桌面協(xié)議在云終端為每個學生生成獨立的桌面操作系統(tǒng)(虛擬桌面)。云終端通過以太網(wǎng)登錄到虛擬主機上，學生通過提前設(shè)置分配好的用戶名、密碼及網(wǎng)關(guān)信息，即可隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)訪問自己的桌面系統(tǒng)，從而實現(xiàn)單機多用戶。由于只有圖像傳輸?shù)浇K端設(shè)備上，保證了桌面使用的安全性和靈活性[12]。在這種應(yīng)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(wù)器上的題庫進行自我測驗、小組間組網(wǎng)討論等。

(2) 系統(tǒng)管理場景應(yīng)用。利用桌面虛擬化技術(shù)可將用戶使用與系統(tǒng)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(tǒng)分散、實地的PC系統(tǒng)管理，只要找到一個能上網(wǎng)的設(shè)備就可以隨時隨地連接和使用自己的桌面，對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進行所有的管理工作，實現(xiàn)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(yīng)用場景分配相互獨立的操作系統(tǒng)并批量安裝，特別是針對統(tǒng)一系統(tǒng)的教學環(huán)境，通過鏡像鏈接引用，無需虛擬機逐臺克隆，可以實現(xiàn)快速切換全新教學環(huán)境、統(tǒng)一部署。

基于云計算的語音實驗室應(yīng)用示意圖見圖3。

圖3 基于云計算的語音實驗室應(yīng)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(xiàn)對于語音室里不同機位的云終端有各自獨立的體驗，實現(xiàn)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(shè)備之間互相可以訪問，真正實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)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(fā)指令讓學生在終端進行指定的操作。而在云環(huán)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(huán)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(tǒng)的設(shè)備下所能進行的教學場景[14]。在時下提倡的創(chuàng)新教學、自主學習的大背景下，云計算語音室符合這種發(fā)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(wǎng)絡(luò)，師生都可以在語音室以外的環(huán)境中，通過能接入網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備，對語音室云服務(wù)器進行訪問。無論是學生繼續(xù)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(wù)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(shù)，可以將用戶使用與系統(tǒng)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(tǒng)分散、實地的PC系統(tǒng)管理。對于語音室云服務(wù)器，只要找到一個能上網(wǎng)的設(shè)備就可以隨時隨地使用自己的桌面，對云服務(wù)器進行所有的管理工作，實現(xiàn)隨時隨地的遠程在線管理，大大提高了響應(yīng)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(wù)器，云服務(wù)器自身具備的故障冗余設(shè)計使得使用本身具備可靠的運行保障，不需要擔心中心節(jié)點某部分損壞導致課堂教學癱瘓。

4 結(jié) 語

高校外語教學作為國家“走出去”戰(zhàn)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(shè)的重中之重。云計算語音室是以計算機網(wǎng)絡(luò)和語音交換技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的一種新型網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng)。不僅讓教師實現(xiàn)廣播教學，遙控教學和監(jiān)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(tǒng)課堂以教師講授為主學生被動接受的局面，且實現(xiàn)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(gòu)簡便易用性、安全性、可管理性和總體擁有成本低等優(yōu)點，必將是未來語音室發(fā)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(wǎng)絡(luò)安全、實驗室管理。

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

TP 391

A

1006-7167(2017)05-0239-04