网络型(座)数字语言教学系统实验室设备

1、网络型(56座)数字语言教学系统实验室设备 一、前言 1.1需求背景 教育部高教司启动的“大学英语教学改革工程”，其核心就是：加强实用性英语教学，全面提高大学生英语综合运用能力，注重培养学生的听说能力。 语言教学不同于其它的科学性学科，它由听说技能和语言知识教学组成，两者是相辅相成，密不可分的。我国高校学生在校人数增长迅速，而可利用的教育资源却相对有限，因而必须充分利用多媒体、网络技术发展带来的契机，改进已往以教师讲授为主的单一的课堂教学模式。新的教学模式应该具备以下特点： （1）新的教学模式应以现代信息技术，特别是网络技术为支撑，使外语教学朝着个性化学习、不受时间和空间限制的学习、主动性学习

2、方向发展。 （2）新的教学模式应以教师为主导，学生为主体，体现英语教学的实用性、文化性和趣味性，充分调动教师和学生两个方面的积极性，确立学生在教学过程中的主体地位。 （3）新的教学模式应充分考虑外语教师的知识结构，建立友好的用户界面，在技术上体现交互性、可实现性和易于操作性。 （4）新的教学模式既是一个渐进过程，也是一个继承与发展的过程，它必须继承原有教学模式中的优秀部分，并利用现代信息技术使教学模式层层推进。 1.2语言学习系统现状 随着科技的发展，语言学习系统（Language LAB）领域近几年来无论是在技术上还是在功能都有了许多突破，它已经逐渐成为语言教学特别是外语教学不可或缺的教学设

3、备。在语言学习系统的发展过程中，主要经历了模拟语言学习系统和数字语言学习系统两个阶段。 模拟语言学习系统是基于模拟信号的外语教学系统，主要由主控台、电源箱、教师录音机，学生终端四大部分组成，它的出现，超越了传统意义的封闭式、灌输式教学概念，为外语教学过程中的语音模仿、听力训练、口语训练、教学测试、教学方法研究等提供了有利条件，逐渐成为学校外语教学的一种重要教学手段。然而，随着时代的发展，模拟语言学习系统无法满足外语教学新的需求，其先天缺陷也逐渐暴露出来，主要表现在四个方面：第一个方面是系统稳定性差。模拟语言学习系统的核心设备是录音机机芯，机芯本身就是机械结构，即使是电控机芯，机械部分也占结构中

4、的90%以上的比例，机芯的机械运 动，震动，磨损等极易造成系统故障。第二个方面是维护困难。多数模拟语言学习系统的产品连接线缆及连接方式均为厂商自定义，产品连接复杂，不仅故障率高，维护也非常困难。第三个方面是功能单一。模拟语言学习系统功能设计都集中在音频广播和对讲通话等方面，无法完成文本、图像和视频的教学，也无法实现资源的共享。第四方面是教学互动性差。学生单元的功能基本上依据录音机的功能而设计，主要是对录音带的操作，这样的功能设计正是基于模拟电路的特点而产生，几乎不存在互动性。 数字语言学习系统是基于数字信号的外语教学系统，系统建立在标准网络数据交换的基础上，经过A/D转换后的语音数据，通过标准

5、的网络协议，传送给用户终端。其中，系统中的控制信号，音频信号，视频信号都是数字化信号。与传统的模拟语言学习系统相比，数字语言学习系统具有无法比拟的先天优势。第一，系统稳定性强。数字语言学习系统的核心技术是基于计算机传输协议的网络技术，整个系统几乎没有机械部件，故不存在机械故障。第二，能高效实现资源共享。数字化语言学习系统是基于网络的系统，我们知道网络的最大特点就是资源共享，利用率高，信息传递准确等。第三，拥有丰富的数字化功能。数字语言学习系统不仅包含了传统型系统的所有功能，而且又扩展了几十种应用功能。例如数字化复读、音波比对、视频点播、对谈练习、电子阅览、阅读教材、作业发布、考试测验等等。这些

6、功能的加入不仅仅丰富了课堂教学，而且也改变了语言学习系统的应用模式，让语言学习系统从单项的语音教学功能变成了多功能的语言、计算机、多媒体课件的整合教室，还可在课后向学生开放，接受来自各年级、各语种、各学科的学生同时在此教室内自由学习。 数字语言学习系统是IT技术与外语教学相结合的必然产物，与传统语言学习系统相比，数字语言学习系统无论是在技术上还是在功能上都有了质的飞跃，它适应了外语教学乃至整体教学改革的需要，得到了国家教育部门和各类学校的高度重视，也得到了用户的普遍认可。数字语言学习系统的应用，对实际教学单位的整体教学水平的提高起到了重大推动作用，教育用户的需求规模也随之急剧扩大，数字语言学习

7、系统的市场也已经初具规模。 1.3外语教学新需求 随着大学外语教学改革的进一步深化，现代外语教学正朝着“以教师为主导、以学生为主体、以开放式交互教学为基础”的方向发展，外语教学也逐步形成了三个稳定的教学 范畴，即：以教师为主导的课堂教学、以学生为主体的自主学习、以开放式交互教学为基础的校园网络学习。 以教师为主导的课堂教学：在外语教学的实际过程中，课堂教学时间相对固定，老师在有限时间内，需完成大量的教学课程。因此，课堂教学对语言学习系统设备性能要求比较高，设备必须稳定可靠，宜采用专业的语音终端来实现。 以学生为主体的自主学习：自主学习应充分体现学生的自主性和个性化，其教学功能必须多样，并且随着

8、现代教学技术的发展，一些新的教学功能和方法会不断融入到自主学习中。因此，自主学习对语音教学设备的灵活性要求比较高，设备必须通用性强，扩展容易，宜采用电脑型语言学习系统来实现。 以开放式交互教学为基础的校园网络教学：校园网络教学依托学校校园网，应充分体现教学的开放性和交互性，它需要将校园中的现有硬件资源和软件资源进行整合，形成一体化的学科平台。因此，校园网络教学是跨设备和跨系统的建设，涉及外语教学的应用层面，宜采用软件来实现。 由此可以看出，新的外语教学模式需要在校园范围内构建全新的语言环境，它不仅仅只有外语教学课堂，还应该包括外语自主学习中心和外语校园网络教学。这三个方面由于侧重点不同，对设备

9、的要求也不尽相同。 数字语言学习系统在课堂教学方面具有无法比拟的先天优势，但由设备自身特点的限制，在许多方面都无法满足现代外语教学的新需求，主要体现在以下几个方面： 缺乏统一的技术规范和规格标准，各厂家生产的产品不能兼容，很难实现数字语言学习系统的整合。 没有突破时间和物理空间的限制，教学过程主要集中在教室，达不到随时随地进行外语学习的目的。 不能脱离硬件设备的束缚，无法充分利用和整合校园网中现有的硬件资源和软件资源。 应用空间和应用层面相对狭窄，形成不了一体化的外语教学解决方案。 二、系统拓扑图 三、系统的总体结构 全系统基于全千兆以太网构成音频、视频、文件传输网络，并采用自主设计的专用设备

10、完美保障各种条件下数字音频视频信号的实时性。 大家知道，数字语言学习系统一直分为两大网络传输方式，一是以太网方式，二是固定带宽、固定时延的固定网（一般称ATM）的方式，一般来说第二种方式传输音频效果远优于第一种方式，其根本原因是以太网是抢先式的传输模式，一旦同时传输较大的文件数据包和音频数据包时，音频数据包会被迫中断较长的时间，不可避免造成声音断裂和延时增大而令人不快，但以太网毕竟是世界最通用的网络技术，采用以太网的好处也是很多，所以两种方式因为各有所长，在数字语言学习系统中一直是各占半边天；有没有采用通用的以太网又完全达到固定网（ATM）音频质量的两全齐美的方法呢？百草园的工程师陷入了思考，

11、凭借20余年从事语言学习系统研发的经验、创造性的思维、对世界最新电子技术的把握，终于完美解决了这个难题：他们首先将整个网络带宽全部提升到千兆的水平（千兆到每终端），然后利用美国XILINX公司最新的SPARTAN6大规模现场可编程电路高达25.6G b/s的实时数据处理能力，融入自行设计的IP，将千兆网络中大块的文件数据包实时打散并加入时间间隔传输,从而使音频数据包能在间隔中及时传输。实践证明，这个方式达到了极好的效果：音频断裂为0，音频延时小于10毫秒（低于人耳感觉阀约一个数量级）；同时，由于千兆网的带宽足够大，甚至允许实时传输192K24bit最高级别数字立体声音频信号，音频传输能力高于现

12、已面市的固定网（ATM）产品一个数量级以上。百草园的工程师给这项技术起了个通俗的说法：让千兆以太网同时工作于ATM模式。 全系统基于DVI接口的完美支持1920*1080物理分辨率的视频信号系统 北京京工科业JGZEC-D5型全数字语言学习系统的视频系统全部采用DVI接口以完美支持达1920*1080的物理分辨率的全高清视频信号，同时推荐用户采用21.5英寸及以上具备1920*1080物理分辨率及DVI接口的液晶显示器以发挥系统的最佳视频性能。 嵌入式终端完美终端支持1920*1080分辨率的全高清视频解码。 北京京工科业JGZEC-D5型全数字语言学习系统学生终端的视频解码单元采用主频达1G

13、HZ同时带硬件视频解码加速、硬件2D加速、硬件3D加速的高性能的专用嵌入式芯 片，可以完美流畅解码1920*1080全高清视频信号，同时最高支持48M码流视频播放，视频播放格式：TS/M2TS/MTS/TP/MKV/AVI/WMV/MPG/MOV/VOB/MP4/DVD ISO/BD ISO/RealVideo810；支持音频封装格式：MP3/WMA/FLAC/APE/OGG。 通过DVI接口和千兆以太网嵌入式终端完美支持1920*1080全数字实时视频广播。 和过去采用的VGA模拟视频（不管传输介质是采用同轴线还是双绞线）信号广播教学系统不同，北京京工科业教学设备有限公司利用美国XILINX

14、公司最新的SPARTAN6大规模现场可编程电路高达25.6G b/s的实时数据处理能力，融入自行设计的IP，具有1920*1080P60全高清视频信号实时数字采集（通过DVI数字接口）编码，千兆以太网实时传输、视频信号实时解码、DVI驱动，首次在数字语言学习系统中实现了达1920*1080物理分辨率的全数字实时视频广播，效果完美令人震撼。同时通过千兆以太网传输实时视频信号也简化了布线及安装维护，终于扔掉了令人总不太满意的VGA模拟布线。 支持256路CD音质44.1K16bit音频信号以任意路数任意位置混频保持全通 利用美国XILINX公司最新的SPARTAN6大规模现场可编程电路高达25.6

15、G b/s的实时数据处理能力，融入自行设计的IP，通过并行处理技术，使数字音频传输、混频能力达到：同时支持256人以44.1Khz/16bit CD音频格式按任意组数、每组任意人数讨论（混频）保持全通，此项技术指标高同类产品30倍左右，同时在此模式下任意学生到任意学生音频延时小于10 ms。 嵌入式终端支持adobe公司的FLASH PLAYER,可以浏览互联网，流畅播放互联网高清视频节目。 四、系统说明 北京京工科业JGZEC-D5型数字语言教学系统的组成部件及功能： 1） 教师计算机 基于WINDOWS个人操作系统，运行数字语言学习系统的控制软件、点播控制软件。 2） 专用网络型中控 a)

16、提供多种外部输入设备接入系统的信号接口，包括：视频展示台、教师笔记本电脑、磁带录放机、DVD播放机、教师耳麦等，音频输入电路采用一般高级专业音频设备才采用的有源电气隔离模式，完全消除了因多种设备互连引起的令人生厌又难以完全消除的共地干扰交流声，且较无源隔离设备有高的多的输入阻抗（一般匹配为10K欧姆）和低的多的失真度（实测低于0.3%）；同时每路输入电路都具备电子可调电位器，具有很宽的输入电平范围（峰峰值从60V直到0.1V以下），通过教师电脑软件可以方便调节增益，适应各种输入设备。 b)提供音频输出，驱动扩音机等设备。音频输出电路采用一般高级专业音频设备才采用的有源电气隔离模式，完全消除了因

17、多种设备互连引起的令人生厌一般又难以完全消除的共地干扰交流声，且较无源隔离设备在全音频频率范围内有很平坦的输出阻抗（一般匹配为600欧姆）和低的多的失真度（实测低于0.3%）；同时输出电路具备电子可调电位器，具有很宽的输出电平范围（峰峰值从30V直到0.1V以下），通过教师电脑软件可以方便调节增益，能方便的驱动各种音频设备。 c)除了音频输入输出接口，内部全部采用数字信号传输处理，保证最高的信噪比和最低的失真度。 3） 服务器（选配） 提供视频点播资源，提供数据库运行环境。 4） 全千兆以太网交换机 通用以太网交换机，背板带宽支持全千兆并行传输，提供稳定高速的网络环境。 5） 专用网络设备 利

18、用美国XILINX公司最新的SPARTAN6大规模现场可编程电路高达25.6G b/s的实时数据处理能力，融入自行设计的IP，提供网络文件数据的实时打散并插入时间间隔实现实时插入音频数据传输功能；实时采 集1920*1080P60全高清视频信号并编码，并向千兆以太网实时传输；同时支持256人以上以44.1Khz/16bit CD音频格式按任意组数、每组任意人数讨论（混频）保持全通，在此模式下任意学生到任意学生音频延时小于10 ms。 6） 嵌入式学生终端 主要由主频达1GHZ同时带硬件视频加速、硬件2D加速、硬件3D加速的高性能的专用嵌入式芯片和美国XILINX公司最新的高达25.6G bit

19、每秒的实时数据处理能力的SPARTAN6大规模现场可编程电路组成，结合以千M网络和DVI输出接口及键盘鼠标接口等。完美实现全高清视频点播，全高清广播视频信号实时接收并解码显示，音频信号的实时交互，支持adobe公司的FLASH PLAYER,可以浏览互联网，流畅播放互联网高清视频节目。 7） 质保5年的专用耐用教学耳麦 采用专用的专业耳麦，采用特制的近讲麦克风，其灵敏度差异小于1.0dB，有效克服了采用普通耳麦造成的回声问题；同时,耳麦采用特制的耳麦插头和螺旋线,具有很高的耐用性(质保五年),教学耳麦不再是易损件。 提供听、说、读、写、译、视频点播和上网等诸多功能，可开展分层次、多样化的个性化

20、学习。 具备环保、稳定、易于安装管理维护的特性 嵌入式终端每学生位功耗小于15W；同时软件固化，不受病毒影响，基本不需维护；支持从网络升级。 五、配置清单 六、相关技术 6.1系统采用的相关技术 首先将整个网络带宽全部提升到千兆的水平（千兆到每终端），然后利用美国XILINX公司最新的SPARTAN6大规模现场可编程电路高达25.6Gb/s的实时数据处理能力，融入自行设计的IP，将千兆 网络中大块的文件数据包实时打散并加入时间间隔传输,从而使音频数据包能在间隔中及时传输，达到了极好的音频传输效果：音频断裂为0，音频延时小于10毫秒（低于人耳感觉阀约一个数量级）；同时，由于千兆网的带宽足够大，甚

21、至允许实时传输192K24bit最高级别数字立体声音频信号，音频传输能力高于现已面市的固定网（ATM）产品一个数量级以上。公司的工程师给这项技术起了个通俗的说法：让千兆以太网同时工作于ATM模式。 学生终端的视频解码单元采用主频达1GHZ同时带硬件视频加速、硬件2D加速、硬件3D加速的高性能的专用嵌入式芯片，可以完美流畅解码1920*1080全高清视频信号，同时最高支持48M码流视频播放，视频播放格式：TS/M2TS/MTS/TP MKV/AVI/WMV/MPG/MOV/VOB/MP4/DVD ISO/BD ISO/RealVideo810；支持音频封装格式：MP3/WMA/FLAC/APE/OGG。 利用美国XILINX公司最新的SPARTAN6大规模现场可编程电路高达25.6G bit每秒的实时数据处理能力，融入自行