[发明专利]数码交互式语言实验室系统

说明书

本发明属多媒体教育设备技术领域，是一种通过计算机服务器和多媒体数据压缩编解码电路实现多用户交互式听音的语言实验室系统。可用于建造大中小学校的交互式语言实验室。

目前，有条件的大、中、小学在外语听力教学中采用语言实验室的方法。学校建几间语言实验室，上课时由教师播放磁带进行教学。由于造价高昂，维护困难，每所学校的语音教室，数量有限，造成了语音教学资源紧张的状况，即使是在大学里，每个班一周也只能安排1～2次听力课，使得学生的听力训练严重不足。

另外，传统的语音教学以磁带作为语音资料的存储介质。磁带是以顺序方式存储的，无法快速定位。在实际教学中，教室和学生不得不反复倒带、快进来播放需要的内容，无形中浪费了宝贵的时间。另外，学生自己练习听力时，由于每人每课都需要一盘磁带，语音教室不得不预备大量的磁带，给维护带来了很大困难。更严重的是，磁带固有的老化问题需要巨额更新费用。而且随着磁带音质的下降，学生的学习效果也不理想。

随着多媒体计算机应用的发展和普及，人们越来越清楚的认识到交互式语言学习的良好效果，出现了大量的计算机辅助教学的课件，但是由于这些课件需要一定的硬件环境，而目前的多数学校和个人都无力支付计算机教学的昂贵费用，仍难以普及应用。

这些因素形成了目前很多贫困地区学校无力建造足够的语言实验室，同时大量已建成的语言实验室却无法满足学生的要求的不合理局面。

综上所述，改变现有的语言实验室状况，提高教学质量，已迫在眉睫。

本发明的目的在于提供一种成本低廉，维护和使用方便，并且能够达到在多媒体计算机上运行的交互式多媒体课件的学习效果的易于普及的语言实验室系统。

本发明立足于先进计算机教学的优点，将具有交互信息的经压缩的多媒体数据库安装在服务器上，配合高性能的适配器，运行相应的服务和管理软件，构成一套先进的交互式语言实验室服务系统。每台服务器通过信号线路与多台学生机连接，接收用户通过键盘发出的指令，对用户的要求进行处理后，从数据库中调出经过压缩的音频数据，由独立的硬件解码器解码，还原出音频信号，辅以一些字符和图形信息，由学生机回放给学生，实现交互式语言练习。学生机采用廉价的专用集成电路，摒弃了传统的机械式磁带录音机，大幅度的降低了整个系统的成本，提高了使用寿命和可靠性，适合向各种地区推广使用。

本发明提出的数码交互式语言实验室系统由服务器系统、多个学生终端机组和连接服务器系统和学生机的通讯线路组成，如图一所示。

服务器系统由计算机、适配器和控制器组成。计算机用于存储数据和运行管理软件。计算机通过插在主板上的适配器与控制器连接。为提高系统的性能，适配器使用PCI总线接口。控制器通过电缆与多个学生机相连。控制器采用插板式结构设计，可以根据实际的学生机数量扩充相应的插板。每台控制器可接驳多达64个用户终端。同时控制器还提供录音机、话筒、扬声器、混音器、呼叫器等用于教学的常规设备。

服务器系统的功能为：    

1.存储交互式多媒体数据库。

2.通过适配器与学生机通信，接受用户的指令，处理后向学生机提交音

  频和图像等多媒体信号，完成交互操作。

3.提供系统管理维护界面。

4.提供交互式教学控制界面。

学生机由单片机、双向通信接口电路、音频输入输出电路、混音器、点阵式LCD图形显示器和键盘等构成，如图四所示。用户终端机通过键盘接受用户的操作，上传给服务器，同时接收服务器下传的音频信号和图形文字数据，经解码后分别通过耳机和显示屏回放给用户。上课时，学生还可以通过学生机上的麦克风，和控制台配合完成多人对话功能。

因为音频信号有很大的信息量(未经压缩的CD音质的立体声信号可达1.4Mbps)，如果不进行有效的数据压缩的话，无论是计算机的存储量还是数据吞吐能力都很难满足多用户同时听音的要求。所以，本系统中音频数据的存储和传送均使用压缩格式。以应用广泛的MPEG1-LAYER3(MP3)格式为例，数据压缩率可达12∶1，播放CD音质的立体声信号的数据率也仅有96Kbps。同时，采用了每个用户独立的硬件音频解码器。对服务器系统的要求也大大降低，使一个计算机带多个学生机成为可能，极大的降低了成本，易于普及。硬件音频解码器可以使用DSP芯片实现，也可以采用专用的MP3解码器实现，如STA013解码芯片等。采用STA013的音频解码器电路如图5所示。