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内容简介

　　本书全面、系统地阐述了数字语音编码的相关技术。全书共15章，内容包括：语音编码概述和声学基础，语音编码中的数字分析和矢量量化，语音编码的评价指标和关联技术，语音信号的波形编码、参数编码和混合编码，语音编码领域的热点问题——低速率语音编码、宽带语音编码、变速率语音编码和嵌入式语音编码，语音编码系统的硬件实现，以及语音编码的国内外标准。

目　　录

第1章绪论
1.1 概述
1.2 语音编码的应用
1.3 语音编码的分类
1.3.1 按编码方法分类
1.3.2 按编码速率分类
1.3.3 按编码语音带宽分类
1.3.4 按编码信号所在域分类
1.4 语音编码的硬件与系统
1.5 语音编码的发展趋势
1.6 全书的组织
参考文献
第2章语音编码的声学基础
2.1 语音信号的时域波形

第1章 绪论 
1.1 概述 
1.2 语音编码的应用 
1.3 语音编码的分类 
1.3.1 按编码方法分类 
1.3.2 按编码速率分类 
1.3.3 按编码语音带宽分类 
1.3.4 按编码信号所在域分类 
1.4 语音编码的硬件与系统 
1.5 语音编码的发展趋势 
1.6 全书的组织 
参考文献 
第2章 语音编码的声学基础 
2.1 语音信号的时域波形 
2.2 语音的产生机理与模型 
2.2.1 肺与喉 
2.2.2 声道 
2.2.3 语音信号的产生模型 
2.3 语音信号的声学特性 
2.3.1 语音信号的分类 
2.3.2 基音与四声 
2.4 人耳听觉特性 
2.4.1 正常人的听域与听阈 
2.4.2 响度级（Loudness Level）和响度（Loudness） 
2.4.3 音调 
2.4.4 掩蔽效应（Masking Effect） 
2.4.5 言语听觉 
参考文献 
第3章 语音编码中的数字分析技术 
3.1 短时分析技术基础 
3.1.1 预滤波、采样、A/D变换 
3.1.2 存储和加窗 
3.2 短时能量、短时平均幅度和短时过零率 
3.3 短时自相关函数和短时频谱 
3.4 短时基音周期分析 
3.5 语谱图分析 
3.6 线性预测分析 
3.6.1 线性预测分析的基本概念 
3.6.2 线性预测分析的求解 
3.6.3 德宾（Durbin）递推算法 
3.6.4 LPC模型阶数P和激励增益G的确定 
3.7 各种LPC参数以及它们之间的关系 
参考文献 
第4章 语音编码中的矢量量化技术 
4.1 概述 
4.2 矢量量化的基本原理 
4.2.1 矢量量化的定义 
4.2.2 矢量量化的评价指标 
4.2.3 矢量量化的关键技术 
4.3 矢量量化器 
4.3.1 穷尽搜索矢量量化器 
4.3.2 多级矢量量化器 
4.3.3 分裂矢量量化器 
4.3.4 分类矢量量化器 
4.3.5 形状-增益矢量量化器 
4.3.6 预测矢量量化器 
4.3.7 有限状态矢量量化器 
4.4 矢量量化的码本设计 
4.4.1 LBG算法 
4.4.2 模拟退火码本设计算法 
4.4.3 其他码本设计算法 
4.5 矢量量化的码字搜索 
4.5.1 部分失真搜索算法 
4.5.2 基于不等式的快速搜索算法 
4.5.3 带有时变加权的快速搜索算法 
4.6 矢量量化的码字索引分配 
4.6.1 基于BSA的码字分配算法 
4.6.2 基于模拟退火的码字分配算法 
4.7 LSF参数的矢量量化 
4.7.1 P-MSMQ算法 
4.7.2 带有级间预测的多级矩阵量化算法 
4.7.3 带有级间预测的多级码本联合优化 
4.8 多参数多模式码本尺寸联合调整 
4.8.1 矢量参数多模式量化 
4.8.2 参与码本尺寸联合调整的参数 
参考文献 
第5章 语音编码的评价指标 
5.1 评价语音编码的考虑要素 
5.1.1 说话人和语种 
5.1.2 信号能量 
5.1.3 背景噪声 
5.1.4 多次转接 
5.1.5 信道误码 
5.1.6 非语音信号 
5.2 语音编码的主观测量 
5.2.1 音质评价方法 
5.2.2 可懂度评价方法 
5.3 语音编码的客观测量 
5.3.1 信噪比与谱失真 
5.3.2 PSQM与PESQ 
5.4 语音编码的复杂度和时延 
参考文献 
第6章 语音信号的波形编码 
6.1 语音信号的标量量化 
6.1.1 均匀量化 
6.1.2 非均匀量化 
6.1.3 自适应量化 
6.2 自适应差分脉冲编码 
6.2.1 DPCM的工作原理 
6.2.2 自适应预测 
6.2.3 CCITT G.721高质量32 kb/s ADPCM 
6.2.4 镶嵌式ADPCM 
6.3 变换域编码 
6.3.1 概述 
6.3.2 最佳正交变换——KLT 
6.3.3 离散余弦变换（DCT） 
6.3.4 自适应比特分配 
参考文献
第7章 语音信号的参数编码 
7.1 线性预测编码的基本原理 
7.2 LPC-10声码器 
7.3 LPC-10e声码器 
7.3.1 激励源的改善 
7.3.2 基音提取方法的改进 
7.3.3 声道滤波器参数量化的改进 
7.3.4 LSF参数的矢量量化 
7.4 本章小结 
参考文献 
第8章 语音信号的混合编码 
8.1 混合编码的基本原理 
8.1.1 合成分析法ABS（Analysis By Synthesis） 
8.1.2 感觉加权滤波器 
8.1.3 中、低速率混合编码 
8.2 多脉冲及规则脉冲激励线性预测声码器（MPLPC及RPE-LPC） 
8.2.1 多脉冲线性预测声码器 
8.2.2 规则脉冲激励线性预测声码器（RPE-LPC） 
8.3 码激励线性预测声码器（CELP） 
8.3.1 CELP编码算法 
8.3.2 CELP码本搜索算法 
8.3.3 美国政府标准4.8 kb/s CELP声码器FED-STD-1016 
8.3.4 美国EIA/TIA 8 kb/s VSELP声码器 
8.3.5 16 kb/s短延时码激励线性预测（LD-CELP）声码器 
参考文献 
第9章 低速率语音编码 
9.1 波形插值编码 
9.1.1 波形插值编码原理 
9.1.2 特征波形的提取 
9.1.3 特征波形的描述 
9.1.4 特征波形的对齐 
9.1.5 特征波形的量化 
9.1.6 特征波形的重建和线性预测合成 
9.2 正弦变换编码 
9.2.1 STC编码参数的提取 
9.2.2 STC编码合成算法 
9.2.3 正弦变换的低速率编码模型
9.3 混合激励线性预测编码 
9.3.1 MELP编码器原理 
9.3.2 MELP编码参数量化 
9.3.3 MELP解码器原理 
9.3.4 MELPe算法 
9.4 正弦激励编码 
9.4.1 SELP编码器原理 
9.4.2 SELP模型参数分析算法 
9.4.3 SELP解码器原理 
9.5 多带激励编码 
9.5.1 多带激励语音模型 
9.5.2 多带激励语音模型参数的提取 
9.5.3 多带激励语音合成 
9.6 极低速率语音编码 
9.6.1 速率在400～1 200 b/s左右的编码技术 
9.6.2 速率在150～300 b/s左右的编码技术 
9.7 低速率语音编码展望 
参考文献 
第10章 宽带语音编码 
10.1 概述 
10.2 子带编码 
10.2.1 子带编码工作原理 
10.2.2 子带编码的比特分配 
10.2.3 整数带滤波器组 
10.2.4 正交镜像滤波器组 
10.3 G.722宽带语音编码 
10.3.1 G.722编码器原理 
10.3.2 G.722解码器原理 
10.4 频带扩展（BWE）技术 
10.5 联合语音音频编码（USAC） 
10.5.1 USAC的组合型算法 
10.5.2 USAC的统一型算法 
10.6 宽带语音编码展望 
参考文献 
第11章 变速率语音编码 
11.1 变速率语音编码的发展现状 
11.2 变速率语音编码的相关技术 
11.2.1 语音端点检测技术（VAD）
11.2.2 速率判决技术 
11.2.3 差错隐藏技术 
11.2.4 舒适噪声生成技术 
11.3 AMR变速率语音编码 
11.3.1 AMR编码器原理 
11.3.2 AMR参数表示及量化 
11.3.3 AMR解码器原理 
11.3.4 AMR帧结构 
11.4 变速率语音编码展望 
参考文献 
第12章 嵌入式语音编码 
12.1 概述 
12.2 嵌入式语音编码的发展现状 
12.3 嵌入式语音编码的有关理论 
12.3.1 设计理念与编码器的最优性 
12.3.2 分层矢量量化 
12.4 嵌入式语音编码的实现 
12.4.1 嵌入式DPCM编码 
12.4.2 嵌入式CELP编码 
12.4.3 现有的CELP编码的嵌入式扩展 
12.4.4 嵌入式参数量化 
12.5 嵌入式语音编码标准G.729.1 
12.5.1 G.

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前　　言

语音是人类最直接、最方便的沟通手段，在通信技术发展的过程中，语音通信一直是科研人员和系统开发人员最为关注的问题之一。
语音通信最早可以追溯到1876年，Bell发明的电话机首次利用声/电、电/声转换技术实现了远距离的语音信号传输。早期的语音通信装置采用的是模拟系统，在可靠性、抗干扰能力、快速交换等方面存在很多问题。自从20世纪60年代集成电路出现以后，通信信道和通信终端开始从模拟系统演变为全数字系统。与模拟通信相比，数字通信在可靠性和抗干扰能力等方面具有很大优势，不足之处是占用的频带较宽。为了节省数字语音信号传输所需的带宽，人们开始深入研究语音编码技术。
几十年来，数字语音通信技术几乎覆盖了通信的每一个领域，语音编码技术领域的研究成果也层出不穷，其中包括很多突破性的研究成果和实用的语音编码方案。借助于先进的数字信号处理芯片，这些研究成果已经得到了广泛应用。随着应用的普及，语音编码算法标准化的工作也取得了很大的进展。例如，主要的标准制定组织ITU，已经制定了一系列语音编码标准，其编码速率越来越低，编码带宽从窄带到宽带，甚至到超宽带和全频带，可支持的速率也越来越多，而且其中部分标准具有互通性很强的嵌入式结构。

语音是人类最直接、最方便的沟通手段，在通信技术发展的过程中，语音通信一直是科研人员和系统开发人员最为关注的问题之一。 
语音通信最早可以追溯到1876年，Bell发明的电话机首次利用声/电、电/声转换技术实现了远距离的语音信号传输。早期的语音通信装置采用的是模拟系统，在可靠性、抗干扰能力、快速交换等方面存在很多问题。自从20世纪60年代集成电路出现以后，通信信道和通信终端开始从模拟系统演变为全数字系统。与模拟通信相比，数字通信在可靠性和抗干扰能力等方面具有很大优势，不足之处是占用的频带较宽。为了节省数字语音信号传输所需的带宽，人们开始深入研究语音编码技术。

几十年来，数字语音通信技术几乎覆盖了通信的每一个领域，语音编码技术领域的研究成果也层出不穷，其中包括很多突破性的研究成果和实用的语音编码方案。借助于先进的数字信号处理芯片，这些研究成果已经得到了广泛应用。随着应用的普及，语音编码算法标准化的工作也取得了很大的进展。例如，主要的标准制定组织ITU，已经制定了一系列语音编码标准，其编码速率越来越低，编码带宽从窄带到宽带，甚至到超宽带和全频带，可支持的速率也越来越多，而且其中部分标准具有互通性很强的嵌入式结构。

本书的编写，旨在帮助读者全面、系统地了解数字语音编码的相关技术。本书在讲述语音编码基础理论及相关语音编码算法的同时，力图反映数字语音编码技术的国内外最新进展和当前语音编码技术中的热点问题，并将编著者的相关研究成果囊括其中，以便读者参考和借鉴。此外，还讲述了实用语音通信系统中将涉及的部分关联技术，如语音增强、回声抵消、同步、抗信道误码和抗丢包等技术，以及硬件实现的相关技术，这部分内容对于科技研发人员和工程人员具有较高的实践参考价值。

本书共15章。其中第1章从整体上介绍语音编码的应用、分类以及发展趋势；第2章介绍语音信号的产生机理及听觉系统感知；第3章介绍语音编码中的数字分析技术；第4章介绍语音编码中的矢量量化技术；第5章介绍语音编码的评价指标；第6～8章分别介绍语音信号的波形编码、参数编码及混合编码；第9～12章分别介绍目前语音编码领域的4个热点：低速率语音编码、宽带语音编码、变速率语音编码和嵌入式语音编码；第13章介绍语音编码过程中经常会遇到的关联技术；第14章介绍语音编码系统硬件实现的相关原理及技术；第15章介绍当前语音编码的国际、地区及行业应用标准。

本书由李晔主持编写并统稿。其中，第6～8章由崔慧娟、唐昆编写，第2、3章由杨行峻、李晔编写，其余各章由李晔编写。 
在本书的编写过程中，参阅了大量的国内外相关文献，其中包括Rainer Martin等编著的《Advances in Digital
Speech Transmission》（Wiley
Blackwell，2008），杨行峻等编著的《语音信号数字处理》（电子工业出版社，1995），W. B.
Kleijn等编著的《Speech Coding and Synthesis》（Elsevier
Science，1995），以及清华大学电子工程系赵铭、李悦、张鑫、李军林、陆希玉、田秋玲、周高洪、詹杰、张仁志、李燕成和雷鸣等人的博士论文或硕士论文；山东省计算中心、山东省计算机网络重点实验室的马晓凤、郝秋赟、樊燕红和姜竞赛等做了大量的图文编辑及校对工作。另外，本书的出版得到电子工业出版社及相关编辑的大力支持。在此，谨对有关原作者、同事和编辑表示诚挚的感谢。

囿于编著者的水平，书中难免出现一些疏漏和错误，恳请读者批评指正，并将意见发送至<a href=
"mailto:liye@keylab.net">liye@keylab.net</a>。同时，由于语音编码技术的发展日新月异，书中的部分表述具有较强的时效性，也恳请读者谅解，并参阅最新资料。
编著者      
2012年9月

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