计算机网络中的语音通信技术研究与应用

冯俙瑀

（重庆对外经贸学院信息技术中心，重庆 401520）

0 引 言

随着互联网技术的不断发展和普及，人们对网络通信的需求越来越高。传统的文本通信方式已经无法满足人们对即时、高效的通信需求。语音通信技术能够实现即时、高效的通信，因此得到了广泛应用。在计算机网络中，语音通信技术的研究与应用具有重要意义，不仅可以提高通信效率，还可以降低通信成本，提高人们的生活和工作质量。

1 计算机网络中的语音通信技术基础

1.1 语音编码

语音编码是将模拟语音信号转换为数字信号的过程。这个过程中需要将声音的波形、频率和幅度等信息进行采样、量化以及编码，以便在数字通信系统中进行传输和处理。常用的语音编码算法包括线性预测编码和自适应多速率编码等。这些算法各具特点和适用范围，可以根据实际需求选择合适的编码方式。

线性预测编码是一种基于线性预测模型的语音编码方法。它通过对输入语音信号的时域特征进行分析，建立一个预测模型来预测未来的语音样本值，然后根据预测值生成对应的量化系数，将语音信号转换为数字形式[1]。LPC 编码具有简单、计算量小的优点，适用于对实时性要求较高的场景。

自适应多速率编码是一种基于人耳听觉特性的语音编码方法。它通过分析语音信号的频率成分，动态调整编码速率，以适应不同用户的听力水平[2]。AMR 编码能够在不同的网络环境下提供更好的音频质量，适用于移动通信和流媒体传输等场景。

1.2 语音传输

语音通信系统的概念模型如图1 所示。信息源是语音通信的起点，涵盖了语音的产生和发送。人的声音通过麦克风转换成电信号，进而被数字化和传输。发送设备包括将原始的模拟语音信号进行数字化处理，以及将数字信号编码成可以在数字网络中传输的形式。传输媒体是语音信号的传输路径。信号在传输过程中可能会受到各种形式的干扰，如背景噪声、信号衰减等[3]。接收设备接收从信道传输的语音信号，并进行解码和放大处理，最终转回到原始的模拟信号并播放出来。接收者是语音通信的终点，涵盖了语音的接收和理解。语音传输是一种通过计算机网络将已编码的语音数据进行传输的过程。在这个过程中，音频数据被转换为数字信号，并通过特定的协议进行传输。常用的语音传输协议包括实时传输协议（Realtime Transport Protocol，RTP）和会话发起协议（Session Initiation Protocol，SIP）等。

图1 语音通信系统的概念模型

RTP 是用于实时多媒体通信的协议，提供了端到端的传输服务，确保音频和视频数据能够以最小的延迟和丢包率传输。RTP 在传输过程中负责时间戳、序列号等信息的打包和解包，以确保接收方能够正确解码和重组数据。RTP 通常与实时传输控制协议（Real-time Transport Control Protocol，RTCP）一起使用。后者提供了反馈机制，用于监控数据传输质量和解决可能出现的问题。

SIP 则是一种基于文本的通信协议，主要用于建立、修改和终止会话。它是互联网工程任务组制定的开放式标准，广泛应用于互联网电话（Voice over Internet Protocol，VoIP）系统。SIP 允许用户在不同的终端之间发送和接收语音、视频以及即时消息等多媒体内容。它使用简单的文本格式描述会话的各种属性和操作，并支持多种编解码器和传输协议[4]。

1.3 语音解码

语音解码是一种将已传输的数字语音数据还原为原始模拟语音信号的技术过程。在现代通信系统中，数字语音数据通过压缩编码减少传输所需的带宽和存储空间。然而，为了能够正确还原和播放这些数字语音数据，需要将其解码为模拟语音信号。常用的语音解码算法包括线性预测解码（Linear Predictive Coding，LPC）和自适应多速率解码（Adaptive Multi-Rate Decoding，AMR）。

LPC 是一种广泛应用于语音编码的算法。它基于线性预测模型，通过对输入语音信号进行建模和预测，生成对应的预测系数。解码器根据这些预测系数重建原始语音信号。LPC 算法简单、计算量小，适用于对音质要求不高的情况。

线性预测解码模型如图2所示，它包括浊音/清音、浊音的基频T、音源的幅度G以及线性滤波器的参数，大约每20 ms 变化一次。假设语音信号的取样频率为8 kHz，那么每秒钟可以分成50 帧，每帧20 ms，包含160 个样本。每一帧的语音信号都可以使用同一组参数来表示，包括1 位表示浊音还是清音的参数、6位表示浊音的基频T、5 位表示音源的幅度G以及10个参数，每个参数6 位，共60 位[5]。

图2 线性预测解码模型

AMR 解码是一种针对移动通信系统的语音解码算法，可以根据接收到的信号质量动态调整解码速率，以确保在不同网络环境下能获得较好的语音质量。AMR 具有较高的灵活性和适应性，能够在复杂的无线通信环境中提供稳定的语音服务。

2 计算机网络中的语音通信技术

2.1 基于互联网的语音通信技术

基于互联网的语音通信技术是一种通过互联网传输语音信号来实现通信的技术。它可以利用各种协议和技术手段实现高质量的语音通信。例如，Skype、微信等软件可以实现点对点的语音通信，不仅可以实现实时通话，还可以进行语音聊天和视频会议等多种应用[6]。

2.2 基于移动互联网的语音通信技术

基于移动互联网的语音通信技术是一种将语音信号通过移动通信网络进行传输的技术。该技术通过使用各种移动通信技术和协议实现高质量的语音通信。例如，使用移动VoIP（mVoIP）技术可以通过移动互联网协议进行语音通信，实现如同传统电话一样的高质量语音。

2.3 基于物联网的语音通信技术

基于物联网的语音通信技术是一种将语音信号通过物联网进行传输的技术。这种技术可以通过使用各种物联网技术和协议实现高质量的语音通信。生活中，日常使用的智能家居设备就是使用该技术实现家庭内部的语音通信，不仅可以实现实时通话，还可以进行语音控制等多种应用。

2.4 基于人工智能的语音通信技术

基于人工智能的语音通信技术是一种将人工智能技术与语音通信技术相结合的技术。该技术可以通过使用各种人工智能算法和模型来实现智能化的语音通信。例如，使用语音识别技术可以将语音信号转换为文本，使用自然语言处理技术可以对文本进行分析和处理。

3 计算机网络中的语音通信技术应用案例分析

3.1 在线教育中的语音通信技术应用

在线教育作为一种全新的教育方式，主要通过互联网来提供各种教育服务。这种方式的出现打破了传统的教育模式，使得教育资源的获取和分享变得更加便捷和高效。在在线教育中，语音通信技术起着至关重要的作用。它可以实现教师和学生之间的实时交流，使得教学过程更加生动和互动。例如，利用基于互联网的语音通信技术实现远程授课。在这种模式下，教师可以通过网络平台向分布在不同地方的学生传授知识，不仅可以节省学生的通勤时间，也可以让更多的学生有机会享受优质的教育资源。此外，可以使用基于移动网络的语音通信技术实现移动端授课。在这种模式下，教师可以通过手机等移动设备随时随地进行教学，特别适合需要经常出差或者无法固定在一个地方上课的教师。总的来说，语音通信技术在在线教育中的应用，不仅可以提高教学效率，也可以使教学过程更加生动和有趣。

3.2 远程医疗中的语音通信技术应用

远程医疗作为一种通过信息技术实现远程医疗服务的方式，近年来得到了广泛关注和应用。在远程医疗领域，语音通信技术发挥着重要作用，可以实现医生和患者之间的实时交流，为患者提供及时、便捷的医疗服务。在远程医疗中，基于互联网的语音通信技术是最常用的一种方式。通过这种技术，医生可以随时随地与患者进行语音通话，了解患者的病情和治疗情况。例如，当患者在家中遇到紧急情况时，可以通过电话与医生取得联系，而医生可以根据患者的症状给予初步诊断和治疗建议。这种方式不仅节省了患者的时间和精力，还能在一定程度上缓解医疗资源的紧张状况。除了基于互联网的语音通信技术外，基于移动网络的语音通信技术也在远程医疗中发挥着重要作用。随着智能手机的普及，越来越多的患者可以通过手机与医生进行语音交流。这种方式的优点是方便携带，使得患者可以在任何时间、任何地点与医生沟通，不受地域限制[7]。此外，基于移动网络的语音通信技术可以实现移动端诊断，如视频会诊等，进一步提高了远程医疗服务的质量和效率。

3.3 智能家居中的语音通信技术应用

智能家居是一种创新的家居生活方式，通过物联网技术将各种家居设备连接在一起，实现设备的智能化控制。这种技术能够提供更高的生活便利性和舒适性，也能够节省能源和提高家庭的安全性。

在这个系统中，语音通信技术起着至关重要的作用。它可以实现人与家居设备的实时交流，使得用户可以通过语音命令控制家中的各种设备，如灯光、空调、电视等。例如，用户可以通过语音命令控制智能音响播放他们喜欢的音乐，或者调整房间的温度和湿度。此外，基于物联网的语音通信技术可以实现智能音响与其他家居设备的互联。这意味着用户可以在家中的任何一个地方使用语音命令来控制整个家庭的环境。例如，他们可以在看电视的同时，通过语音命令调整房间的温度和照明。另一种应用是基于人工智能的语音通信技术，可以实现智能音响的语音识别和自然语言处理功能。用户可以通过自然的语音命令与智能音响进行交互，而无须使用特定的关键词或短语。例如，用户可以直接对智能音响说“播放音乐”或者“调暗灯光”，而不需要事先设定这些命令[8]。

3.4 智能客服中的语音通信技术应用

智能客服是一种利用人工智能技术实现自动化服务的方式。在这种系统中，语音通信技术被广泛应用于实现人与机器人之间的实时交流。通过使用基于人工智能的语音通信技术，智能客服可以实现自动应答和智能问答功能。

在智能客服中，语音通信技术起着至关重要的作用，使得用户可以通过口头指令或语音输入与机器人进行交互，从而快速获得所需的信息或解决问题。这种实时交流的方式大大提升了用户的便利性和满意度。自动应答是智能客服的一项核心功能。当用户发送查询或请求时，机器人会自动识别并理解用户的意图，然后给出相应的回答或解决方案。这种自动化的应答过程可以大大提高客服效率，减少人工干预的需求，同时减少用户等待的时间。除了自动应答，智能客服还可以实现智能问答功能。通过自然语言处理和机器学习等技术，机器人能够理解用户的问题，并在庞大的知识库中搜索相关信息给出准确的答案。这种智能问答的功能可以提供更深入、更精准的帮助，满足用户多样化的需求。

4 结 论

通过对计算机网络中的语音通信技术进行深入研究，发现语音通信技术已成为人们生活中不可或缺的一部分。它能够实现即时、高效的通信，从而提高通信效率，降低通信成本，并提高人们的生活和工作质量。此外，语音通信技术能够将语音信号转化为数字信号，然后通过互联网进行传输，实现语音通信的功能。随着技术的不断发展，语音通信技术将会更加智能化、高效化以及普及化，为人们的生活和工作带来更多的便利。