智能语音

功能介绍

智能语音算法采用本地离线模式，订阅音频数据后送给 BPU 处理，然后发布唤醒、命令词识别、声源定位 DOA 角度信息以及语音 ASR 识别结果等消息。智能语音功能的实现对应于 TogetheROS.Bot 的hobot_audio package，适用于 RDK 配套的环形和线形四麦阵列。

代码仓库： (https://github.com/D-Robotics/hobot_audio.git)

应用场景：智能语音算法能够识别音频中的唤醒词以及自定义的命令词，并将语音内容解读为对应指令或转化为文字，可实现语音控制以及语音翻译等功能，主要应用于智能家居、智能座舱、智能穿戴设备等领域。

语音控制小车运动案例：语音控制小车运动

支持平台

平台	运行方式	示例功能
RDK X3	Ubuntu 20.04 (Foxy), Ubuntu 22.04 (Humble)	启动音频模块算法，并在终端显示结果
RDK X5, RDK X5 Module	Ubuntu 22.04 (Humble)	启动音频模块算法，并在终端显示结果

准备工作

RDK 已烧录好 Ubuntu 系统镜像。
RDK 已成功安装 TogetheROS.Bot。

RDK 已成功安装智能语音算法包，安装命令：

Foxy
Humble

sudo apt update
sudo apt install tros-hobot-audio

sudo apt update
sudo apt install tros-humble-hobot-audio

Humble

sudo apt update
sudo apt install tros-humble-hobot-audio

注意

如果 sudo apt update 命令执行失败或报错，请查看常见问题章节的 Q10: apt update 命令执行失败或报错如何处理？ 解决。

按照以下方法在 RDK 上接好环形或线形四麦音频板。

连接音频板

接口连接

环形麦克风阵列

环形麦克风板为一体化设计，实物如下图：

购买链接如下：

(https://www.waveshare.net/shop/Audio-Driver-HAT.htm)

连接步骤：

将麦克风板连接到 RDK X3 40PIN GPIO 接口上，连接后实物如下图：
接上电源，网线等。

线形麦克风阵列

线形麦克风阵列由音频转接板和线形麦克风板两部分组成，实物图和连接说明如下：

音频转接板:

线形麦克风板：

首先需要将 RDK X3 与音频转接板连接，二者引脚与引脚均应对齐，连接实物图如下：
其次，需要将 RDK X3 与麦克风阵列拾音板连接，转接板 FPC 接口通过 15pin 异面 FFC 线缆接入到麦克风阵列拾音板，线缆金手指应朝下，连接实物图如下：
接上 AEC 的线。
接上电源，网线等。

上电检查

将 RDK 与麦克风阵列接好之后上电，在串口上使用指令 i2cdetect -r -y 0 可以检查设备的接入情况，若成功接好，默认可以在 I2C 上读取到三个地址。如下图：

若没检测到，请重新检查设备的连接。

配置音频板

首次使用音频板需要使用 srpi-config 进行配置，配置方法参考 RDK 用户手册RDK X3 微雪 Audio Drive章节。

首次使用音频板需要使用 srpi-config 进行配置，配置方法参考 RDK 用户手册RDK X5 微雪 Audio Drive章节。

使用介绍

智能语音 hobot_audio package 开始运行之后，会从麦克风阵列采集音频，并且将采集到的音频数据送入语音智能算法 SDK 模块做智能处理，输出唤醒事件、命令词、ASR 结果等智能信息，其中唤醒事件、命令词通过 audio_msg::msg::SmartAudioData 类型消息发布，ASR 结果通过 std_msgs::msg::String 类型消息发布。

具体流程如下图：

智能语音功能支持对原始音频进行降噪之后进行 ASR 识别，默认的唤醒词和命令词定义在智能语音功能代码模块根目录下config/hrsc/cmd_word.json文件，默认为：

{
    "cmd_word": [
        "地瓜你好",
        "向前走",
        "向后退",
        "向左转",
        "向右转",
        "停止运动"
    ]
}

唤醒词以及命令词用户可以根据需要配置，若更改唤醒词效果可能会与默认的唤醒词命令词效果有差异。推荐唤醒词以及命令词使用中文，最好是朗朗上口的词语，且词语长度推荐使用 3~5 个字。

另外，智能语音功能支持输出声源定位的 DOA 角度信息，单位为角度，环形麦克风阵列取值范围：0 度~360 度，线形麦克风阵列取值范围：0 度~180 度。

角度的相对位置关系与麦克风的安装位置强相关，环形麦克风阵列 DOA 角度示意图如下：

线形麦克风阵列 DOA 角度示意图如下：

RDK 板端运行 hobot_audio package：

拷贝配置文件

Foxy
Humble

# 配置tros.b环境
source /opt/tros/setup.bash

# 配置tros.b环境
source /opt/tros/humble/setup.bash

Humble

# 配置tros.b环境
source /opt/tros/humble/setup.bash

# 从tros.b的安装路径中拷贝出运行示例需要的配置文件，若已拷贝则可忽略
cp -r /opt/tros/${TROS_DISTRO}/lib/hobot_audio/config/ .

确认配置文件

配置文件 config/audio_config.json 默认配置如下：
```
{
   "micphone_enable": 1,
   "micphone_name": "hw:0,0",
   "micphone_rate": 16000,
   "micphone_chn": 8,
   "micphone_buffer_time": 0,
   "micphone_nperiods": 4,
   "micphone_period_size": 512,
   "voip_mode": 0,
   "mic_type": 0,
   "asr_mode": 0,
   "asr_channel": 3,
   "save_audio": 0
}
```
需要确认的配置有：麦克风设备号，麦克风阵列类型，以及是否需要发布 ASR 结果。
- 麦克风设备号通过 micphone_name 字段设置，默认为"hw:0,0"，表示音频设备 Card0 Device0，设备号可通过命令 ls /dev/snd 查看如："pcmC0D1c"；最后字母 c 表示 capture 设备，C0 表示 Card0，D1 表示 Device1，修改参数为"hw:0,1"。
- 麦克风阵列类型通过 mic_type 字段设置，默认值为 0 ，表示环形麦克风阵列。如果使用线形麦克风阵列，需要修改该字段为 1 。
- ASR 输出通过 asr_mode 字段设置，默认值为 0 ，表示不输出 ASR 结果。若要开启 ASR 结果输出，需要将该字段改为 1 或 2 ，其中 1 表示唤醒后进行一次 ASR 识别并发布结果， 2 表示一直进行 ASR 识别并发布结果。
配置 tros.b 环境和启动应用

Foxy
Humble

# 配置tros.b环境
source /opt/tros/setup.bash

# 屏蔽调式打印信息
export GLOG_minloglevel=3

#启动launch文件
ros2 launch hobot_audio hobot_audio.launch.py

# 配置tros.b环境
source /opt/tros/humble/setup.bash

# 屏蔽调式打印信息
export GLOG_minloglevel=3

#启动launch文件
ros2 launch hobot_audio hobot_audio.launch.py

Humble

# 配置tros.b环境
source /opt/tros/humble/setup.bash

# 屏蔽调式打印信息
export GLOG_minloglevel=3

#启动launch文件
ros2 launch hobot_audio hobot_audio.launch.py

结果分析

在旭日 X3 板端运行终端输出如下信息：

alsa_device_init, snd_pcm_open. handle((nil)), name(hw:0,0), direct(1), mode(0)
snd_pcm_open succeed. name(hw:0,0), handle(0x557d6e4d00)
Rate set to 16000Hz (requested 16000Hz)
Buffer size range from 16 to 20480
Period size range from 16 to 10240
Requested period size 512 frames
Periods = 4
was set period_size = 512
was set buffer_size = 2048
alsa_device_init. hwparams(0x557d6e4fa0), swparams(0x557d6e5210)

以上 log 显示，音频设备初始化成功，并且打开了音频设备，可正常采集音频。

当人依次在麦克风旁边说出“地瓜你好”、“向前走”、“向左转”、“向右转”、“向后退”命令词，语音算法 sdk 经过智能处理后输出识别结果，log 显示如下：

recv hrsc sdk event wakeup success, wkp count is 1
[WARN] [1657869437.600230208] [hobot_audio]: recv event:0
recv hrsc sdk doa data: 100
recv hrsc sdk command data: 向前走
[WARN] [1657869443.870029101] [hobot_audio]: recv cmd word:向前走
recv hrsc sdk doa data: 110
recv hrsc sdk command data: 向左转
[WARN] [1657869447.623147766] [hobot_audio]: recv cmd word:向左转
recv hrsc sdk doa data: 100
recv hrsc sdk command data: 向右转
[WARN] [1657869449.865822772] [hobot_audio]: recv cmd word:向右转
recv hrsc sdk doa data: 110
recv hrsc sdk command data: 向后退
[WARN] [1657869452.313969277] [hobot_audio]: recv cmd word:向后退

log 显示，识别到语音命令词“向前走”、“向左转”、“向右转”、“向后退”，并且输出 DOA 的角度信息，如 “recv hrsc sdk doa data: 110” 字段表示 DOA 角度为 110 度。

hobot_audio 默认发布的智能语音消息话题名为：/audio_smart, 在另一个终端执行使用 ros2 topic list 命令可以查询到此 topic 信息：

$ ros2 topic list
/audio_smart

若开启 ASR 输出，发布消息话题为：/audio_asr， ros2 topic list 结果为：

$ ros2 topic list
/audio_smart
/audio_asr

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