关于node.js:volute-树莓派Nodejs造一个有灵魂的语音助手

volute 是什么?

volute(蜗壳)是一个应用 Raspberry Pi+Node.js 制作的语音助手.

什么是树莓派?

树莓派（英语：Raspberry Pi）是基于 Linux 的单片机电脑，由英国树莓派基金会开发，目标是以高价硬件及自由软件促成学校的根本计算机科学教育。

树莓派每一代均应用博通（Broadcom）出产的 ARM 架构处理器，现在生产的机型内存在 2GB 和 8GB 之间，次要应用 SD 卡或者 TF 卡作为存储媒体，装备 USB 接口、HDMI 的视频输入（反对声音输入）和 RCA 端子输入，内置 Ethernet/WLAN/Bluetooth 网络链接的形式（根据型号决定），并且可应用多种操作系统。产品线型号分为 A 型、B 型、Zero 型和 ComputeModule 计算卡。

简略的说,这是一台能够放到口袋里的电脑!!

什么是 Node.js?

Node.js 是一个能执行 Javascript 的环境,一个事件驱动 I/O 的 Javascript 环境,基于 Google 的 V8 引擎.

什么是人机对话零碎 ?

人机对话（Human-Machine Conversation）是指让机器了解和使用自然语言实现人机通信的技术。

对话零碎大抵可分为 5 个根本模块：语音辨认（ASR）、天然语音了解（NLU）、对话治理（DM）、自然语言生成（NLG）、语音合成（TTS）。

语音辨认（ASR）:实现语音到文本的转换，将用户谈话的声音转化为语音。
自然语言了解（NLU）:实现对文本的语义解析，提取要害信息，进行用意辨认与实体辨认。
对话治理（DM）:负责对话状态保护、数据库查问、上下文治理等。
自然语言生成（NLG）:生成相应的自然语言文本。
语音合成（TTS）:将生成的文本转换为语音。

资料筹备

树莓派 4B 主板
树莓派 5V3A TYPE C 接口
微型 USB 麦克风
迷你音箱
16G TF 卡
川宇读卡器
杜邦线,外壳,散热片...

树莓派零碎装置及根底配置

新的树莓派不像你买的 Macbook Pro 一样开机就能用 ????,想要顺利体验树莓派,还得一步一步来~

烧录操作系统

树莓派没有硬盘构造,仅有一个 micro SD 卡插槽用于存储,因而要把操作系统装到 micro SD 卡中。

树莓派反对许多操作系统,这里抉择的是官网举荐的 Raspbian，这是一款基于 Debian Linux 的树莓派专用零碎，实用于树莓派所有的型号。

装置零碎我用的是 Raspberry Pi Imager 工具为树莓派烧录零碎镜像。

根底配置

要对树莓派进行配置,首先要启动零碎(咱们装置的是零碎镜像,可免装置间接进入),而后将树莓派连贯显示器即可看到零碎桌面,我这里应用的是另一种办法:

应用 IP Scanner 工具扫描出 Raspberry Pi 的 IP

扫描出 IP 后应用 VNC Viewer 工具连贯进零碎

也能够间接 ssh 连贯,而后通过 raspi-config 命令进行配置

配置网络/分辨率/语言/输入输出音频等参数

volute 实现思路

任务调度服务

const fs = require("fs");const path = require("path");const Speaker = require("speaker");const { record } = require("node-record-lpcm16");const XunFeiIAT = require("./services/xunfeiiat.service");const XunFeiTTS = require("./services/xunfeitts.service");const initSnowboy = require("./services/snowboy.service");const TulingBotService = require("./services/tulingbot.service");// 任务调度服务const taskScheduling = {  // 麦克风  mic: null,  speaker: null,  detector: null,  // 音频输出流  inputStream: null,  // 音頻輸出流  outputStream: null,  init() {    // 初始化snowboy    this.detector = initSnowboy({      record: this.recordSound.bind(this),      stopRecord: this.stopRecord.bind(this),    });    // 管道流,将麦克风接管到的流传递给snowboy    this.mic.pipe(this.detector);  },  start() {    // 监听麦克风输出流    this.mic = record({      sampleRate: 16000, // 采样率      threshold: 0.5,      verbose: true,      recordProgram: "arecord",    }).stream();    this.init();  },  // 记录音频输出  recordSound() {    // 每次记录前,先进行上次未播放实现的输入流    this.stopSpeak();    console.log("start record");    // 创立可写流    this.inputStream = fs.createWriteStream(      path.resolve(__dirname, "./assets/input.wav"),      {        encoding: "binary",      }    );    // 管道流,将麦克风承受到的输出流 传递给 创立的可写流    this.mic.pipe(this.inputStream);  },  // 进行音频输出  stopRecord() {    if (this.inputStream) {      console.log("stop record");      // 解绑this.mac绑定的管道流      this.mic.unpipe(this.inputStream);      this.mic.unpipe(this.detector);      process.nextTick(() => {        // 销毁输出流        this.inputStream.destroy();        this.inputStream = null;        // 从新初始化        this.init();        // 调用语音听写服务        this.speech2Text();      });    }  },  // speech to text  speech2Text() {    // 实例化 语音听写服务    const iatService = new XunFeiIAT({      onReply: (msg) => {        console.log("msg", msg);        // 回调,调用聊天性能        this.onChat(msg);      },    });    iatService.init();  },  // 聊天->图灵机器人  onChat(text) {    // 实例化聊天机器人    TulingBotService.start(text).then((res) => {      console.log(res);      // 接管到聊天音讯,调用语音合成服务      this.text2Speech(res);    });  },  // text to speech  text2Speech(text) {    // 实例化 语音合成服务    const ttsService = new XunFeiTTS({      text,      onDone: () => {        console.log("onDone");        this.onSpeak();      },    });    ttsService.init();  },  // 播放,音频输入  onSpeak() {    // 实例化speaker,用于播放语音    this.speaker = new Speaker({      channels: 1,      bitDepth: 16,      sampleRate: 16000,    });    // 创立可读流    this.outputStream = fs.createReadStream(      path.resolve(__dirname, "./assets/output.wav")    );    // this is just to activate the speaker, 2s delay    this.speaker.write(Buffer.alloc(32000, 10));    // 管道流,将输入流传递给speaker进行播放    this.outputStream.pipe(this.speaker);    this.outputStream.on("end", () => {      this.outputStream = null;      this.speaker = null;    });  },  // 进行播放  stopSpeak() {    this.outputStream && this.outputStream.unpipe(this.speaker);  },};taskScheduling.start();

热词唤醒 Snowboy

语音助手须要像市面上的设施一样，须要唤醒。如果没有唤醒步骤，始终做监听的话，对存储资源和网络连接的需要是十分大的。

Snowboy 是一款高度可定制的唤醒词检测引擎(Hotwords Detection Library)，能够用于实时嵌入式零碎，通过训练热词之后，能够离线运行，并且功耗很低。以后，它能够运行在 Raspberry Pi、（Ubuntu）Linux 和 Mac OS X 零碎上。

const path = require("path");const snowboy = require("snowboy");const models = new snowboy.Models();// 增加训练模型models.add({  file: path.resolve(__dirname, "../configs/volute.pmdl"),  sensitivity: "0.5",  hotwords: "volute",});// 初始化 Detector 对象const detector = new snowboy.Detector({  resource: path.resolve(__dirname, "../configs/common.res"),  models: models,  audioGain: 1.0,  applyFrontend: false,});/** * 初始化 initSnowboy * 实现思路: * 1. 监听到热词,进行唤醒,开始录音 * 2. 录音期间,有声音时,重置silenceCount参数 * 3. 录音期间,未承受到声音时,对silenceCount进行累加,当累加值大于3时,进行录音 */function initSnowboy({ record, stopRecord }) {  const MAX_SILENCE_COUNT = 3;  let silenceCount = 0,    speaking = false;  /**   * silence事件回调,没声音时触发   */  const onSilence = () => {    console.log("silence");    if (speaking && ++silenceCount > MAX_SILENCE_COUNT) {      speaking = false;      stopRecord && stopRecord();      detector.off("silence", onSilence);      detector.off("sound", onSound);      detector.off("hotword", onHotword);    }  };  /**   * sound事件回调,有声音时触发   */  const onSound = () => {    console.log("sound");    if (speaking) {      silenceCount = 0;    }  };  /**   * hotword事件回调,监听到热词时触发   */  const onHotword = (index, hotword, buffer) => {    if (!speaking) {      silenceCount = 0;      speaking = true;      record && record();    }  };  detector.on("silence", onSilence);  detector.on("sound", onSound);  detector.on("hotword", onHotword);  return detector;}module.exports = initSnowboy;

语音听写科大讯飞 API

语音转文字应用的是讯飞开放平台的语音听写服务.它能够将短音频（≤60 秒）精准辨认成文字，除中文普通话和英文外，反对 25 种方言和 12 个语种，实时返回后果，达到边说边返回的成果。

require("dotenv").config();const fs = require("fs");const WebSocket = require("ws");const { resolve } = require("path");const { createAuthParams } = require("../utils/auth");class XunFeiIAT {  constructor({ onReply }) {    super();    // websocket 连贯    this.ws = null;    // 返回后果,解析后的音讯文字    this.message = "";    this.onReply = onReply;    // 须要进行转换的输出流 语音文件    this.inputFile = resolve(__dirname, "../assets/input.wav");    // 接口 入参    this.params = {      host: "iat-api.xfyun.cn",      path: "/v2/iat",      apiKey: process.env.XUNFEI_API_KEY,      secret: process.env.XUNFEI_SECRET,    };  }  // 生成websocket连贯  generateWsUrl() {    const { host, path } = this.params;    // 接口鉴权,参数加密    const params = createAuthParams(this.params);    return `ws://${host}${path}?${params}`;  }  // 初始化  init() {    const reqUrl = this.generateWsUrl();    this.ws = new WebSocket(reqUrl);    this.initWsEvent();  }  // 初始化websocket事件  initWsEvent() {    this.ws.on("open", this.onOpen.bind(this));    this.ws.on("error", this.onError);    this.ws.on("close", this.onClose);    this.ws.on("message", this.onMessage.bind(this));  }  /**   *  websocket open事件,触发示意已胜利建设连贯   */  onOpen() {    console.log("open");    this.onPush(this.inputFile);  }  onPush(file) {    this.pushAudioFile(file);  }  // websocket 音讯接管 回调  onMessage(data) {    const payload = JSON.parse(data);    if (payload.data && payload.data.result) {      // 拼接音讯后果      this.message += payload.data.result.ws.reduce(        (acc, item) => acc + item.cw.map((cw) => cw.w),        ""      );      // status 2示意完结      if (payload.data.status === 2) {        this.onReply(this.message);      }    }  }  // websocket 敞开事件  onClose() {    console.log("close");  }  // websocket 谬误事件  onError(error) {    console.log(error);  }  /**   * 解析语音文件,将语音以二进制流的模式传送给后端   */  pushAudioFile(audioFile) {    this.message = "";    // 发送须要的载体参数    const audioPayload = (statusCode, audioBase64) => ({      common:        statusCode === 0          ? {              app_id: "5f6cab72",            }          : undefined,      business:        statusCode === 0          ? {              language: "zh_cn",              domain: "iat",              ptt: 0,            }          : undefined,      data: {        status: statusCode,        format: "audio/L16;rate=16000",        encoding: "raw",        audio: audioBase64,      },    });    const chunkSize = 9000;    // 创立buffer,用于存储二进制数据    const buffer = Buffer.alloc(chunkSize);    // 关上语音文件    fs.open(audioFile, "r", (err, fd) => {      if (err) {        throw err;      }      let i = 0;      // 以二进制流的模式递归发送      function readNextChunk() {        fs.read(fd, buffer, 0, chunkSize, null, (errr, nread) => {          if (errr) {            throw errr;          }          // nread示意文件流已读完,发送传输完结标识(status=2)          if (nread === 0) {            this.ws.send(              JSON.stringify({                data: { status: 2 },              })            );            return fs.close(fd, (err) => {              if (err) {                throw err;              }            });          }          let data;          if (nread < chunkSize) {            data = buffer.slice(0, nread);          } else {            data = buffer;          }          const audioBase64 = data.toString("base64");          const payload = audioPayload(i >= 1 ? 1 : 0, audioBase64);          this.ws.send(JSON.stringify(payload));          i++;          readNextChunk.call(this);        });      }      readNextChunk.call(this);    });  }}module.exports = XunFeiIAT;

聊天机器人图灵机器人 API

图灵机器人 API V2.0 是基于图灵机器人平台语义了解、深度学习等核心技术，为宽广开发者和企业提供的在线服务和开发接口。

目前 API 接口可调用聊天对话、语料库、技能三大模块的语料：

聊天对话是指平台收费提供的近 10 亿条私有对话语料，满足用户对话娱乐需要；

语料库是指用户在平台上传的公有语料，仅供集体查看应用，帮忙用户最便捷的搭建业余畛域次的语料。

技能服务是指平台打包的 26 种实用服务技能。涵盖生存、出行、购物等多个畛域，一站式满足用户需要。

require("dotenv").config();const axios = require("axios");// 太简略了..懒得解释 ????const TulingBotService = {  requestUrl: "http://openapi.tuling123.com/openapi/api/v2",  start(text) {    return new Promise((resolve) => {      axios        .post(this.requestUrl, {          reqType: 0,          perception: {            inputText: {              text,            },          },          userInfo: {            apiKey: process.env.TULING_BOT_API_KEY,            userId: process.env.TULING_BOT_USER_ID,          },        })        .then((res) => {          // console.log(JSON.stringify(res.data, null, 2));          resolve(res.data.results[0].values.text);        });    });  },};module.exports = TulingBotService;

语音合成科大讯飞 API

语音合成流式接口将文字信息转化为声音信息，同时提供了泛滥极具特色的发音人（音库）供您抉择。

该语音能力是通过 Websocket API 的形式给开发者提供一个通用的接口。Websocket API 具备流式传输能力，实用于须要流式数据传输的 AI 服务场景。相较于 SDK，API 具备轻量、跨语言的特点；相较于 HTTP API，Websocket API 协定有原生反对跨域的劣势。

require("dotenv").config();const fs = require("fs");const WebSocket = require("ws");const { resolve } = require("path");const { createAuthParams } = require("../utils/auth");class XunFeiTTS {  constructor({ text, onDone }) {    super();    this.ws = null;    // 要转换的文字    this.text = text;    this.onDone = onDone;    // 转换后的语音文件    this.outputFile = resolve(__dirname, "../assets/output.wav");    // 接口入参    this.params = {      host: "tts-api.xfyun.cn",      path: "/v2/tts",      appid: process.env.XUNFEI_APP_ID,      apiKey: process.env.XUNFEI_API_KEY,      secret: process.env.XUNFEI_SECRET,    };  }  // 生成websocket连贯  generateWsUrl() {    const { host, path } = this.params;    const params = createAuthParams(this.params);    return `ws://${host}${path}?${params}`;  }  // 初始化  init() {    const reqUrl = this.generateWsUrl();    console.log(reqUrl);    this.ws = new WebSocket(reqUrl);    this.initWsEvent();  }  // 初始化websocket事件  initWsEvent() {    this.ws.on("open", this.onOpen.bind(this));    this.ws.on("error", this.onError);    this.ws.on("close", this.onClose);    this.ws.on("message", this.onMessage.bind(this));  }  /**   *  websocket open事件,触发示意已胜利建设连贯   */  onOpen() {    console.log("open");    this.onSend();    if (fs.existsSync(this.outputFile)) {      fs.unlinkSync(this.outputFile);    }  }  // 发送要转换的参数信息  onSend() {    const frame = {      // 填充common      common: {        app_id: this.params.appid,      },      // 填充business      business: {        aue: "raw",        auf: "audio/L16;rate=16000",        vcn: "xiaoyan",        tte: "UTF8",      },      // 填充data      data: {        text: Buffer.from(this.text).toString("base64"),        status: 2,      },    };    this.ws.send(JSON.stringify(frame));  }  // 保留转换后的语音后果  onSave(data) {    fs.writeFileSync(this.outputFile, data, { flag: "a" });  }  // websocket 音讯接管 回调  onMessage(data, err) {    if (err) return;    const res = JSON.parse(data);    if (res.code !== 0) {      this.ws.close();      return;    }    // 接管音讯后果并进行保留    const audio = res.data.audio;    const audioBuf = Buffer.from(audio, "base64");    this.onSave(audioBuf);    if (res.code == 0 && res.data.status == 2) {      this.ws.close();      this.onDone();    }  }  onClose() {    console.log("close");  }  onError(error) {    console.log(error);  }}module.exports = XunFeiTTS;

成果演示

语雀-文章最底部可看成果

源码地址

Github 源码地址如果有帮忙到你,留个star呗～