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ROS学习笔记17： ROS语音交互功能

ROS语音交互功能

一、科大讯飞开放平台sdk下载

到科大讯飞开放平台下载语音交互的功能包
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

二、语音转文字操作

1.编译SDK例程

  在

samples/iat_online_record_sample

文件夹下执行编译命令编译

source 64bit_make.sh

，如果出现以下报错：

linuxrec.c:12:28: fatal error: alsa/asoundlib.h: No such file or directory
 #include<alsa/asoundlib.h>^
compilation terminated.
Makefile:28: recipe for target 'linuxrec.o' failed
make:***[linuxrec.o] Error 1

则执行如下命令安装：

sudo apt-get install libasound2-dev

，再次进行编译会出现如下警告，不必理会。

gcc -c -g -Wall -I../../include linuxrec.c -o linuxrec.o
linuxrec.c:529:12: warning: ‘list_pcm’ defined but not used [-Wunused-function]staticintlist_pcm(snd_pcm_stream_t stream,char**name_out,^
gcc -c -g -Wall -I../../include speech_recognizer.c -o speech_recognizer.o
gcc -c -g -Wall -I../../include iat_online_record_sample.c -o iat_online_record_sample.o
gcc -g -Wall -I../../include linuxrec.o speech_recognizer.o iat_online_record_sample.o -o ../../bin/iat_online_record_sample -L../../libs/x64 -lmsc -lrt -ldl -lpthread -lasound -lstdc++

2.运行语音转文字例程

  在bin文件夹下会生成一个

iat_online_record_sample

，我们运行

./iat_online_record_sample

看看这个例程。

运行例程时会报错如下：

./iat_online_record_sample: error while loading shared libraries: libmsc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

解决方法是把

libmsc.so

文件复制到

usr/lib

文件夹下：

sudo cp libs/x64/libmsc.so /usr/lib/

sudo ldconfig

  复制完后重新运行

./iat_online_record_sample

会有两步配置，第一是是否上传用户自定义的字符库，这里选择no，第二个选项是选择语音从哪里来，我们选择从麦克风来。然后就可以对这麦克风说话，这里会自动将语音转换成文字。
在这里插入图片描述

三、文字转语音操作

  到

samples/tts_online_sample

文件夹下执行编译命令

source 64bit_make.sh

，然后到

bin/

文件夹下执行

./tts_online_sample

。
在这里插入图片描述
  运行之后按任意键退出，在

bin/

文件夹下生成一个

tts_sample.wav

，可以双击运行播放。如果想要运行上述指令后自动播放wav文件，则需要修改源码，找到 

samples/tts_online_sample/tts_online_sample.c

文件，在第174行（

printf("合成完毕\n");

这句后面）添加如下代码，就可以在合成之后自动播放合成的文件。

popen("play tts_sample.wav","r");

添加完后要重新编译：

source 64bit_make.sh

，然后到

bin/

下执行

./tts_online_sample

。
在这里插入图片描述

四、ROS语音输入功能

1.任务介绍

  利用科大讯飞开放平台来实现ROS的语音输入功能。任务流程图如下，在终端中，通过

/voiceWakeup

话题发布一个唤醒词，开启语音转文字的功能。随后通过修改

iat_publish.cpp

实现语音转文字的功能，转化出来的文字送入到

/voiceWords

话题中发布出来。
在这里插入图片描述

2.创建工作空间

  首先建立一个ROS工作空间

ws/src

，在

ws/

目录下执行

catkin_make

编译工作空间。在工作空间内建立一个

robot_voice

的功能包，添加依赖为

roscpp std_msgs

。
  然后将科大讯飞开放平台下载的sdk包中

include/*.h

文件夹中的所有.h文件（共6个）复制到

ws/src/robot_voice/include/robot_voice/

中，如下：
在这里插入图片描述
  将sdk中/samples/iat_online_record_sample/*.h文件夹中所有的

.h

文件（共3个）也复制到

ws/src/robot_voice/include/robot_voice/

中，如下：
在这里插入图片描述

  将sdk中/samples/iat_online_record_sample/*.c文件夹中所有的

.c

文件（共3个）复制到

ws/src/robot_voice/src/

中，并将

iat_online_record_sample.c

改名为

iat_publish.cpp

，如下：

在这里插入图片描述

3.修改cpp功能文件

  接下来我们修改

iat_publish.cpp

文件以实现语音转文字的功能。首先是修改头文件，将下面四个头文件进行修改。
在这里插入图片描述

#include"robot_voice/qisr.h"#include"robot_voice/msp_cmn.h"#include"robot_voice/msp_errors.h"#include"robot_voice/speech_recognizer.h"

  同样，在

linuxrec.c

和

speech_recognizer.c

当中我们也需要修改头文件（加上robot_voice/即可）。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
  继续回到

iat_publish.cpp

文件中，为其添加ROS的头文件，并定义两个标志，一个是唤醒标志，一个是转换标志：

#include"ros/ros.h"#include"std_msgs/String.h"int wakeupFlag   =0;int resultFlag   =0;

在这里插入图片描述

在show_result函数中添加一行标志位：

resultFlag=1;

在这里插入图片描述

在main函数中的开头添加ROS初始化节点的程序，这里会有Wakep函数的报错，这是一个唤醒的回调函数，我们还没有编写，别急，马上就到。
在这里插入图片描述

// 初始化ROS
    ros::init(argc, argv,"voiceRecognition");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Rate loop_rate(10);// 声明Publisher和Subscriber// 订阅唤醒语音识别的信号
    ros::Subscriber wakeUpSub = n.subscribe("voiceWakeup",1000, WakeUp);// 订阅唤醒语音识别的信号    
    ros::Publisher voiceWordsPub = n.advertise<std_msgs::String>("voiceWords",1000);ROS_INFO("Sleeping...");int count=0;

在主函数中继续往下找，找到下面的这几行删掉，我们重新编写唤醒代码和语音转文字代码。
在这里插入图片描述
删除后的位置添加如下代码：

while(ros::ok()){// 语音识别唤醒     if(wakeupFlag){printf("Demo recognizing the speech from microphone\n");printf("Speak in 8 seconds\n");demo_mic(session_begin_params);printf("8 sec passed\n");
            wakeupFlag=0;}// 语音识别完成if(resultFlag){
            resultFlag=0;
            std_msgs::String msg;
            msg.data = g_result;
            voiceWordsPub.publish(msg);}
        ros::spinOnce();
        loop_rate.sleep();
        count++;}

最后在main函数之前添加一个唤醒

WakeUp()

代码：

voidWakeUp(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){printf("waking up\r\n");usleep(700*1000);
    wakeupFlag=1;}

至此语音转文字的代码修改就完成了，可以实现15s的语音转文字，如果需要修改15s为其他，例如8s，需要修改三处（主要是一处，另外两处只是可视化）：
在主函数刚刚写的while循环中修改两处：

printf("Demo recognizing the speech from microphone\n");printf("Speak in 8 seconds\n");demo_mic(session_begin_params);printf("8 sec passed\n");

在

demo_mic()

函数中修改一处：

/* demo 8 seconds recording */while(i++<8)sleep(1);

4.配置CMakeLists.txt文件

接下来是配置CMakeLists.txt文件：
第5行注释打开。

add_compile_options(-std=c++11)

第117行include头文件路径注释打开

include_directories(
 include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS})

第135行添加可执行文件：

add_executable(iat_publish src/iat_publish.cpp src/speech_recognizer.c src/linuxrec.c)

第148行添加编译链接库

target_link_libraries(iat_publish
  ${catkin_LIBRARIES}
  libmsc.so -ldl -lpthread -lm -lrt -lasound
)

5.运行语音转文字

至此配置完成，可以编译并运行功能包：

rosrun robot_voice iat_publish

出现如下说明需要唤醒词进行唤醒，然后方可用麦克风输入语音。

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~/Downloads/ws$ rosrun robot_voice iat_publish 
[ INFO][1655621110.627786267]: Sleeping...

我们重新开启一个终端，查看当前话题

rostopic list

。

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~$ rostopic list
/rosout
/rosout_agg
/voiceWakeup
/voiceWords

可以看到有一个

/voiceWakeup

话题，输入任意字符，运行这个话题即可。

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~$ rostopic pub /voiceWakeup std_msgs/String "data: 'input any words'" 
publishing and latching message. Press ctrl-C to terminate

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~/Downloads/ws$ rosrun robot_voice iat_publish 
[ INFO][1655621110.627786267]: Sleeping...
waking up
Demo recognizing the speech from microphone
Speak in 8 seconds
Start Listening...
Result:[ 你好啊，这是一个测试案例。 ]

搞定！

五、ROS文字转语音输出功能

1.任务介绍

  利用科大讯飞开放平台来实现ROS的语音输出功能。任务流程图如下，在终端中，通过终端往

/voiceWords

话题发布一个字符串，开启文字转语音的功能。随后通过修改

tts_subscribe.cpp

实现文字转语音的功能，转化出来的语音进行实时播报。
在这里插入图片描述

2.创建工作空间

  工作空间仍采用上一小节建立好的工作空间，在此基础上进行添加相关功能。将科大讯飞的sdk中

/samples/tts_online_sample/

文件夹下的

tts_online_sample.c

文件复制到

ws/src/robot_voice/src/

中，并改名字为

tts_subscribe.cpp

。

3.修改tts_subscribe.cpp

首先还是头文件的修改：
在这里插入图片描述

#include"robot_voice/qtts.h"#include"robot_voice/msp_cmn.h"#include"robot_voice/msp_errors.h"#include"ros/ros.h"#include"std_msgs/String.h"```
接下来是主函数main的修改，我们首先删除以下语音合成的代码：
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c6196954c0194089ad00e240ad8209ca.png#pic_center)
在删除的位置添加如下代码，包含ROS节点初始化，以及订阅文字话题进行文字转语音的回调函数。
```cpp
    ros::init(argc,argv,"TextToSpeech");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Subscriber sub =n.subscribe("voiceWords",1000, voiceWordsCallback);
    ros::spin();

文字转语音的回调函数如下：

voidvoiceWordsCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){char cmd[2000];constchar* text;int         ret                  = MSP_SUCCESS;constchar* session_begin_params ="voice_name = xiaoyan, text_encoding = utf8, sample_rate = 16000, speed = 50, volume = 50, pitch = 50, rdn = 2";constchar* filename             ="tts_sample.wav";//合成的语音文件名称

    std::cout<<"I heard :"<<msg->data.c_str()<<std::endl;
    text = msg->data.c_str();/* 文本合成 */printf("开始合成 ...\n");
    ret =text_to_speech(text, filename, session_begin_params);if(MSP_SUCCESS != ret){printf("text_to_speech failed, error code: %d.\n", ret);}printf("合成完毕\n");popen("play tts_sample.wav","r");sleep(1);}

将主函数中这三行没用注释掉：
在这里插入图片描述
修复一个错误，将用户登陆中的goto exit删除，改为调用toExit()函数。

在这里插入图片描述

voidtoExit(){printf("按任意键退出 ...\n");getchar();MSPLogout();//退出登录}

4.配置CMakeLists.txt文件

下面进行配置文件，仍在上一节的

CMakeLists.txt

基础上添加下面两行。

add_executable(tts_subscribe src/tts_subscribe.cpp)target_link_libraries(tts_subscribe
  ${catkin_LIBRARIES}
  libmsc.so -ldl -pthread 
)

rosrun robot_voice tts_subscribe

在这里插入图片描述
  等待输入字符串进行文字转语音，运行rostopic list查看话题，然后往

/voiceWords

中发布一条字符串：

这是一个测试案例

。可以发现扬声器开始播报。

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~$ rostopic list
/rosout
/rosout_agg
/voiceWords(base) chen@chen-GL62M-7RD:~$ rostopic pub /voiceWords std_msgs/String "data: ' 这是一个测试案例'"

###########################################################################
## 语音合成（Text To Speech，TTS）技术能够自动将任意文字实时转换为连续的 ##
## 自然语音，是一种能够在任何时间、任何地点，向任何人提供语音信息服务的  ##
## 高效便捷手段，非常符合信息时代海量数据、动态更新和个性化查询的需求。  ##
###########################################################################

I heard :这是一个测试案例
开始合成 ...
正在合成 ...>>
合成完毕

tts_sample.wav:

 File Size:48.0k     Bit Rate:256k
  Encoding: Signed PCM    
  Channels:1 @ 16-bit   
Samplerate:16000Hz      
Replaygain: off         
  Duration:00:00:01.50  

In:100%00:00:01.50[00:00:00.00] Out:24.0k [|] Hd:5.0 Clip:0

搞定！

六、ROS同时实现语音输入和文字转语音输出

1.任务介绍

  利用科大讯飞开放平台来实现ROS同时输入输出语音功能。任务流程图如下，其实就是将第四和第五两节的内容融合起来。首先在终端中，往

/voiceWakeup

话题发布唤醒词，开启语音转文字功能。接着开启文字转语音功能从

/voiceWords

话题中获取文字转化成语音播放出来。
在这里插入图片描述

2.建立launch启动文件

我们建立一个launch启动文件，将前面两节的功能包包含进来即可，repeat_voice.launch内容如下：

<launch><nodename="iat_publish"pkg="robot_voice"type="iat_publish"output="screen"/><nodename="tts_subscribe"pkg="robot_voice"type="tts_subscribe"output="screen"/></launch>

运行

roslaunch robot_voice repeat_voice.launch

发布唤醒词：

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~$ rostopic pub /voiceWakeup std_msgs/String "data: 'any words'"

语音转文字and文字转语音：

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~/Downloads/ws$ roslaunch robot_voice repeat_voice.launch 
... logging to /home/chen/.ros/log/098c4190-efa1-11ec-a3dc-07c3dc4289df/roslaunch-chen-GL62M-7RD-221609.log
Checking log directory for disk usage. This may take a while.
Press Ctrl-C to interrupt
Done checking log file disk usage. Usage is <1GB.

started roslaunch server http://chen-GL62M-7RD:45243/

SUMMARY
========

PARAMETERS
 */rosdistro: noetic
 */rosversion:1.15.11

NODES
  /iat_publish(robot_voice/iat_publish)tts_subscribe(robot_voice/tts_subscribe)

ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311

process[iat_publish-1]: started with pid [221642]
process[tts_subscribe-2]: started with pid [221643]

###########################################################################
## 语音合成（Text To Speech，TTS）技术能够自动将任意文字实时转换为连续的 ##
## 自然语音，是一种能够在任何时间、任何地点，向任何人提供语音信息服务的  ##
## 高效便捷手段，非常符合信息时代海量数据、动态更新和个性化查询的需求。  ##
###########################################################################

[ INFO][1655624055.542878974]: Sleeping...
waking up
Demo recognizing the speech from microphone
Speak in 8 seconds
Start Listening...
Result:[ 你好啊，这是一个测试案例。 ]

Speaking done 
Not started or already stopped.8 sec passed
I heard :你好啊，这是一个测试案例。
开始合成 ...
正在合成 ...>>>
合成完毕

tts_sample.wav:

 File Size:84.5k     Bit Rate:256k
  Encoding: Signed PCM    
  Channels:1 @ 16-bit   
Samplerate:16000Hz      
Replaygain: off         
  Duration:00:00:02.64  

In:100%00:00:02.64[00:00:00.00] Out:42.2k [===|===]        Clip:0    
Done.

七、ROS实现语音交互功能

1.任务介绍

  语音交互功能是前面案例的综合，通过唤醒词启动交互功能，语音输入一段音频后，根据输入的音频取执行响应的动作，例如返回另一端音频，或者发布一个指定的话题等等。
在这里插入图片描述

2.修改CPP文件

  复制tts_subscribe.cpp文件并更名为voice_assistant.cpp。主要添加一个函数，修改一个函数。
添加

to_string()

函数。

std::string to_string(int val){char buf[20];sprintf(buf,"%d", val);return std::string(buf);}

修改

voiceWordsCallback()

函数。

voidvoiceWordsCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){char cmd[2000];constchar* text;int         ret                  = MSP_SUCCESS;constchar* session_begin_params ="voice_name = xiaoyan, text_encoding = utf8, sample_rate = 16000, speed = 50, volume = 50, pitch = 50, rdn = 2";constchar* filename             ="tts_sample.wav";//合成的语音文件名称

    std::cout<<"I heard :"<<msg->data.c_str()<<std::endl;

    std::string dataString = msg->data;if(dataString.find("你是谁")!= std::string::npos 
    || dataString.find("名字")!= std::string::npos){char nameString[100]="我是你的语音小助手，你可以叫我小R";
        text = nameString;
        std::cout<<text<<std::endl;}elseif(dataString.find("你几岁了")!= std::string::npos 
         || dataString.find("年龄")!= std::string::npos){char eageString[100]="我已经四岁了，不再是两三岁的小孩子了";
        text = eageString;
        std::cout<<text<<std::endl;}elseif(dataString.find("你可以做什么")!= std::string::npos 
         || dataString.find("干什么")!= std::string::npos){char helpString[100]="你可以问我现在时间";
        text = helpString;
        std::cout<<text<<std::endl;}elseif(dataString.find("时间")!= std::string::npos){//获取当前时间structtm*ptm;long ts; 

        ts =time(NULL); 
        ptm =localtime(&ts); 
        std::string string ="现在时间"+to_string(ptm-> tm_hour)+"点"+to_string(ptm-> tm_min)+"分";char timeString[40]={0};
        string.copy(timeString,sizeof(string),0);
        text = timeString;
        std::cout<<text<<std::endl;}else{
        text = msg->data.c_str();}/* 文本合成 */printf("开始合成 ...\n");
    ret =text_to_speech(text, filename, session_begin_params);if(MSP_SUCCESS != ret){printf("text_to_speech failed, error code: %d.\n", ret);}printf("合成完毕\n");popen("play tts_sample.wav","r");sleep(1);}

3.修改配置文件

在原有的基础上添加如下两行：

add_executable(voice_assistant src/voice_assistant.cpp)target_link_libraries(
   voice_assistant
   ${catkin_LIBRARIES} 
   libmsc.so -ldl -pthread
)

4.创建launch启动文件

voice_assistant.launch

启动文件内容如下：

<launch><nodename="iat_publish"pkg="robot_voice"type="iat_publish"output="screen"/><nodename="voice_assistant"pkg="robot_voice"type="voice_assistant"output="screen"/></launch>

启动roslaunch robot_voice voice_assistant.launch
在终端输入唤醒词：

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~$ rostopic pub /voiceWakeup std_msgs/String "data: 'any words'"

然后可以进行：你是谁？你会干什么？等关键词的交互对话。如下：

(base) chen@chen-GL62M-7RD:~/Downloads/ws$ roslaunch robot_voice voice_assistant.launch 
... logging to /home/chen/.ros/log/14f60494-efa6-11ec-ac12-99bf7dab2f5e/roslaunch-chen-GL62M-7RD-16071.log
Checking log directory for disk usage. This may take a while.
Press Ctrl-C to interrupt
Done checking log file disk usage. Usage is <1GB.

started roslaunch server http://chen-GL62M-7RD:38585/

SUMMARY
========

PARAMETERS
 */rosdistro: noetic
 */rosversion:1.15.11

NODES
  /iat_publish(robot_voice/iat_publish)voice_assistant(robot_voice/voice_assistant)

ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311

process[iat_publish-1]: started with pid [16092]
process[voice_assistant-2]: started with pid [16093]

###########################################################################
## 语音合成（Text To Speech，TTS）技术能够自动将任意文字实时转换为连续的 ##
## 自然语音，是一种能够在任何时间、任何地点，向任何人提供语音信息服务的  ##
## 高效便捷手段，非常符合信息时代海量数据、动态更新和个性化查询的需求。  ##
###########################################################################

[ INFO][1655626374.490402348]: Sleeping...
waking up
Demo recognizing the speech from microphone
Speak in 8 seconds
Start Listening...
Result:[ 你是谁？ ]

Speaking done 
Not started or already stopped.8 sec passed
I heard :你是谁？
我是你的语音小助手，你可以叫我小R
开始合成 ...
正在合成 ...>>>>
合成完毕

tts_sample.wav:

 File Size:120k      Bit Rate:256k
  Encoding: Signed PCM    
  Channels:1 @ 16-bit   
Samplerate:16000Hz      
Replaygain: off         
  Duration:00:00:03.74  

In:100%00:00:03.74[00:00:00.00] Out:59.8k [|] Hd:5.1 Clip:0    
Done.
waking up
Demo recognizing the speech from microphone
Speak in 8 seconds
Start Listening...
Result:[ 你多大年龄了？ ]

Speaking done 
Not started or already stopped.8 sec passed
I heard :你多大年龄了？
我已经四岁了，不再是两三岁的小孩子了
开始合成 ...
正在合成 ...>>>>>
合成完毕

tts_sample.wav:

 File Size:129k      Bit Rate:256k
  Encoding: Signed PCM    
  Channels:1 @ 16-bit   
Samplerate:16000Hz      
Replaygain: off         
  Duration:00:00:04.04  

In:100%00:00:04.04[00:00:00.00] Out:64.6k [|] Hd:5.6 Clip:0    
Done.

至此利用科大讯飞开放平在在ROS中实现语音交互学习完成！

标签： ROS 语音识别 科大讯飞
本文转载自: https://blog.csdn.net/qq_39400324/article/details/125351722
版权归原作者 AI Chen 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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