ROS+科大讯飞语音=让你的机器人能听会说---（一）环境搭建与准备

概述

ROS介绍

ROS是是用于机器人的一种次级操作系统。它提供类似操作系统所提供的功能，包含硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间的消息传递、程序发行包管理，它也提供一些工具程序和库用于获取、建立、编写和运行多机整合的程序。对ROS进行分级可分为计算图级、文件系统级、社区级。其中计算图级主要描述程序如何运行；文件系统级决定程序文件如何组织和构建；社区级负责程序的分布式管理。计算图是ROS处理数据的一种点对点的网络形式。程序运行时，所有进程以及他们所进行的数据处理，将会通过一种点对点的网络形式表现出来。这一级主要包括几个重要概念：节点（node）、消息（message）、主题（topic）、服务（service）。
具体见 http://wiki.ros.org/

讯飞语音介绍

讯飞开放平台作为全球首个开放的智能交互技术服务平台，致力于为开发者打造一站式智能人机交互解决方案。用户可通过互联网、移动互联网，使用任何设备、在任何时间、任何地点，随时随地享受讯飞开放平台提供的“听、说、读、写……”等全方位的人工智能服务。目前，开放平台以“云+端”的形式向开发者提供语音合成、语音识别、语音唤醒、语义理解、人脸识别、个性化彩铃、移动应用分析等多项服务。
相比其他的语音sdk，科大讯飞提供了多个平台的sdk，适合各个领域的开发与应用。并且提供了开放语义的平台和完善和开发者平台，能够很方便对机器人的对话进行自定义。

硬件条件

• intel minnow board 开发板 （当然一般笔记本电脑也可以）
• 科大讯飞五麦环形阵列评估版（也可用软件sdk方法实现唤醒,后面会介绍）

环境准备

• 安装好ubuntu 14.04 LTS
• 安装好ROS indigo
  
  • 参考资料 http://wiki.ros.org/indigo/Installation/Ubuntu
• 搭建好一个catkin工作空间
• 安装mplayer播放器（用于音频播放）
  
  • 命令 sudo apt-get install mplayer
• 可选软件
  
  • 安装ssh服务端（主要方便远程命令行调试）
  • 安装x11vnc（主要方便远程桌面调试）
  • 安装samba（主要方便文件的传输与共享）
• 注册有讯飞开发平台账号
  
  • 创建了app
  • 下载相关sdk的linux版本（包括离线命令字识别，离线语音合成，申请开发云语义，语音唤醒）
  • 编译运行官方demo测试sdk能使用以后，将离线命令字识别包中的lib/libmsc.so复制到/usr/lib目录下，这个libmsc.so包含了所有的api函数。

整体节点框图

工作过程

• 五麦阵列硬件监听到特定的关键字后通过串口发送唤醒信号给平台，wakeup节点监听串口，唤醒后发送一个主题为xfwakeup的消息，此消息包含唤醒的角度信息。（此节点也可以里利用讯飞的语音唤醒sdk以软件方式实现，后续会介绍）
• xfasr节点订阅了xfwakeup消息，消息来到后，xfasr节点就开始一边采样声音信号，一边进行识别，但又识别结果或者设置时间到达后，停止录音。若识别成功，则将返回的结果的json格式发送到xfunderstand主题上。
  若没有识别结果，这发送失败提示语到xfsaywords主题上。
• xftts订阅了xfsaywords主题，并负责将此主题出现的消息的字符串转换为音频文件，然后调用mplayer播放器播放。xftts还订阅了xfplaywave的主题，用于播放指定路径或者网址的文件
• explain节点订阅xfunderstand主题，功能是对识别结果进行解析，并发出相应的控制指令到control_cmd主题上，同时将应答语句发送到xfsayword主题，以便xftts节点进行转换播放。此节点采用python语言编写，方便随时修改和升级

主要工作

1. 将自己的唤醒字资源文件下载到环形阵列板卡中，并实现板卡串口与平台串口的连接，在c语言中编写相应的驱动。（笔者在这采样的是mraa库）
2. 编写xfasr节点，能做到一边录音一边识别，识别到结果后自动停止录音。这里笔者是花了很多时间的，主要是在声卡的驱动上，最后采用的alsa录音。
3. 编写xftts节点，简单讲官方的demo改改就可以实现，播放时笔者利用里mplayer播放器，使用其被动模式，与管道通信的方法，实现了随时播放也可被打断，并且稳定性高。
4. explain节点就是将识别结果的json数据转换为字典变量，然后进行进一步解析和处理。

本系列结构

本系列为ROS+科大讯飞语音=让你的机器人能听会说，
主要分为环境搭建与准备篇，说话篇，识别篇，唤醒篇，语义解释篇五部分。
笔者的所有源码 将在相关篇中全部列出，并且会上传到笔者的github仓库保存
git仓库地址 https://github.com/zhouge94/Cute_Six_ROS_Balance （已经上传）