Python轻应用: 使用“千里传音“服务打造您的专属云喇叭

 

1、前言

Python 语言的是一款非常容易使用的解释性语言，它的主要特点如下：
● 易学易用
● 可扩展可移植
● 丰富的三方库
正是由于以上这些特点，使得Python在一些逻辑简单，功能复杂的场景应用非常广泛。近几年，随着人工智能的飞速发展，Python 的优点得到的充分的体现，因此成为了AI开发的首选语言。

 

Python轻应用主要是基于micropython实现，在保留了python语言主要特性的基础上，他还对嵌入式系统的底层做了非常不错的封装，它的特点如下：
● 沿用python语法和基本数据结构，保持易学易用性
● 提供基于嵌入式系统的硬件功能库封装，让嵌入式开发简单便捷

 

今天要介绍的是如何使用Python 轻应用，连接阿里云的千里传音服务，打造一个现象级的云喇叭产品。

 

2、方案介绍

2.1、什么是千里传音？

 

“千里传音”服务，是阿里云IoT针对带有语音播报能力的AIoT设备，提供的一个云端一体的解决方案。为播报提醒类设备应用提供从播报语料合成，语料管理，语料推送到设备，播报设备管理等完善功能，配合集成了端侧播报能力的HaaS设备，帮助用户高效完成播报类设备应的开发和长期运行。

 

“千里传音”服务以项目为单位来帮助客户组织应用和管理设备，以便客户面向不同的用户来管理设备语料更新，以及批量或单个设备语料推送。同时，“千里传音”服务为客户应用提供云端API，通过传入语料组合逻辑，及设备ID，就可以完成对端设备播报的调用，简单省事。借助阿里云IoT平台提供的高并发设备通信能力，帮助客户无忧完成大规模设备部署和长期高可用运行。

 

它主要有三个部分组成：App,服务器，和播报设备

 

 

”千里传音“，指的就是无论服务的使用者(App)和播放设备之间的物理距离有多远，都可以通过服务器，将自己想要传达的音频数据，传输给相关播报设备进行播报。

• 服务的使用者，可以通过千里传音服务提供的SDK和服务器进行通讯

目前千里传音服务提供了多种编程语言的SDK,包括Java,JS,Python,PHP 等等，开发者可以选自自己熟悉的开发语言进行开发。调试阶段，可以使用在线调试工具进行调试。

• 服务器通过MQTT将播放资源和指令下发给播放设备进行播放

         目前设备支持本地音频播放和在线音频播放，在线音频的播放需要通过物模型自定义服务，将音频的url发送给设备端，本地音频的播放，需要通过千里传音SpeechPost服务先将音频链接发送给设备端，设备端将音频文件以ID 命名并保存。当服务端需要播放的时候，将所有的音频文件按照ID 组合起来，通过SpeechBroadcast服务下发给设备端，设备端将音频组合起来，进行播放。

 

千里传音服务提供的能力如下:

● 项目管理
客户通过项目形式管理不同应用场景中的设备和语料。
● 智能语料生成
通过人工智能算法帮助客户快速完成文字到固定播报语料的生成，支持wav和mp3格式输出。
● 语料组合播报
通过远程命令，告知特定设备将本地语料以特定顺序组合后播报，并支持加入动态数字内容。
● 动态语料合成
支持用户通过API生成动态播报语料，推送到端侧播报。此类语料设备端采用在线播放的形式，将不固化到设备中。
● 语料空中推送
为客户提供语料空中推送到单个和项目中全量设备的能力，实现设备端固化语料的更新。使设备播报语音内容变得可以运营。
● 云端API
为客户提供平台能力对应API，以实现上述播报能力的云端控制。

 

2.2、如何使用千里传音？

本方案中，播报设备指的是阿里云的物联网硬件设备HaaS100，App的使用的是在线调试工具或者PC端的Python 应用。
具体的交互流程如下:

以上代码逻辑，均在Python轻应用中实现，具体细节轻参考物品清单章节中的Python轻应用固件软件部分

 

3、物品清单

 

3.1、硬件

• HaaS100 开发板一块
• 电源一个
• micro usb 一个
• sdcard 一个
• 有源喇叭一个购买链接
• 杜邦线一根

 

注意事项:

 

• HaaS100支持外接微型SD卡（Micro SD），最大支持64GB数据的存储,SD卡槽位于开发板背,可以外接微型SD存储卡
• sdcard 格式支持:  FAT16/FAT32，本案例中暂时不支持exFAT 格式
• 喇叭的链接方法如下:

Column 1	Column 2	Column 3
喇叭丝印接口	HaaS100 GPIO NUM	图中连接线颜色
IN	28	黄色
VCC	2	红色
GND	4	绿色

 

3.2、软件

 

3.2.1、千里传音产品和设备创建

● 创建项目
登录阿里云官网，选择产品阿里云IoT平台->企业物联网平台->控制台->增值服务->IoT云端一体服务，进入千里传音服务后台

在项目创建过程中，需要输入项目名称，并对项目进行简单描述，以便后期维护。

在完成项目创建后，系统将帮助用户创建一个与项目名相同的产品，以便后续加入设备。同时，如果用户希望为设备增加千里传音以外的能力，也可以直接到物联网平台的设备管理界面中，为设备添加物模型能力。
在项目列表中，点击需要配置的项目，可以对项目内容进行配置管理。

在项目配置界面，有两个选项，分别是服务配置和设备管理，其中服务配置是用来配置千里传音服务的的，主要是语料管理，设备配置是用来管理项目中设备列表的。
● 生成语料
如下图所示，在项目配置中，选中服务配置->管理服务，

进去千里传音服务配置界面以后，选中语料配置中的新增语料

新增自定义语料界面如下:

其中语料标识和语料内容非常重要,语料标识必须是项目级别唯一，它是作为语料组合调用时候的唯一标签，同时也作为设备端保存语料的文件名。语料内容指的就是我们要播报的文本.
除此之外，我们还可以自定义语料的场景，包括方言场景，童声场景，客服场景以及通用场景；自定义语料的播放速度；自定义语料的播报音量等。

 

● 创建设备
在完成语料构建和管理后，需要在项目中创建设备，以便最终用户的播报应用可以将命令发送到设备端，完成整个播报链路。点击“设备管理”标签，将进入设备管理界面。

设备创建可以有单个创建和批量创建两种方式。
点击“创建设备”会打开创建单个设备弹窗，并要求用户输入设备相关信息。

DeviceName：英文字符组成的设备名称，设备名称在项目中不可重复。
备注名称：为了便于用户区分设备，给设备赋予的别名。
点击“批量添加”会打开批量创建设备弹窗。

添加方式
○ 自动生成：指系统将为用户自动生成DeviceName。
○ 批量上传：需要用户通过.csv文件上传自定义的DeviceName。
设备数量：需要批量添加的设备个数。

 

在创建完成设备以后，设备管理界面，可以显示设备列表，点击设备对应的鉴权信息，可以查看设备的三元组信息

● 语料推送

在创建完成设备以后，我们就可以回到语料配置界面，将新增的语料推送到相应的设备上面进行测试了。
如下图所示，点击需要推送的语料，操作栏中的推送到设备按钮(下图中我们推送的语料id是  yuan)

进入语料推送界面，如下图所示，默认支持单个设备推送，分组推送和全部设备推送。

单个设备和分组模式，需要选择自己的设备名或者分组名，选中以后点击确定即可完成推送。

 

3.2.2、HaaS100 Python轻应用固件

可以通过HaaS100  AliOS Things 3.3 开源代码编译或者Python轻应用官方固件直接下载(2021.5月份以后)，相关下载方法都在Python轻应用快速上手中有详细介绍: Python轻应用快速上手

 

3.2.3、串口工具

mac电脑推荐使用picocom,windows 电脑推荐使用putty, 务必保证设置串口波特率为1500000
千里传音设备端Python轻应用代码

#!/usr/bin/env python

# -*- encoding: utf-8 -*-

'''

@File       :    haas_speech.py

@Description:    file description  

@Date       :    2021/04/19 13:56:50

@Author     :    guoliang.wgl

@version    :    1.0

'''


import iot

import utime

import http

import ujson as json

import math



AUDIO_ENABLED = True

if AUDIO_ENABLED:

    from audio import Player,Snd


toneDir = "/sdcard/resource/"

tonenameSuffix = [".wav", ".mp3"]



tonenameNumb = ["SYS_TONE_0", "SYS_TONE_1", "SYS_TONE_2", "SYS_TONE_3", "SYS_TONE_4", "SYS_TONE_5", "SYS_TONE_6", "SYS_TONE_7", "SYS_TONE_8", "SYS_TONE_9"]

tonenameNumb1 = "SYS_TONE_yao"

tonenameDot = "SYS_TONE_dian"

tonenameUnit = ["SYS_TONE_MEASURE_WORD_ge", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_shi", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_bai", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_qian"]

tonenameHunit = ["SYS_TONE_MEASURE_WORD_wan", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_yi", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_sw", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_bw", "SYS_TONE_MEASURE_WORD_qw"]

tonepathConnected = "fs:/sdcard/resource/connected.wav"

tonepathPowerOn = "fs:/sdcard/resource/poweron.wav"



on_request = False

on_play = False



if AUDIO_ENABLED:

    Snd.install_codec_driver()

    Snd.init()

    player = Player()

    player.create()

    player.set_volume(10)




    def play(path):

        global player

        player.set_source(path)

        player.start()

        player.wait_complete()

   

    def playlist(pathlist):

        for path in pathlist:

            play('fs:'+path)



        print('********end playlist*******')


def add_amount(num_str, toneList, formatFlag):



    global tonenameNumb

    global tonenameNumb1

    global tonenameDot

    global tonenameUnit

    global tonenameHunit

    global toneDir

    global tonenameSuffix



    num_f = float(num_str)

    numb = int(num_f)

    deci = num_f - numb

    target = numb

    subTarget = 0

    subNumber = None

    slot = 0

    factor = 0

    count = 0

    prevSlotZero = False

    hundredMillionExist = False

    tenThousandExist = False

   

    if (numb < 0 or numb >= 1000000000000):

        print('amount overrange')

        return toneIndex



    if (deci < 0.0001 and deci > 0.0):

        deci = 0.0001

   

    i = 2

    while(i >= 0):



        factor = math.pow(10000,i)

        if target < factor:

            i = i -1

            continue

        subTarget = int(target / factor)

        target %= factor

        if (subTarget == 0):

            i = i -1

            continue

           

        if (i == 2):

            hundredMillionExist = True

        elif (i == 1):

            tenThousandExist = True

       

        subNumber = subTarget

        prevSlotZero = False



        depth = 3

        while(depth >= 0):

            if(subNumber == 0):

                break

            factor = math.pow(10, depth)



            if ((hundredMillionExist == True or tenThousandExist == True) and i == 0):

                pass

            elif (hundredMillionExist == True and tenThousandExist == True and depth > 0 and subTarget < factor):

                pass

            elif (subTarget < factor):

                depth = depth - 1

                continue



            slot = int(subNumber / factor)

            subNumber %= factor

            if (slot == 0 and depth == 0):

                depth = depth - 1

                continue

               



            if ((subTarget < 20 and depth == 1) or (slot == 0 and prevSlotZero) or (slot == 0 and depth == 0)):

                pass

            else:

                toneList.append(toneDir + tonenameNumb[slot] + tonenameSuffix[formatFlag])

                count += 1

                if (slot == 0 and prevSlotZero == False):

                    prevSlotZero = True

                elif (prevSlotZero == True and slot != 0):

                    prevSlotZero = False



            if (slot > 0 and depth > 0) :

                toneList.append(toneDir + tonenameUnit[depth] + tonenameSuffix[formatFlag])

                count += 1



            depth = depth - 1

       

        if (i > 0):

            toneList.append(toneDir + tonenameHunit[i - 1] + tonenameSuffix[formatFlag])

            count += 1

        i = i - 1



    if (count == 0 and numb == 0):

        toneList.append(toneDir + tonenameNumb[0] + tonenameSuffix[formatFlag])

    if (deci >= 0.0001) :

        toneList.append(toneDir + tonenameDot + tonenameSuffix[formatFlag])



        deci ="{:.4f}".format(deci)

        deci_tmp = str(deci).strip().rstrip('0')

        deci_str = ''

        got_dot = False

        for j in range(len(deci_tmp)):

            if(got_dot):

                deci_str = deci_str + deci_tmp[j]

            elif deci_tmp[j] == '.':

                got_dot = True

        deciArray = deci_str

        for item in deciArray:

            if (item >= '0' and item <= '9'):

                toneList.append(toneDir + tonenameNumb[int(item)] + tonenameSuffix[formatFlag])

       

    return toneList



def do_voice_test():

    """

    @description  :

    ---------

    @param        :

    -------

    @Returns      :

    -------

    """





    global on_request

    global add_amount

    global playlist

    global on_play



    # 请替换物联网平台申请到的产品和设备信息,可以参考文章:https://blog.csdn.net/HaaSTech/article/details/114360517

    productSecret = "xxxxxxxx"

    productKey = "xxxxxxx"

    deviceName  =    "xxxxxxx"

    deviceSecret  =   "xxxxxxxx"

    # 初始化linkkit sdk

    key_info = {

        'region' : 'cn-shanghai' ,

        'productKey': productKey ,

        'deviceName': deviceName ,

        'deviceSecret': deviceSecret ,

        'productSecret': productSecret

    }

    device = iot.Device(key_info)

    # 物联网平台连接成功的回调函数

    def on_connect():



        if AUDIO_ENABLED:

            global player

        global tonepathConnected

        print('linkkit is connected ')

        if AUDIO_ENABLED:

            play(tonepathConnected)

    device.on('connect',on_connect)



    # 设置service 事件接收函数（本案例是千里传音）



    def on_service(serviceid,request):

        global on_request

        global on_play

       



        print("serviceid is :" + serviceid)

        print("request is :" + request)



        data = json.loads(request)

        if serviceid == "SpeechPost":

            on_request = data

            print('**********SpeechPost data *******' )

            print(on_request)

        elif serviceid == "SpeechBroadcast":

            on_play = data

            print('**********SpeechPost data *******' )

            print(on_play)



        else:

            pass

        print("on_service end")



    device.on('service',on_service)

    # 连接物联网平台

    device.connect()



    def download_resource_file(on_request):



        client=http.client()



        client.set_header("Accept: */*\r\n")

        client.get(on_request['url'])



        response = json.loads(client.get_response())

        #print(response)

        format = response['format']

        size = response['size']

        format = response['format']





        audio = response['audios'][0]

        id = audio['id']



        path = '/sdcard/resource/'+id+'.'+format

        print('************ begin to download: ' + path)



        ret  = client.download(audio['url'],path)



        if ret == 0 :

            print('************ download: ' + path + ' succeed')

        else:

            print('************ download: ' + path + ' failed')

   

    def play_voice(data):



        global toneDir

        global tonenameSuffix

        global playlist



        format =  data['format']

        audioResFormat = 0

        if (format == 'mp3'):

            audioResFormat = 1

        speechs =  data['speechs']

        print(type(speechs))

        print(speechs)



        toneList = []







        for speech in speechs:

            print(speech)

            # length = len(speech)

            if speech.endswith('}') and speech.startswith('{') and (speech[1] == '$'):

                speech_num = speech.strip('{').strip('$').strip('}')

                toneList = add_amount(speech_num,toneList,audioResFormat)

            else:

                toneList.append(toneDir + speech + tonenameSuffix[audioResFormat])

            print(toneList)

        if AUDIO_ENABLED:

            playlist(toneList)





    # 触发linkit sdk持续处理server端信息

    while(True):

        device.do_yield(1000)

        if  on_request:

            print('***************************')

            print(on_request)

            download_resource_file(on_request)

            on_request = False

        elif on_play:

            print('***************************')

            print(on_play)

            play_voice(on_play)

            on_play = False

    # 断开连接

    device.close()

    if AUDIO_ENABLED:

        player.stop()

        player.release()





if __name__ == '__main__':

    if AUDIO_ENABLED:

        play(tonepathPowerOn)

    do_voice_test()

 

以上是Python轻应用的主体代码，它的主要功能如下：

1. 连接物联网平台
2. 监听SpeechPost 服务，下载服务端推送过来的音频文件到 /sdcard/resource/
3. 监听SpeechBroadcast服务，播放指定的音频

注意事项：

 

1. 下载常用本地音频资源文件到/sdcard/resource目录 资源文件下载
2. 请务必将代码中的

          PRODUCT_KEY = "xxxxxx"
          PRODUCT_SECRET = "xxxxxxx"
          DEVICE_NAME  =    "xxxxx"
          DEVICE_SECRET  =   "xxxxxx"
          替换成千里传音产品中相关信息

 

4、如何实现

4.1、固件烧录

请参考Python轻应用快速上手 中烧录相关章节。

 

4.2、轻应用运行

将物品软件清单中Python轻应用的代码保存为haas_speech.py,并拷贝到sdcard中，设备插入sdcard后重启
● 执行联网操作

python /data/python-apps/wifi/main.py your_ssid. your_password

 

● 执行haas_speech.py

python /sdcard/haas_speech.py

4.3、调试

 

4.3.1在线调试

1. 打开在线调试并登录
2. 如下如所示，选中SpeechByCombination,选择右侧服务器华东(上海)，设置我们需要发送的语音序列信息，数字请使用{$xxx} 进行表示，其它语音请以此按照千里传音后台的语料ID 进行配置，最后设置需要调试的设备DeviceName 和 ProductKey。
3. 点击发起调试即可

 

4.3.2、SDK调试

 

• 安装SDK核心库

pip install aliyun-python-sdk-core

•       修改如下Python代码中的KeyID 和 Secret,并保存为SpeechByCombination.py

#coding=utf-8



from aliyunsdkcore.client import AcsClient

from aliyunsdkcore.request import CommonRequest

from aliyun_key import *

client = AcsClient(accessKeyId, accessSecret, 'cn-shanghai')



request = CommonRequest()

request.set_accept_format('json')

request.set_domain('iot.cn-shanghai.aliyuncs.com')

request.set_method('POST')

request.set_protocol_type('https') # https | http

request.set_version('2018-01-20')

request.set_action_name('SpeechByCombination')



request.add_query_param('RegionId', "cn-shanghai")

request.add_query_param('CombinationList.1', "welcome")

# request.add_query_param('CombinationList.1', "zfbGet")

# request.add_query_param('CombinationList.2', "{$10000.056}")

# request.add_query_param('CombinationList.3', "yuan")

request.add_query_param('ProductKey', "a1Ba4rCO9iM")

request.add_query_param('DeviceName', "py_voice_01")



response = client.do_action(request)

# python2:  print(response)

print(str(response, encoding = 'utf-8'))

 

• 执行python  SpeechByCombination.py

 

技术交流

Python轻应用继承了Python易学易用的特点，同时提供了基于嵌入式硬件的基础库封装，让开发者可以很方便的通过交互式的环境，实时进行嵌入式开发，让嵌入式开发也变得简单方便。

欢迎使用钉钉扫码加入Python轻应用SVIP群：