树莓派使用 snowboy 配置语音唤醒

语音唤醒算是语音识别领域里最基础的应用，具体的场景如 Android 手机里的 “OK, Google” 或者苹果设备里的 “Hey, Siri”。
简单来说就是在后台静默地运行着一个占用较少系统资源的服务（语音识别组件），该组件一直处于监视麦克风输入的状态，如果有检测到特定的语音输入（即唤醒词或“热词”），则激活与之绑定的某个程序“开关”。
相当于一个简化版的语音助手吧，只对某一个特定的词汇进行响应，识别后也只完成某一件指定的任务。如果说同语音助手的交互是一段持续的交流，那么语音唤醒即可作为这种连续交流的入口（打招呼）。

snowboy 是一个开源的、轻量级语音唤醒引擎，可以通过它很轻松地创建属于自己的类似“hey, Siri” 的唤醒词。它的主要特性如下：

• 高度可定制性。可自由创建和训练属于自己的唤醒词
• 始终倾听。可离线使用，无需联网，保护隐私。精确度高，低延迟
• 轻量可嵌入。耗费资源非常低（单核 700MHz 树莓派只占用 10% CPU）
• 开源跨平台。开放源代码，支持多种操作系统和硬件平台，可绑定多种编程语言

详细看了官网提供的安装配置教程（已经很久没更新，有点过于繁琐了），几番尝试之后，感觉下面的介绍算是最新也相对最简单的方法了吧。

PS：只针对 Linux 系统（包含树莓派），其他平台可参考 Github

一、获取源代码并编译

安装依赖

树莓派原生的音频设备是不支持语音输入的（无法录音），需要在网上购买一支免驱动的USB音频驱动（便携式的和 U 盘差不多），一般插上即可直接使用。
建议安装下 pulseaudio 软件，减少音频配置的步骤：
$ sudo apt-get install pulseaudio

安装 sox 软件测试录音与播放功能：
$ sudo apt-get install sox

安装完成后运行 sox -d -d 命令，对着麦克风说话，确认可以听到自己的声音。

安装其他软件依赖：

• 安装 PyAudio：$ sudo apt-get install python3-pyaudio
• 安装 SWIG（>3.0.10)：$ sudo apt-get install swig
• 安装 ATLAS：$ sudo apt-get install libatlas-base-dev

编译源代码

获取源代码：$ git clone https://github.com/Kitt-AI/snowboy.git
编译 Python3 绑定：$ cd snowboy/swig/Python3 && make

测试：
进入官方示例目录 snowboy/examples/Python3 并运行以下命令：
$ python3 demo.py resources/models/snowboy.umdl
（ 命令中的 snowboy.umdl 文件即语音识别模型）

然后对着麦克风清晰地讲出“snowboy”，如果可以听到“滴”的声音，则安装配置成功。命令行输出如下：

snowboy test

PS：官方源代码使用 Python3 测试有报错，经测试需修改 snowboy/examples/Python3 目录下的 snowboydecoder.py 文件。
将第 5 行代码 from * import snowboydetect 改为 import snowboydetect 即可直接运行。

二、设置自己的唤醒词

可将包含自定义唤醒词的音频文件上传至 snowboy 官网（需要登录），以训练生成自己喜欢的语音模型。
需要上传的音频文件数量为 3 个，wav 格式。我试过直接在线录制，貌似有 Bug 。。。（也可能是我浏览器的问题）

record

upload

训练完成并测试通过后，即可下载 PMDL 后缀的模型文件了。

测试

将以下文件复制到自己的项目目录下：

• 上一步中下载好的 model.pmdl 模型文件
• 之前 snowboy/swig/Python3 目录下编译好的 _snowboydetect.so 库
• snowboy/examples/Python3 目录下的 demo.py、snowboydecoder.py、snowboydetect.py 文件以及 resources 目录
• 在项目目录下执行 $ python3 demo.py model.pmdl 并使用自己的唤醒词进行测试

三、自定义响应

官方提供的示例 demo.py 文件的源代码如下：

import snowboydecoder
import sys
import signal

interrupted = False

def signal_handler(signal, frame):
    global interrupted
    interrupted = True

def interrupt_callback():
    global interrupted
    return interrupted

if len(sys.argv) == 1:
    print("Error: need to specify model name")
    print("Usage: python demo.py your.model")
    sys.exit(-1)

model = sys.argv[1]

# capture SIGINT signal, e.g., Ctrl+C
signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)

detector = snowboydecoder.HotwordDetector(model, sensitivity=0.5)
print('Listening... Press Ctrl+C to exit')

# main loop
detector.start(detected_callback=snowboydecoder.play_audio_file,
               interrupt_check=interrupt_callback,
               sleep_time=0.03)

detector.terminate()

通过阅读代码，可以看出唤醒词识别成功以后，程序响应的具体内容由程序末尾 detector.start() 函数的 detected_callback 参数指定。
即重新绑定 detected_callback 对应的函数，可改变程序最终的响应。如：

import snowboydecoder
import sys
import signal

interrupted = False

def signal_handler(signal, frame):
    global interrupted
    interrupted = True

def interrupt_callback():
    global interrupted
    return interrupted

def detected():
    print("Great! I have recognized your words.\n")

if len(sys.argv) == 1:
    print("Error: need to specify model name")
    print("Usage: python demo.py your.model")
    sys.exit(-1)

model = sys.argv[1]

# capture SIGINT signal, e.g., Ctrl+C
signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)

detector = snowboydecoder.HotwordDetector(model, sensitivity=0.5)
print('Listening... Press Ctrl+C to exit')

# main loop
detector.start(detected_callback=detected,
               interrupt_check=interrupt_callback,
               sleep_time=0.03)

detector.terminate()

注意添加的 detected 函数。

效果如下：

personal behavior

更复杂的应用形式（如控制 LED 小灯等）也是基本上一样的思路，具体示例代码可参考官方文档。

参考资料

snowboy Github
snowboy 官网
snowboy 官方文档