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從零開始搭建一個語音對話機(jī)器人

目錄

01-初心緣由

02-準(zhǔn)備工作

03-語音機(jī)器人的搭建思路

04-語音生成音頻文件

05-音頻文件轉(zhuǎn)文字STT

06-與圖靈機(jī)器人對話

07-文字轉(zhuǎn)語音

08-語音對話機(jī)器人的完整代碼

09-結(jié)束語

10-有問必答

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01-初心緣由

        最近在研究語音識別方向，看了很多的語音識別的資料和文章，了解了一下語音識別的前世今生，其中包含了很多算法的演變，目前來說最流行的語音識別算法主要是依賴于深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其中RNN扮演了非常重要的作用，深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用真正讓語音識別達(dá)到了商用級別。然后我想動手自己做一個語音識別系統(tǒng)，從GitHub上下載了兩個流行的開源項(xiàng)目MASR和ASRT來進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)語音識別的效果沒有寫的那么好，其中如果要從零來訓(xùn)練自己的語言模型勢必會非常耗時。

        因此，就有了一個新的想法，借助一些開源的語音識別SDK來實(shí)現(xiàn)語音識別，來看看他們語音識別的效果如何。于是想到了百度和科大訊飛，然后就百度了一下，百度搜索舉賢不避親的給我推薦了百度AI開放平臺！然后查看了百度語音識別的技術(shù)文檔，發(fā)現(xiàn)對python的支持非常友好，而科大訊飛好像沒有提供對python的接口支持，因而選定了百度。

        雖然百度目前槽點(diǎn)很多，但是不得不說百度在AI方面的投入和開放是值得點(diǎn)贊的！百度的AI開放平臺確實(shí)為開發(fā)者們帶來很多的便利性，開放了非常多的AI服務(wù)，大家自行去注冊使用，百度大腦AI開放平臺地址：http://ai.baidu.com/   （PS:我確實(shí)沒收廣告費(fèi)?。?/p>

        經(jīng)過體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)百度的語音識別準(zhǔn)確率高的嚇人，完爆了GitHub上的開源項(xiàng)目N條街，然后在CSDN瀏覽各位博主的博客時發(fā)現(xiàn)，用百度語音識別的API和圖靈機(jī)器人的API可以做一個實(shí)時語音對話的機(jī)器人，感覺特別興奮，從而決定搭建一個自己的語音對話機(jī)器人。目前，我已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了我的語音對話機(jī)器人，因此特意來分享一下整個的實(shí)現(xiàn)過程和遇到的坑，讓大家可以快速的構(gòu)建你們的語音對話機(jī)器人。好啦，我們開始吧！

02-準(zhǔn)備工作

• （1）準(zhǔn)備python開發(fā)環(huán)境

  需要準(zhǔn)備的python包包括：speech_recognition(語音識別包)、pyaudio(錄音接口)、wave(打開錄音文件并設(shè)置音頻參數(shù))、pyttsx3(文本轉(zhuǎn)語音)、json(解析json串)、requests(get/post)、baid_aip(百度語音識別的aip)。

• （2）準(zhǔn)備百度API

登錄百度AI開放平臺語音識別：https://ai.baidu.com/tech/speech/asr  ，如果沒有賬號自己注冊即可，免費(fèi)試用哦。

點(diǎn)擊技術(shù)文檔：閱讀語音識別的技術(shù)文檔，重點(diǎn)查看API文檔和Python SDK，了解如何在python中調(diào)用API接口。

點(diǎn)擊立即使用：進(jìn)入到服務(wù)界面，創(chuàng)建應(yīng)用。記住最重要的App ID、API Key、Secret Key，后面調(diào)用時需要用到。

• （3）準(zhǔn)備圖靈機(jī)器人：

圖靈機(jī)器人大腦具備強(qiáng)大的中文語義分析能力，可準(zhǔn)確理解中文含義并作出回應(yīng)，是最擅長聊中文的機(jī)器人大腦，賦予軟硬件產(chǎn)品自然流暢的人機(jī)對話能力。圖靈機(jī)器人是中文語境下智能度最高的“機(jī)器人大腦”，是全球較為先進(jìn)的機(jī)器人中文語言認(rèn)知與計算平臺，圖靈機(jī)器人對中文語義理解準(zhǔn)確率已達(dá)90%，可為智能化軟硬件產(chǎn)品提供中文語義分析、自然語言對話、深度問答等人工智能技術(shù)服務(wù)?！从诎倏疲ê冒?，又和百度扯上點(diǎn)關(guān)系了。）

總之，就是需要你去圖靈機(jī)器人官網(wǎng)http://www.turingapi.com/注冊成功后，構(gòu)建一個屬于你的圖靈機(jī)器人，用于后續(xù)將翻譯后的文本內(nèi)容對圖靈機(jī)器人提問獲取回答，然后我們通過TTS處理就可以獲取語音輸出了。

注冊后創(chuàng)建自己的機(jī)器人，然后在機(jī)器人設(shè)置的終端設(shè)置中查看自己的apikey(這個key非常重要)，另外一定要把密鑰開關(guān)關(guān)閉，不然后面在調(diào)用api時會報3001錯誤，無法調(diào)用圖靈機(jī)器人（此處有坑，已填）！

圖靈機(jī)器人未進(jìn)行身份認(rèn)證時，是不能夠進(jìn)行調(diào)用的，如果調(diào)用會出現(xiàn)“請求次數(shù)超限制”的問題，通過個人身份認(rèn)證后，每天能夠調(diào)用100次，這是免費(fèi)版。100次當(dāng)然是不夠用的，如果你想要更多的服務(wù)，就只能購買會員了，99和299每月的套餐，具體看下圖。如果是自己玩，那就免費(fèi)版，如果是開發(fā)，可以考慮99的，如果是做一個產(chǎn)品，那就得企業(yè)采購了，咱們沒那么土豪！

03-語音機(jī)器人的搭建思路

1、首先明確我們要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，是要實(shí)現(xiàn)純語音對話聊天，不需要輸入文字交流。我們實(shí)時說，機(jī)器人實(shí)時回復(fù)，真正實(shí)現(xiàn)語音交互對話。

2、整個過程的實(shí)現(xiàn)流程是這樣的，我們說一句話，通過錄音保存為語音文件，然后調(diào)用百度API實(shí)現(xiàn)語音轉(zhuǎn)文本STT，再然后調(diào)用圖靈機(jī)器人API將文本輸入得到圖靈機(jī)器人的回復(fù)，最后將回復(fù)的文本轉(zhuǎn)成語音輸出TTS，就這樣我們就實(shí)現(xiàn)了和機(jī)器人的語音對話了！是不是有點(diǎn)繞，來個流程圖吧！

3、語音對話機(jī)器人的構(gòu)建具體流程圖，就是各種掉API，千萬不要覺得頭暈哦，思路清晰才能走下去。

04-語音生成音頻文件

        語音生產(chǎn)文件就需要進(jìn)行錄音，將我們說的話保存下來，至于保存的格式我一般都是保存為wav，其他格式支持pcm，不太建議mp3，因?yàn)樾枰啻无D(zhuǎn)換?！景俣确?wù)端會將非pcm格式，轉(zhuǎn)為pcm格式，因此使用wav會有額外的轉(zhuǎn)換耗時，但是windows自帶播放器識別不了pcm格式的，所以我還是喜歡用wav格式】

第一種錄音方式：使用speech_recognition包進(jìn)行錄音，這個錄音出來的效果比較好，而且代碼量非常少。

第二種錄音方式：使用wave和pyaudio包進(jìn)行錄音，在python中直接使用pip install即可。

import wave
from pyaudio import PyAudio, paInt16
framerate = 16000  # 采樣率
num_samples = 2000  # 采樣點(diǎn)
channels = 1  # 聲道
sampwidth = 2  # 采樣寬度2bytes
FILEPATH = 'voices/myvoices.wav'
def save_wave_file(filepath, data):
    wf = wave.open(filepath, 'wb')
    wf.setnchannels(channels)
    wf.setsampwidth(sampwidth)
    wf.setframerate(framerate)
    wf.writeframes(b''.join(data))
    wf.close()
#錄音
def my_record():
    pa = PyAudio()
    #打開一個新的音頻stream
    stream = pa.open(format=paInt16, channels=channels,
                     rate=framerate, input=True, frames_per_buffer=num_samples)
    my_buf = [] #存放錄音數(shù)據(jù)
    t = time.time()
    print('正在錄音...')
    while time.time() < t + 10:  # 設(shè)置錄音時間（秒）
    #循環(huán)read，每次read 2000frames
        string_audio_data = stream.read(num_samples)
        my_buf.append(string_audio_data)
    print('錄音結(jié)束.')
    save_wave_file(FILEPATH, my_buf)
    stream.close()

05-音頻文件轉(zhuǎn)文字STT

       我們已經(jīng)在上面獲取到了音頻文件，那要怎么把音頻文件轉(zhuǎn)化為文字呢？在這里，我們就需要調(diào)用百度的語音識別API接口，同時我們需要安裝這個接口包，導(dǎo)入模塊：pip install baidu_aip。導(dǎo)入我們需要的模塊名，然后將音頻文件發(fā)送給出去，返回文字。

06-與圖靈機(jī)器人對話

       上一步我們已經(jīng)成功將我們的聲音轉(zhuǎn)化為文字了，然后我們再調(diào)用圖靈機(jī)器人的API接口，做自動應(yīng)答。圖靈機(jī)器人對中文的識別準(zhǔn)確率高達(dá)90%，是目前中文語境下智能度最高的機(jī)器人。有很多在Python中使用圖靈機(jī)器人API的博客，但都是1.0版本，本博客介紹的是在Python中使用圖靈機(jī)器人API v2.0的方法，1.0版本的調(diào)用方式已失效。

代碼如下（這里需要導(dǎo)入requests、json模塊）：

# 與機(jī)器人對話：調(diào)用的是圖靈機(jī)器人
import requests
import json
# 圖靈機(jī)器人的API_KEY、API_URL
turing_api_key = 'your turing_api_key'
api_url = 'http://openapi.tuling123.com/openapi/api/v2'  # 圖靈機(jī)器人api網(wǎng)址
headers = {'Content-Type': 'application/json;charset=UTF-8'}
# 圖靈機(jī)器人回復(fù)
def Turing(text_words=''):
    req = {
        'reqType': 0,
        'perception': {
            'inputText': {
                'text': text_words
            },
            'selfInfo': {
                'location': {
                    'city': '北京',
                    'province': '北京',
                    'street': '車公莊西大街'
                }
            }
        },
        'userInfo': {
            'apiKey': turing_api_key,  # 你的圖靈機(jī)器人apiKey
            'userId': 'Nieson'  # 用戶唯一標(biāo)識(隨便填, 非密鑰)
        }
    }
    req['perception']['inputText']['text'] = text_words
    response = requests.request('post', api_url, json=req, headers=headers)
    response_dict = json.loads(response.text)
    result = response_dict['results'][0]['values']['text']
    print('AI Robot said: ' + result)
    return result

07-文字轉(zhuǎn)語音

      我們得到了圖靈機(jī)器人的回復(fù)之后，就需要把結(jié)果轉(zhuǎn)化為語音輸出，從而實(shí)現(xiàn)語音交互。在python中我們?nèi)绾螌⑽淖洲D(zhuǎn)為語音并輸出呢？這里就需要用到另一個模塊pyttsx3，它會將文字轉(zhuǎn)為語音。

使用python進(jìn)行編程就是有很多好處，比如音頻的輸出我們就可以采用多種方式，下面提供一種更加簡便的音頻輸出方式：

import win32com.client
speaker = win32com.client.Dispatch('SAPI.SpVoice')
speaker.Speak('我是語音助手，小靈！')

好了，至此，我們語音機(jī)器人的所有元素都已經(jīng)準(zhǔn)備妥當(dāng)，接下來進(jìn)行組裝！

08-語音對話機(jī)器人的完整代碼

經(jīng)過我的努力，已經(jīng)將代碼優(yōu)化到了100行左右哦，按照我的步驟來，你就可以快速復(fù)現(xiàn)構(gòu)建你的語音機(jī)器人了！

09-結(jié)束語

至此，我們就構(gòu)建了一個完整的語音對話機(jī)器人，它可以在你無聊、寂寞、有壓力、想開心的時候出現(xiàn)在你身邊，哄你開心喲！這個機(jī)器人太聰明了，你可千萬不要被她調(diào)戲了！

對了，你可以在圖靈機(jī)器人官網(wǎng)里面進(jìn)行人物設(shè)置，設(shè)置她的姓名、年齡和星座，我的機(jī)器人叫做小橘子，她具有十八般武藝，它能夠閑聊、做數(shù)字計算、中英互譯、講故事、笑話、腦筋急轉(zhuǎn)彎、歇后語、繞口令、順口溜、玩成語接龍游戲，天氣和日期查詢，功能還是比較強(qiáng)大的！如果開通付費(fèi)版本就會擁有更多功能哦，可以訓(xùn)練自己的語料庫，目前免費(fèi)版只支持每天100次的調(diào)用，真真是不夠用呀！

附帶一下我和小橘子的聊天視頻吧，有心的小伙伴可以做個前端頁面哦！

優(yōu)酷視頻：https://v.youku.com/v_show/id_XNDI3OTYyMTgwNA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1 

10-有問必答

博客一經(jīng)發(fā)出，兩天多的時間，閱讀量就已經(jīng)突破5000了，得到了眾多博友的關(guān)注點(diǎn)贊和評論，說明大家對于語音對話機(jī)器人的熱情和興趣度都非常高，大家都在積極的搭建自己的語音對話機(jī)器人了！相信百度和圖靈機(jī)器人最近的API調(diào)用量會蹭蹭的上漲，我在考慮要不要收點(diǎn)推廣費(fèi)了（哈哈，開個玩笑）！百度AI開放平臺你注冊調(diào)用他們的API后，過兩天百度就會有客服給你打電話問題的體驗(yàn)感，大家看到一個北京號碼標(biāo)記為詐騙電話的那個就是了哈哈！圖靈機(jī)器人公司則是通過會員收費(fèi)模式來賺大家的錢，就看你能否攥緊自己的口袋了！

第10個模塊有問必答是為了來解答一下大家在復(fù)現(xiàn)語音對話機(jī)器人過程中可能會遇到的問題，根據(jù)大家的提問，我有針對性的把一些常見問題在此給各位進(jìn)行一下解答，也非常歡迎博友們之間積極回復(fù)，畢竟博主的精力也是有限的，還要投入到無限的AI能力研究中去(可能也是因?yàn)閼邪?。剛好，十個模塊湊齊了十全十美，處女座看起來也舒心一些！閑話少敘，進(jìn)入正題：

• （1）問：我直接執(zhí)行你全部代碼的時候?yàn)槭裁磁懿煌兀?/strong>

答：首先強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，各位在復(fù)現(xiàn)代碼的時候，一定要把百度和圖靈機(jī)器人的相關(guān)api_id, api_key等替換成自己的！另外圖靈機(jī)器人記得要身份驗(yàn)證，通過后才能調(diào)用圖靈機(jī)器人！

• （2）問：我在運(yùn)行之后輸出please say something，然后我說了話，之后隔一段時間才輸出KeyError，AI Robot said: 請求次數(shù)超限制！這是什么原因？   

答：因?yàn)樵?strong>05-音頻文件轉(zhuǎn)文字STT中，為了避免有時候錄音文件出現(xiàn)問題，特別是在不帶耳機(jī)直接對著筆記本說話時，如果周圍環(huán)境嘈雜，會導(dǎo)致錄音質(zhì)量不佳，或者是長時間不說話，這些情況就會報Key Error的問題；另外最重要的一個，那就是圖靈機(jī)器人如果你注冊后未進(jìn)行身份認(rèn)證，或者身份認(rèn)證未通過，那么你能調(diào)用API的次數(shù)為0次，也就是說圖靈機(jī)器人不會給你回復(fù)，就會出現(xiàn)“請求次數(shù)超限制”。通過認(rèn)證后，目前能夠每天調(diào)用100次，也就是聊天100次也會出現(xiàn)“請求次數(shù)超限制”了。

• （3）問：Mac電腦上沒有win32com怎么辦啊？

答：如果win32com不行，那你就用可以嘗試安裝一下pyttsx3包，用前文中提到的第一種語音輸出方式。我為了代碼整潔，所以沒有把第一種方式寫到完整代碼中(其實(shí)也寫了，寫博客的時候刪了而已，別問我為啥，為了整潔好看，lol！)。

• （4）問：為什么我的with open那里說文件找不到？

答：那是因?yàn)槲宜械匿浺粑募ㄈ鏼yvoices.wav）都在voices目錄下，所以要記得創(chuàng)建一下自己的文件夾目錄voices。

• （5）問：不會python，有沒有Java版本？

答：大家看完python版本，可以嘗試用Java來復(fù)現(xiàn)一下，畢竟你都會Java了，百度API也支持Java調(diào)用哦，看官網(wǎng)哈！

• （6）問：安裝包出現(xiàn)問題，主要是from aip import AipSpeech、import speech_recognition as sr中的aip、speech_recognition包為啥安裝不成功？

答：這兩個包比較特殊，在import的時候是aip和speech_recognition，但在install安裝的時候分別是baidu-aip和SpeechRecognition，這樣就能安裝成功啦！