来源 | HaaS技术社区
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：
- 连接物联网平台
- 监听SpeechPost 服务，下载服务端推送过来的音频文件到 /sdcard/resource/
- 监听SpeechBroadcast服务，播放指定的音频
注意事项：
- 下载常用本地音频资源文件到/sdcard/resource目录 资源文件下载
- 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
● 执行haas_speech.py
4.3、调试
4.3.1在线调试
- 打开在线调试并登录
- 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。
- 点击发起调试即可
4.3.2、SDK调试
- 安装SDK核心库
- 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。
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