用树莓派实现会说话的汤姆猫

Posted 2020-11-16 bossma

会说话的汤姆猫很多人都玩过，对着它说话，它就会用猫的音调重复你说的话。这篇文章就是介绍如何使用树莓派来实现这个功能。

测试设备：

树莓派3B+

ReSpeaker 2-Mics Pi HAT（USB的麦克风应该也可以）

耳机/音箱（需要带插头的）

1、ReSpeaker硬件安装

ReSpeaker是直接扣在树莓派上的，将树莓派的针脚全部插入到ReSpeaker中。

2、ReSpeaker驱动安装

通过SSH连接到树莓派后，首先更新包源，然后安装git，下一步会使用git下载代码：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install git

从github获取麦克风驱动源代码：

git clone https://github.com/respeaker/seeed-voicecard.git

进入源代码目录，安装驱动：

cd seeed-voicecard
sudo ./install.sh
reboot

安装成功后需要重启，然后分别执行aplay -l和arecord -l列出所有的声音播放设备和声音录制设备：

pi@raspberrypi:~ $ aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: ALSA [bcm2835 ALSA], device 0: bcm2835 ALSA [bcm2835 ALSA]
  Subdevices: 7/7
  Subdevice #0: subdevice #0
  Subdevice #1: subdevice #1
  Subdevice #2: subdevice #2
  Subdevice #3: subdevice #3
  Subdevice #4: subdevice #4
  Subdevice #5: subdevice #5
  Subdevice #6: subdevice #6
card 0: ALSA [bcm2835 ALSA], device 1: bcm2835 ALSA [bcm2835 IEC958/HDMI]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 1: seeed2micvoicec [seeed-2mic-voicecard], device 0: bcm2835-i2s-wm8960-hifi wm8960-hifi-0 []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
pi@raspberrypi:~ $ arecord -l
**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 1: seeed2micvoicec [seeed-2mic-voicecard], device 0: bcm2835-i2s-wm8960-hifi wm8960-hifi-0 []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0

如果都看到了card 1: seeed2micvoicec，则说明安装成功。

3、ReSpeaker驱动安装问题

如果安装成功请跳过这一步。

我这里第一次安装没有成功，报了一个错误：

Error! echo
Your kernel headers for kernel 4.14.50-v7+ cannot be found at
/lib/modules/4.14.50-v7+/build or /lib/modules/4.14.50-v7+/source.

大概意思是说找不到linux内核的头文件，这个去目录下找确实没有，可能是由于官方镜像升级内核时遗漏了些东西，最终按照这篇文章解决了：https://github.com/respeaker/seeed-voicecard/issues/83

大概步骤是：

（1）升级系统内核（如果没安装rpi-update，则需要先安装）:

sudo rpi-update

安装成功后重启。

（2）更新linux headers（如果没安装rpi-source，则需要先安装）:

sudo rpi-source --skip-gcc

（3）删除老版本的linux headers：

删除/lib/modules/文件夹下的老版本，比如我这里安装的最新版本是： 4.14.54-v7+，把非4.14.54开头的文件夹删掉就行了。

（4）重新安装驱动：

sudo ./install.sh

安装成功后重启，再执行aplay -l和aarecord -l确认是否安装成功。

4、测试ReSpeaker

执行录音和播放命令：

arecord -f cd -Dhw:1 | aplay -Dhw:1

将扬声器的插头插入ReSpeaker的播放器接口。

现在说话，耳机中应该能够听到重复的声音。

ReSpeaker上还支持APA102 LED，可以根据接收到的声音有闪灯的效果。

这里用到了pip，这是python的一个包安装工具，需要先安装：

wget https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py
python get-pip.py
pip -V　　#查看pip版本

然后安装运行：

sudo pip install spidev
git clone https://github.com/respeaker/mic_hat.git
cd mic_hat
python pixels.py

现在说话的时候等应该会闪。

5、安装PyAudio

虽然aplay和arecord可以实现播放和录音的功能，但是如果要实时检测声音的话需要用PyAudio（可能也有别的库，这里选一个常用的）。

因为我这里用了python3，所以需要python3版本的PyAudio：

sudo apt-get install portaudio19-dev python-all-dev python3-all-dev
pip3 install pyaudio

6、安装SoundTouch

这个程序可以对音频进行一些处理，我们这里用来做变声。

在Windows上可以直接下载：https://www.surina.net/soundtouch/download.html

在树莓派上需要源代码编译安装这个程序：

sudo wget https://gitlab.com/soundtouch/soundtouch/-/archive/soundtouch-2.0.0/soundtouch-soundtouch-2.0.0.tar.gz
sudo tar -xvf  soundtouch-soundtouch-2.0.0.tar.gz
cd soundtouch-soundtouch-2.0.0
sudo apt-get install automake autoconf libtool build-essential
./bootstrap
./configure
make
make install

安装之后会在/usr/local/lib中生成类库文件，但是这个目录下的文件不能自动发现，建议将这个目录增加到/etc/ld.so.conf中：

include ld.so.conf.d/*.conf
/usr/local/lib  #增加的行

然后运行 ldconfig 加载配置。

7、运行汤姆猫程序

这是一个用python3写的程序，先安装几个依赖库：

sudo pip3 install numpy

然后在/home/pi下创建一个目录tomcat：

cd /home/pi
mkdir tomcat
cd tomcat

然后创建 tomcat.py，这个是会说话的汤姆猫的主程序。其中大概的流程是：

持续监控麦克风声音，如果达到某个阈值就开始录制声音，如果声音低于某个阈值就结束录音，然后保存声音，然后变声，然后播放；播放完毕后，继续监控麦克风声音。

现在上传这个文件到tomcat目录中就可以运行了。

chmod +x ./tomcat.py
./tomcat.py

现在说句话试试，你应该能够听到汤姆猫美妙的回声了（记得连上耳机或音箱哦）。