用树莓派实现会说话的汤姆猫
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
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）。
