0826 - 制作智能音箱

使用树莓派 4B + wukong 模块 + OpenAI,做了个智能音箱,简单记录下关键节点。

智能音箱的大概流程是这样的:

  • 关键词唤醒
  • 听用户说什么并转换为文字
  • 识别文字中的命令并得到答案
  • 将文字转换为音频并播放
  • 将上述流程串起来

上面是从技术的角度分析。从产品的角度,还要考虑很多事情

  • 产品外观及工业设计
  • 响应速度与使用感受
  • 稳定性
  • 电池、功耗、散热等

从实现的角度,各个模块都有对应的选择,每个模块取最优解,然后组合出产品,是可以的。只是,这会比较耗时。经过简单的比较,选择 wukong-robot 这一成套解决方案。

关于硬件的选型。先是用我手上吃灰的 Radxa 安装。不过,由于这个硬件比较老了,官方的 Ubuntu 系统很久远,在安装 wukong-robot 时,遇到一系列兼容性问题。花了很多时间后,决定放弃。

找朋友借来了树莓派 3B。果然,树莓派生态很好。就拿安装系统来说,官方出了多平台的工具,很容易安装指定系统。并且,树莓派的系统是安装在 SD 卡上的。这样,更换 SD 卡就可以更换系统,很方便。

安装 wukong-robot 后,又遇到问题:这块板的 USB 有故障,识别不了 USB 设备。这就难办了,因为麦克风、扬声器是需要 USB 接口的。没办法,又买了树莓派 4B。

在新的硬件上,基本跑通了默认系统后,还要有一系列的配置和优化。

关于后端引擎,最想用的自然是 ChatGPT/OpenAI。不过,这个东西在国内是无法访问的。试了在板子上搭建梯子,可遇到 SSL 的问题,花了很长时间没解决,并且也不是必现的,只是高概率。

后来想的办法,就使用 Azure 的 ChatGPT 接口。具体的,使用日本的节点,会相对快点。好处是不用梯子,但总的响应速度,还是不如梯子 + OpenAI 接口。先这样用段时间,再考虑优化速度吧。

关于语音识别,简单比较几个,感觉区别不是太大,最后选了腾讯语音。

关于语音全成,默认是 Edge 接口,合成的效果不错。不过,实际有时会慢,比如一句短语可能要 2s 以上,这就比较影响体验,最后选了腾讯语音。

关于麦克风和扬声器,考虑最后的外观,选择了一个 USB 一体的、方形的设备。这样,可以比较容易和树莓派一起放到一个壳子里。

说到壳子,自己设计了简单的外壳,正在 3D 打印,收到后再验证。多半,还会再做几版。

还有其它一些优化,比如:

  • wukong-robot 在识别出命令后,会先调用百度 Unit 进行第一遍处理,目的是识别出一些预定义的功能,比如「大点声」这类的。问题是,这个操作会增加 3s 的延时。显然,为了低频的预处理,给所有请求都加上延时,是不划算的,于是我去掉了。
  • 但调音量的需求确实存在,于是在发送到 OpenAI 进行识别之前,硬编码对命令进行预识别和处理。这是本地的,不消耗时间。wukong-robot 内置的调音量,是硬编码设置默认设备的,这点改成了可以调节指定设备的。
  • 替换录音开始、结束的提示音,减缓大延时带来的差体验。

最终产品,主要是给娃用的,回答他的十万个为什么。从初步使用体验上看,还是满意的。最大的不足是唤醒不灵敏、可能误唤醒。这点之后考虑用麦克风阵列,取代现在的单麦克风。未来,还会根据实际使用来不断改进。

后记:其实这件事,我几个月前就想做了,拖拖拉拉做到现在。

最开始,我是想基于现有的智能音箱做二次开发。最后发现,我还是太年轻。但凡厂商,几乎没有真正开放的。如果很容易让别人二次开发,岂不是给别人嫁衣。

如果自己完整做一个,需要大块的时间,一直没这个勇气,直到最近才下决心。比如,看到人家稚晖君,半年时间就做出那么高级的机器人,自己半年组装不出一个音箱,真是太汗颜了。