HARD2021: 音声認識ライブラリSpeechRecognitionをROSパッケージ化しよう!

この記事はHARD2021(Home AI Robot Development)スプリングワークショップ用です。 SpeechRecognitionというPythonの音声認識ライブラリはご存知でしょうか。CMU Sphinx、Google Speech Recognition、Google Cloud Speech API、Wit.aiなどのエンジンを使え、エンジンによっては日本語も扱えます。詳細は次のリンクをご覧ください。

今回は、このライブラリを使ったROSパッケージを作ります。望む機能を実現するROSパッケージがなくても、それを実現するために便利なライブラリさえあれば自分でROSパッケージを作ればよいわけです。

方法は今まで学んできたROSパッケージの作り方と同じで、出力用のパブリッシャと入力用のサブスクライバを作るだけです。

作業環境

  • Ubuntu18.04
  • ROS Melodic

SpeechRecognitionのインストール

  • 端末を開いて依存関係のあるものをインストールする。
    • $ sudo apt install linuxbrew-wrapper
    • $ sudo apt install portaudio19-dev
    • $ brew install portaudio
    • $ pip install PyAudio
  •  ROSはPython2なので、SpeechRecognitionのPython2版をインストールする。
    • $ pip install SpeechRecognition

SpeechRecognitionのテスト

  • 端末を開いて、次のコマンドでSpeechRecognitionを実行する。
    • $ python -m speech_recognition
  • デフォルトは英語の認識なのでマイクに向かって英語で何か話す。認識されると次のように”You said”の後に認識結果が表示される。

Pythonのサンプルプログラム

    • 次に、上で実行したPythonのプログラムを見ていきましょう。まず、ソースコードを入手します。
      • $ cd ~/src
      • $ git clone https://github.com/Uberi/speech_recognition.git
      • $ mkdir -p ~/src/hard2021/workshop4
      • プログラムを次のファイルです。
      • ~/src/speech_recognition/speech_recognition/__main__.py
    • ソースコードsample.pyを表示します。
import speech_recognition as sr

r = sr.Recognizer()
m = sr.Microphone()

try:
    print("A moment of silence, please...")
    with m as source: r.adjust_for_ambient_noise(source)
    print("Set minimum energy threshold to {}".format(r.energy_threshold))
    while True:
        print("Say something!")
        with m as source: audio = r.listen(source)
        print("Got it! Now to recognize it...")
        try:
            # recognize speech using Google Speech Recognition
            value = r.recognize_google(audio)

            # we need some special handling here to correctly print unicode characters to standard output
            if str is bytes:  # this version of Python uses bytes for strings (Python 2)
                print(u"You said {}".format(value).encode("utf-8"))
            else:  # this version of Python uses unicode for strings (Python 3+)
                print("You said {}".format(value))
        except sr.UnknownValueError:
            print("Oops! Didn't catch that")
        except sr.RequestError as e:
            print("Uh oh! Couldn't request results from Google Speech Recognition service; {0}".format(e))
except KeyboardInterrupt:
    pass

ROSパッケージ化

    • では、このプログラムをROSパッケージ化しましょう。トピック通信の場合は大雑把にいうと次の4つを加えるだけです。
      1. ヘッダー
      2. ノード
      3. パブリッシャ
      4. サブスクライバとそのコールバック関数
      5. その他
    • ROS化したソースコードspeech_recog.pyはこれになります!
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import rospy # 1.ROS化:ヘッダ
import speech_recognition as sr
from std_msgs.msg import String

r = sr.Recognizer()
m = sr.Microphone()

rospy.init_node("speech_recog", anonymous=True) # 2. ROS化:ノード

# 3. ROS化:パブリッシャ
result_pub = rospy.Publisher("/speech_recog_result", String, queue_size=1) 

try:
    print("A moment of silence, please...")
    with m as source: r.adjust_for_ambient_noise(source)
    print("Set minimum energy threshold to {}".format(r.energy_threshold))
    rate = rospy.Rate(10)           # 5. ROS化:その他
    while not rospy.is_shutdown():  # 5. ROS化:その他 
        print("Say something!")
        with m as source: audio = r.listen(source)
        print("Got it! Now to recognize it...")
        try:
            # recognize speech using Google Speech Recognition
            value = r.recognize_google(audio, lang='en-US') # 日本語 jp-JP

            # we need some special handling here to correctly print unicode characters to standard output
            if str is bytes:  # this version of Python uses bytes for strings (Python 2)
                print(u"You said {}".format(value).encode("utf-8"))
                result_pub.publish(value) # 3. ROS化:パブリッシャ関連
            else:  # this version of Python uses unicode for strings (Python 3+)
                print("You said {}".format(value))
        except sr.UnknownValueError:
            print("Oops! Didn't catch that")
        except sr.RequestError as e:
            print("Uh oh! Couldn't request results from Google Speech Recognition service; {0}".format(e))
        rate.sleep()       # 5. ROS化:その他
except KeyboardInterrupt:
    pass

 

ハンズオン

  1. sample.pyを実行してみよう!試しに次のスティーブン・ジョブズのスタンフォード大学卒業生に向けた有名なスピーチの最後の部分を発話して認識させてみましょう。

    “Stay Hungry. Stay Foolish.” It was their farewell message as they signed off. Stay Hungry. Stay Foolish. And I have always wished that for myself. And now, as you graduate to begin anew, I wish that for you.

  2. 第2回、第3回のハンズオンを参考にspeech_recog.pyを使ったspeech_recogパッケージを作り、実行して動作を確認しよう!
  3. speech_recog.pyでは、Google Speech Recognitionサービスを使っていて、日本語にも対応してます。ソースコードを変更して試してみよう!なお、このサービスは登録なしで使えますがテスト用です。Googleの都合でいつ使えなくなるかわかりませんし、認識結果が帰って来ないときもあります。
  4. RoboCupなどの競技会では大会主催者はWiFi環境を準備していますが、通信の品質が悪い場合があります。そのため、オフラインでも音声認識できることが望まれます。SpeechRecognitionライブラリは、音声認識エンジンとしてオフライン用のCMU Sphinxも使えます。ただし、pocket sphinxのインストールが必要です。動作を確認しよう!
  5. speech_recog.pyでは、トピックのメッセージ型をstd_msgs/Stringとしましたが、recognize_google(audio, show_all=True, lang=’en-US’) とすると認識結果の複数候補とその信頼度が返却されます。そのデータをトピックとして送るために次のカスタム型を作成して、利用するプログラムを作ろう!
    • speech_recognition_msgs/SpeechRecognitionCandidates.msg
      • string[] transcript # candidate words of speech-to-text API
      • float32[] confidence # confidence of transcript
  6. なお、SpeechRecognitionはすでにYukiFurutaさんによってros_speech_recognitionパッケージになっており、上のハンズオンの答えが載っています。次の東大JSKのリポジトリからクローンできます。さらに、jsk_3rdpartyにはjulius_rosパッケージなど日本語の音声認識エンジンjuliusのROSパッケージもあります。優れたソースコードを読むことはとても勉強になり、そのうちバリバリ書けるようになることでしょう!

終わり

 

コメント

Folding@home Kanazawa (ID 257261)

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