录制音频-RaspberryPi

文档摘要

录制音频 - Raspberry Pi 在本课程的这一部分，你将编写代码来录制Raspberry Pi上的音频。音频录制将由一个按钮控制。硬件 Raspberry Pi需要一个按钮来控制音频录制。你将使用的按钮是一个Grove按钮。这是一个数字传感器，可以开启或关闭信号。这些按钮可以根据需要配置为在按下按钮时发送高信号，松开时发送低信号，或者相反。如果你正在使用ReSpeaker 2-Mics Pi HAT作为麦克风，则无需连接按钮，因为这个HAT上已经配备了一个。跳过到下一个部分。连接按钮按钮可以通过Grove底座HAT连接。任务 - 连接按钮 Grove按钮将Grove线的一端插入按钮模块上的插座。只能以一种方式插入。

录制音频 - Raspberry Pi

在本课程的这一部分，你将编写代码来录制Raspberry Pi上的音频。音频录制将由一个按钮控制。

硬件

Raspberry Pi需要一个按钮来控制音频录制。

你将使用的按钮是一个Grove按钮。这是一个数字传感器，可以开启或关闭信号。这些按钮可以根据需要配置为在按下按钮时发送高信号，松开时发送低信号，或者相反。

如果你正在使用ReSpeaker 2-Mics Pi HAT作为麦克风，则无需连接按钮，因为这个HAT上已经配备了一个。跳过到下一个部分。

连接按钮

按钮可以通过Grove底座HAT连接。

任务 - 连接按钮

将Grove线的一端插入按钮模块上的插座。只能以一种方式插入。
在Raspberry Pi断电的情况下，将Grove线的另一端连接到Grove Base HAT上标记为 D5 的数字插座。该插座是GPIO引脚旁边一排插座中的第二个。

录制音频

你可以使用Python代码从麦克风录制音频。

任务 - 录制音频

启动Pi并等待其启动。
打开VS Code，可以直接在Pi上打开，也可以通过Remote SSH扩展远程连接。
PyAudio Pip包提供了录音和回放音频的功能。这个包依赖于一些需要首先安装的音频库。在终端中运行以下命令来安装这些库：
```
sudo apt update
sudo apt install libportaudio0 libportaudio2 libportaudiocpp0 portaudio19-dev libasound2-plugins --yes 
```
安装PyAudio Pip包。
```
pip3 install pyaudio
```
创建一个名为 smart-timer and add a file called app.py 的新文件夹，并将此文件放入其中。
在文件顶部添加以下导入语句：
```
import io
import pyaudio
import time
import wave

from grove.factory import Factory
```
这些语句导入了 pyaudio module, some standard Python modules to handle wave files, and the grove.factory module to import a Factory 来创建按钮类。
在这之后，添加代码以创建Grove按钮。

如果你正在使用ReSpeaker 2-Mics Pi HAT，请使用以下代码：
```
# The button on the ReSpeaker 2-Mics Pi HAT
button = Factory.getButton("GPIO-LOW", 17)
```
这段代码在端口 D17 上创建了一个按钮，这是连接到ReSpeaker 2-Mics Pi HAT的按钮所在的端口。这个按钮被设置为在按下时发送低信号。

如果你没有使用ReSpeaker 2-Mics Pi HAT，并且使用的是连接到底部HAT的Grove按钮，请使用以下代码。
```
button = Factory.getButton("GPIO-HIGH", 5)
```
这段代码在端口 D5 上创建了一个按钮，该按钮在按下时发送高信号。
在这之后，创建一个PyAudio类的实例来处理音频：
```
audio = pyaudio.PyAudio()
```
声明麦克风和扬声器的硬件卡号。这将是之前在这个课程中通过运行 arecord -l and aplay -l 命令找到的卡号。
```
microphone_card_number = <microphone card number>
speaker_card_number = <speaker card number>
```
替换 <microphone card number> with the number of your microphones card.

Replace <speaker card number> with the number of your speakers card, the same number you set in the alsa.conf 文件。
在这之后，声明用于音频捕获和播放的采样率。根据你使用的硬件，你可能需要更改此值。
```
rate = 48000 #48KHz
```
如果稍后运行此代码时遇到采样率错误，请将此值更改为 44100 or 16000. The higher the value, the better the quality of the sound.
Below this, create a new function called capture_audio。这将被调用以从麦克风捕获音频：
```
def capture_audio():
```
在此函数内部，添加以下内容以捕获音频：
```
stream = audio.open(format = pyaudio.paInt16,
                    rate = rate,
                    channels = 1, 
                    input_device_index = microphone_card_number,
                    input = True,
                    frames_per_buffer = 4096)

frames = []

while button.is_pressed():
    frames.append(stream.read(4096))

stream.stop_stream()
stream.close()
```
这段代码使用PyAudio对象打开一个音频输入流。该流将以16KHz的采样率从麦克风捕获音频，每次捕获4096字节的缓冲区。

然后代码将在Grove按钮被按下时循环，每次读取这些4096字节的缓冲区到数组中。

你可以在 PyAudio文档中了解更多关于传递给 open 方法的选项。

一旦按钮被释放，流将停止并关闭。

在此函数末尾添加以下内容：


wav_buffer = io.BytesIO()
with wave.open(wav_buffer, 'wb') as wavefile:
    wavefile.setnchannels(1)
    wavefile.setsampwidth(audio.get_sample_size(pyaudio.paInt16))
    wavefile.setframerate(rate)
    wavefile.writeframes(b''.join(frames))
    wav_buffer.seek(0)

return wav_buffer

这段代码创建了一个二进制缓冲区，并将所有捕获的音频写入它作为一个WAV文件。这是一种标准的方式，用于将未压缩的音频写入文件。然后将此缓冲区返回。

添加以下 play_audio 函数以播放音频缓冲区：


def play_audio(buffer):
    stream = audio.open(format = pyaudio.paInt16,
                        rate = rate,
                        channels = 1,
                        output_device_index = speaker_card_number,
                        output = True)

    with wave.open(buffer, 'rb') as wf:
        data = wf.readframes(4096)

        while len(data) > 0:
            stream.write(data)
            data = wf.readframes(4096)

        stream.close()

此函数打开另一个音频流，这次是用于输出——播放音频。它使用与输入流相同的设置。然后将缓冲区作为wave文件打开，并以4096字节的块写入输出流，播放音频。然后关闭流。

在 capture_audio 函数下方添加以下代码，以循环直到按钮被按下。一旦按钮被按下，音频将被捕获并播放。
```
while True:
    while not button.is_pressed():
        time.sleep(.1)

    buffer = capture_audio()
    play_audio(buffer)
```

运行代码。按下按钮并对着麦克风说话。当你完成后释放按钮，你会听到录音。

当创建PyAudio实例时，你可能会遇到一些ALSA错误。这是由于Pi上对未使用的音频设备的配置。你可以忽略这些错误。


pi@raspberrypi:~/smart-timer $ python3 app.py 
ALSA lib pcm.c:2565:(snd_pcm_open_noupdate) Unknown PCM cards.pcm.front
ALSA lib pcm.c:2565:(snd_pcm_open_noupdate) Unknown PCM cards.pcm.rear
ALSA lib pcm.c:2565:(snd_pcm_open_noupdate) Unknown PCM cards.pcm.center_lfe
ALSA lib pcm.c:2565:(snd_pcm_open_noupdate) Unknown PCM cards.pcm.side

如果你遇到以下错误：


OSError: [Errno -9997] Invalid sample rate

那么请将 rate 更改为44100或16000。

你可以在 code-record/pi 文件夹中找到此代码。

你的音频录制程序成功了！

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作者与出处

原作者： microsoft

来源：microsoft

原文： https://github.com/microsoft/IoT-For-Beginners

许可证：MIT

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