捕捉音頻 - 樹莓派
在這部分課程中，你將編寫代碼來在樹莓派上捕捉音頻。音頻捕捉將由按鈕控制。
硬體
樹莓派需要一個按鈕來控制音頻捕捉。
你將使用的按鈕是一個Grove按鈕。這是一個數字傳感器，可以打開或關閉信號。這些按鈕可以配置為在按下按鈕時發送高信號，未按下時發送低信號，或按下時發送低信號，未按下時發送高信號。
如果你使用的是ReSpeaker 2-Mics Pi HAT作為麥克風，那麼不需要連接按鈕，因為這個HAT已經有一個按鈕。跳到下一節。
連接按鈕
按鈕可以連接到Grove基座HAT。
任務 - 連接按鈕
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將Grove電纜的一端插入按鈕模塊上的插座。它只能以一種方式插入。
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在樹莓派關機的情況下，將Grove電纜的另一端連接到Grove基座HAT上標有D5的數字插座。這個插座在GPIO引腳旁邊的插座行中從左數第二個。
捕捉音頻
你可以使用Python代碼從麥克風捕捉音頻。
任務 - 捕捉音頻
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啟動樹莓派並等待其啟動
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啟動VS Code，可以直接在樹莓派上啟動，也可以通過Remote SSH擴展連接。
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PyAudio Pip包具有錄製和播放音頻的功能。此包依賴於一些需要先安裝的音頻庫。在終端中運行以下命令來安裝這些庫：
sudo apt update
sudo apt install libportaudio0 libportaudio2 libportaudiocpp0 portaudio19-dev libasound2-plugins --yes -
安裝PyAudio Pip包。
pip3 install pyaudio -
創建一個名為
smart-timer的新文件夾，並在此文件夾中添加一個名為app.py的文件。 -
在此文件的頂部添加以下導入：
import io
import pyaudio
import time
import wave
from grove.factory import Factory這將導入
pyaudio模塊，一些處理波形文件的標準Python模塊，以及grove.factory模塊以導入一個Factory來創建按鈕類。 -
在此之下，添加代碼來創建一個Grove按鈕。
如果你使用的是ReSpeaker 2-Mics Pi HAT，請使用以下代碼：
# ReSpeaker 2-Mics Pi HAT上的按鈕
button = Factory.getButton("GPIO-LOW", 17)這會在端口D17上創建一個按鈕，該端口是ReSpeaker 2-Mics Pi HAT上按鈕連接的端口。此按鈕設置為在按下時發送低信號。
如果你沒有使用ReSpeaker 2-Mics Pi HAT，而是使用連接到基座HAT的Grove按鈕，請使用此代碼。
button = Factory.getButton("GPIO-HIGH", 5)這會在端口D5上創建一個按鈕，該按鈕設置為在按下時發送高信號。
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在此之下，創建一個PyAudio類的實例來處理音頻：
audio = pyaudio.PyAudio() -
聲明麥克風和揚聲器的硬體卡號。這將是你在本課程前面運行
arecord -l和aplay -l時找到的卡號。microphone_card_number = <microphone card number>
speaker_card_number = <speaker card number>將
<microphone card number>替換為你的麥克風卡號。將
<speaker card number>替換為你的揚聲器卡號，即你在alsa.conf文件中設置的相同號碼。 -
在此之下，聲明用於音頻捕捉和播放的採樣率。根據你使用的硬體，你可能需要更改此值。
rate = 48000 #48KHz如果在運行此代碼時遇到採樣率錯誤，請將此值更改為
44100或16000。值越高，音質越好。 -
在此之下，創建一個名為
capture_audio的新函數。這將被調用來從麥克風捕捉音頻：def capture_audio(): -
在此函數內，添加以下 內容來捕捉音頻：
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()此代碼使用PyAudio對象打開一個音頻輸入流。此流將以16KHz的速率從麥克風捕捉音頻，並以4096字節大小的緩衝區捕捉音頻。
然後代碼在Grove按鈕按下時循環，每次將這些4096字節的緩衝區讀入數組中。
💁 你可以在PyAudio文檔中閱讀更多關於傳遞給
open方法的選項。一旦按鈕釋放，流將停止並關閉。
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在此函數的末尾添加以下內容：
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此代碼創建一個二進制緩衝區，並將所有捕捉的音頻作為WAV文件寫入其中。這是一種將未壓縮音頻寫入文件的標準方法。然後返回此緩衝區。
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添加以下
play_audio函數來播放音頻緩衝區：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()此函數打開另一個音頻流，這次是輸出流 - 播放音頻。它使用與輸入流相同的設置。然後將緩衝區作為波形文件打開，並以4096字節塊寫入輸出流，播放音頻。然後關閉流。
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在
capture_audio函數下方添加以下代碼，循環直到按下按鈕。一旦按下按鈕，音頻將被捕捉，然後播放。while True:
while not button.is_pressed():
time.sleep(.1)
buffer = capture_audio()
play_audio(buffer) -
運行代碼。按下按鈕並對著麥克風說話。完成後釋放按鈕，你將聽到錄音。
在創建PyAudio實例時，你可能會遇到一些ALSA錯誤。這是由於樹莓派上對你沒有的音頻設備的配置。你可以忽略這些錯誤。
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如果你遇到以下錯誤：
OSError: [Errno -9997] Invalid sample rate那麼將
rate更改為44100或16000。
💁 你可以在code-record/pi文件夾中找到此代碼。
😀 你的音頻錄製程序成功了！