Привет всем. В данной статье я расскажу историю как мы с двоюродным братом сделали свою «умную» колонку.  На самом деле никакая она неумная, грубая и не особо полезная, но зато весёлая и с характером. За мной сама идея, программирование, железо (подбор и настройка). От брата 3D-модель, 3D-печать, железо (подбор и электромонтаж). Статья по-большей части описывает то, что делал я, лишь немного касаясь 3D-модели. Будучи большим фанатом известного мультсериала «Футурама», однажды (где-то в 2018 году) мне захотелось заиметь самодельную голову робота Бендера Родригеса. В голове, в том числе крутились дурацкие варианты сделать её из какой-нибудь кастрюли. В силу своей глупости идея была забыта и заброшена ровно до того момента пока у одного хорошего человека, моего брата, товарища xbost’а не появился 3D-принтер (весна 2019 года). И тут эта идея снова ожила… Обсудив эту идею за пивом, принялись за работу. Брат начал делать 3D-модель, а я искать, что из электронного хлама в ящике стола можно задействовать в проекте. К тому моменту, у меня уже несколько лет валялась без дела плата Intel Galileo Gen2. И было желание задействовать её в этом проекте. Изначально никаких «умных» функций не планировалась, просто запихнуть её в корпус вместе с динамиком и светодиодами, вытащить кнопочку, при нажатии на которую воспроизводились бы цитаты из серий и светились диоды. В то же время вокруг буйным цветом расцветали (и продолжают расцветать сейчас) умные колонки с голосовыми ассистентами. Они вежливы (Алиса правда хамовата), достаточно много всего умеют и не работают без Интернета. И по мне достаточно скучны. Это привело к мысли, что на основе Бендера с его вредным, эгоистичным и вообще отрицательным характером можно сделать для себя отличную «умную» колонку. Этакий арт-проект, протест против умных колонок. И обязательно работающую оффлайн, даже ценой производительности. Почитав о системах распознавания речи с возможностью оффлайн-распознавания, а также узнав, что ещё один хороший человек, коллега с прошлой работы, в то время писавший диплом, использует CMU Sphinx, выбор был остановлен на нём. В силу своей природной… хм… невнимательности, я упустил существование более подходящей для моей задачи версии – pocketsphinx, и начал с «большого» CMU Sphinx на Java. Создал простенькие JSGF-грамматику и программу на Яве. Взял несколько наиболее известных цитат для проигрывания(“with blackjack and hookers”, “bite my shiny metal ass”, “kill all humans” и т.п.). Пробовал изначально на достаточно мощном компьютере(MacBook Pro 13-го года), был доволен результатом производительности, но понимал, что на Галилео меня ждёт нечто другое. Но дело оказалось совсем плохо. Вообще Галилео уже давно заброшен Интелом. Стандартный Линукс, шедший с ним мне в принципе особенно не нравился. Поэтому попробовал с последней доступной для него сборкой Дебиан. Туда с проблемами(подробности уже честно не вспомню) был поставлен JRE. В качестве устройства ввода/вывода аудио была использована USB-гарнитура. И… Результат был крайне печален в плане производительности. Сейчас опять же не вспомню, возможно неправильную акустическую модель использовал на ней, но на реакции уходило 30-60 секунд. Плюс брат начал разрабатывать 3D-модель, и сказал, что габариты Галилео большеваты. Плюс отсутствие встроенного Wi-Fi. В общем Галилео опять отправилась в стол. Решено было попробовать на гораздо более популярной Малинке, и выбор пал на слабую, но самую компактную версию Raspberry Pi Zero W. А также, прокачав внимательность, узнал о pocketsphinx (отличная статья для старта), перешёл на него, и переписал программу на Питоне. При переходе на Малину, с подачи xbost’а, родилось название для проекта – Pinder (Raspberry Pi + Bender). Да, я прекрасно помню историю с Pidora в русскоязычном сегменте, но в данном случае намеренно выбрал такое лулзовое для русского уха название. И так предыстория завершена, можно переходить непосредственно к описанию Пиндера. Перечень использованных компонентов: Raspberry Pi Zero W – собственно основа всего. UPS-Lite for Raspberry Pi Zero  Маленький ИБП для Малинки. Его штатный выключатель был выпаян, и к его контактам был припаян микропереключатель (см. далее по списку).  RGB адресная светодиодная лента на WS2812B, 60 светодиодов на 1 метр Для подсветки и анимации «зубов»(18 штук) и глаз(2 штуки). USB-аудиокарта В принципе подойдёт любая, работающая в Линуксе. Подключается через OTG-кабель в единственный доступный для этого порт на Малине Зеро. Усилитель и один динамик от таких колонок В общем тут колхозный вариант был использован. Колонки были раздербанены, взят один динамик, усилитель вытащен из корпуса. Можно было купить отдельный усилитель и динамик, но для меня самым быстрым вариантом было тогда купить эти колонки и разобрать на части. Микрофон HBC10A Но во время разработки поначалу использовался микрофон от телефонной гарнитуры Philips. Микропереключатель с лапкой KLS7-KW10 Замыкается/размыкается при вставлении/вынимании "антенны" Бендера. Включает/выключает питание от UPS к Малине. 3,5мм разъём и гнездо jack. Для подключения микрофона к аудиокарте (микрофон находится наверху Бендера, в антенне). В общем внутри всё достаточно колхозно. Схема подключений очень простая: Глаза сидят на отдельном пине от зубов и запараллелены между собой. Если бы делал сейчас, то включил бы глаза на одну ленту вместе с зубами, но что уже сделано, то сделано. Здесь я не смогу рассказать многого, так как эта часть работы полностью брата. 3D-модель и небольшая инструкция доступны здесь. Зубы и глаза напечатаны фотополимерной смолой на Anycubic Photon. Все остальные части PLA на Creality Ender 3. Если будут какие-то вопросы по 3D-модели и печати можно задать мне, я их передам, либо попробовать напрямую спросить у xbost’а на thingiverse (но не уверен будет ли он на них отвечать). Краткая схема сборки: Фото в процессе сборки и полностью собранном виде: В качестве ОС используется штатный Raspbian (теперь Raspberry Pi OS). За распознавание, как уже писалось выше, отвечает pocketsphinx. В качестве аудиоподсистемы используется Alsa (Pulseaudio выпилен). Подсветка управляется с помощью библиотеки Adafruit_Blinka. Данные о заряде/напряжении читаются из UPS-Lite посредством SMBus. При разработке никакими лучшими практиками не руководствовался, поэтому код «попахивает». Код лежит здесь. Поддерживается два языка: английский и русский. Для каждого языка своя JSGF-грамматика, набор аудио-сэмплов(сэмплов в репозитории нет, по соображениям авторских прав) и синтез речи. Русский дорабатывался(и дорабатывается) с некоторым опозданием. Основной целью была просто возможность отвечать фановыми фразами из серий. Задаешь ему вопросы типа “Как дела?”, “Где ты родился?”, “Что думаешь о Сири?”. Ищется и воспроизводится ответ из сэмплов (в случае отсутствия сэмпла используется синтез речи, но об этом чуть позже). Изначально скорость ответов на Малине была не очень шустрой (4-6 секунд до ответа): Покопавшись у себя в коде, были найдены и уничтожены необязательные паузы. То же самое касалось и сэмплов (были пустые места вплоть до 1 секунды в начале файлов).  А также прочитана информация о параметрах оптимизации pocketsphinx. Получилось уже получше: Далее начал добавлять кое-какие полезные функции. Первой стала проигрывание музыки с локальной ФС или интернет-радио с помощью MPD. При этом докричаться до Бендера при проигрывании музыки на приличной громкости сложновато: После достаточно долгого перерыва, живя на даче, была добавлена первая функция “умного дома”-  управление освещением в своём углу через ModBusTCP. Вот только Бендера недостаточно иногда просто попросить включить свет, нужно обязательно сказать "пожалуйста". Работает достаточно шустро: Потом однажды захотелось добавить читалку RSS-новостей. Это уже было невозможно без синтеза речи, но при этом хотелось, чтобы синтезатор звучал как, или хотя бы похоже на голос Бендера. Такой синтез речи на Малине Зеро представляется малореальным и поэтому в этом моменте пришлось сдаться и задействовать онлайн-сервис. Почитав информацию и попробовав разные варианты остановился на Microsoft Azure Custom Speech.  При создании пользовательского голоса на выбор есть три варианта: Statistical Parametric – стандартное качество, нужно небольшое количество(для английского языка) сэмплов для обучения. Concatenative – высокое качество, нужно 6000 сэмплов для обучения. Neural премиум-качество. По факту недоступно(доступно из США, при написании челобитной в Майкрософт зачем тебе это нужно и выкладывании 100 000$). Более подробно по технологиям синтеза речи можно почитать например на Википедии. У меня не было большого количества сэмплов, поэтому сначала поигрался со Statistical Parametric. Результат был неплох, голос конечно не был похож(такой тип синтеза для сильной похожести и не предназначен), но интонации передавал сносно. В итоге на основе набора данных созданного с помощью этой модели я создал оффлайновую модель для CMU Flite, используемую в случае отсутствия связи с MS Azure. Но всё же хотелось большей похожести и я решился попробовать собрать 6000 сэмплов для Concatenative модели, использующей отрывки из сэмплов настоящего голоса. Очень помог некий хороший человек, выложивший на YouTube 7 видео The Best of Bender. Надёргав оттуда сэмплов, приплюсовав к ним те что уже были и натравив на них майкрософтовский же Text-to-Speech (здесь у меня набор тулзов вспомогательных), получил что-то около 2000 транскрибированных сэмплов. Было принято решение просто скопировать это всё три раза под разными именами, чтобы получить 6000. В итоге всё это было залито на обучение модели, и результат получился следующим: Да конечно не идеально, но меня результат трудов устроил. В итоге синтез речи используется не только для чтения новостей, но и в случае отсутствия оригинального сэмпла. Сначала ищется сэмпл. Если его нет, проверяется связь с порталом MS Azure, если есть – синтезируется с помощью него. Если же связи с Azure нет – используется локальная модель Flite(а для русского языка роботизированный голос eSpeak). В сумме периодическими волнами и рывками разработка шла с весны 2019-го по весну 2020-го, в свободное время(хорошо видно по коммитам на гитхабе). Далее уже даже не волнами, просто отдельными всплесками. Как таковых планов развития проекта нет. Если появляется желание и вдохновение, то добавляю что-нибудь. Так конечно напрашивается сделать режим просто болталки на нейронке, обученной на фразах Бендера. Ещё возможно добавить режим bluetooth-колонки(и чтобы зубы загорались синим в этом режиме) и приложение для смартфона, для активации схемы патриотизма. Но для начала надо изобрести удлинитель пальца. Исходный код ПО и 3D-модель выложены под открытыми лицензиями, так что если у кого-то есть желание сделать своего Бендера, добавить свои функции и улучшить – буду рад. На этом статья подошла к концу. Спасибо, что прочитали! Всем хороших новостей! Блуждающий быдлокодер