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Whisper 语音识别 + Helsinki-NLP 中英翻译（RK3588）

基于 OpenAI Whisper 实现中文语音识别，配合 Helsinki-NLP（MarianMT）实现中译英翻译，模型均转换为 RKNN 格式，部署在 RK3588 NPU 上运行。

目录结构

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├── export_onnx.py                  # 从 Whisper 官方模型导出 encoder/decoder 的 ONNX 文件
├── whisper_lite.py                 # 板端推理脚本：RKNNLite 加载 encoder/decoder，做语音识别
├── mic_whisper.py                  # PC 端 demo：录音 + Whisper 识别（openai-whisper 库，非板端）
├── whisper_encoder_base.onnx       # Whisper Base 音频编码器（ONNX 原始版）
├── whisper_encoder_base.rknn       # Whisper Base 音频编码器（RKNN 转换版，板端使用）
├── whisper_decoder_base.onnx       # Whisper Base 文本解码器（ONNX 原始版）
├── whisper_decoder_base.rknn       # Whisper Base 文本解码器（RKNN 转换版，板端使用）
└── Helsinki-NLP-onnx/              # Helsinki-NLP-onnx.zip 解压后
    ├── config.json                 # MarianMT 模型配置（d_model=512, 6层encoder/6层decoder）
    ├── generation_config.json      # 生成参数（num_beams=6, max_length=512）
    ├── tokenizer_config.json       # MarianTokenizer 配置，source_lang=zho, target_lang=eng
    ├── special_tokens_map.json     # 特殊token映射（eos/pad/unk）
    ├── vocab.json                  # 词表
    ├── source.spm                  # 源语言（中文）sentencepiece 分词模型
    ├── target.spm                  # 目标语言（英文）sentencepiece 分词模型
    ├── model_fixed.onnx            # 固定长度导出的翻译模型（ONNX 原始版）
    └── model_fixed.rknn            # 固定长度翻译模型（RKNN 转换版，板端使用）

一、Whisper 语音识别

1. 导出模型（PC 端）

python export_onnx.py --model_type base

生成 whisper_encoder_base.onnx 和 whisper_decoder_base.onnx。

2. 转换为 RKNN

使用 RKNN-Toolkit2 将上一步的 onnx 转换、量化为 .rknn（转换脚本不在本项目范围内，需另行编写）。

3. 板端推理

需要 rknnlite 运行环境，另外需准备：

• mel_80_filters.txt（Mel 滤波器系数）
• vocab_zh.txt（中文词表）

python3 whisper_lite.py \
  --encoder_model_path whisper_encoder_base.rknn \
  --decoder_model_path whisper_decoder_base.rknn \
  --task zh \
  --audio_path test_zh.wav

推理逻辑：音频 → log-mel 频谱（pad/trim 到固定帧数）→ encoder 编码 → decoder 自回归解码（起始 token 为 SOT + LANG + TRANSCRIBE + NO_TIMESTAMPS，逐 token 生成直到 EOT 或达到 MAX_NEW_TOKENS）→ 查词表得到文本。

4. PC 端快速测试（不涉及 RKNN）

python mic_whisper.py

用官方 openai-whisper 库直接录音识别，用于验证效果，不用于板端部署。

二、Helsinki-NLP 中译英翻译

模型说明

• 语言方向固定为 中 → 英（source_lang=zho, target_lang=eng）。
• model_fixed 中的"fixed"表示该模型使用固定输入长度导出——RKNN 转换要求静态 shape，推理前需将输入 pad/truncate 到该固定长度。
• 分词使用 sentencepiece（source.spm / target.spm），不是简单的空格切词。

推理流程

1. 中文文本 → 用 source.spm 编码为 token id 序列，pad/truncate 到固定长度。
2. token 序列送入 model_fixed.rknn（RKNNLite）推理。
3. 输出 token id 序列 → 用 target.spm 解码为英文文本。

注意 config.json 中 decoder_start_token_id=65000、pad_token_id=65000 相同，需正确处理起始 token 与 padding 位置，避免与真实内容混淆。

依赖环境

用途	依赖
板端推理（Whisper + 翻译）	rknnlite
PC 端 Whisper demo	openai-whisper、sounddevice、numpy、scipy
翻译分词/解码	sentencepiece
模型导出	onnx、onnxsim、torch

注意事项

• whisper_lite.py 中解码器自回归解码上限为 MAX_NEW_TOKENS = 128（另有版本用 224 固定长度，视导出配置而定），可按需调整。
• task 参数目前支持 zh / en，对应不同语言 token（LANG_ZH / LANG_EN）和词表文件（vocab_zh.txt 等）。
• 如需支持英译中或其他语言对，需重新从 Hugging Face 导出对应的 Helsinki-NLP 模型（如 Helsinki-NLP/opus-mt-en-zh）并重新转换 RKNN。
• 分享/上传前建议检查 export_onnx.py 及 config.json 中 _name_or_path 字段写死的本地路径（如 /root/...），按需替换为通用路径，避免暴露服务器目录结构。

Helsinki-NLP 转 RKNN 的完整流程（补充）

1. PyTorch → ONNX（PC/WSL 端）

用 export_helsinki_onnx_fixed.py：

python export_helsinki_onnx_fixed.py

• 加载本地 MarianMT 模型（MarianMTModel + MarianTokenizer）
• 固定序列长度 FIXED_LEN = 64
• 构造三个 (1, 64) 的 dummy 输入：input_ids、attention_mask、decoder_input_ids（decoder_input_ids 全部填充为 decoder_start_token_id=65000）
• 对整个 model 一次性导出（不分离 encoder/decoder），输出名为 logits，opset_version=14
• 生成 model_fixed.onnx

2. ONNX → RKNN

直接复用 RKNN Model Zoo 官方 whisper 例程自带的通用转换脚本 convert.py（对任意 onnx 模型通用，不是专门为 NLP 写的）：

python3 rknn_model_zoo-main/examples/whisper/python/convert.py model_fixed.onnx rk3588

convert.py 核心逻辑（无需量化，走 fp）：

from rknn.api import RKNN

rknn = RKNN(verbose=False)
rknn.config(target_platform='rk3588')
rknn.load_onnx(model='model_fixed.onnx')
rknn.build(do_quantization=False)   # 默认不量化
rknn.export_rknn('model_fixed.rknn')
rknn.release()

转换过程中会出现 channel is too large, may produce thousands of regtask, fallback to cpu 和 Unkown op target: 0 之类的 E 级提示，属于部分算子自动 fallback 到 CPU 计算，不是致命错误，最终仍会生成完整可用的 model_fixed.rknn（约 216MB）。

3. 板端推理（对应 translate_lite.py）

板子上用 RKNNLite + MarianTokenizer（而不是 sentencepiece 原始接口）做实际推理：

from rknnlite.api import RKNNLite
from transformers import MarianTokenizer

FIXED_LEN = 64
tokenizer = MarianTokenizer.from_pretrained(MODEL_DIR, local_files_only=True)

rknn = RKNNLite()
rknn.load_rknn(f"{MODEL_DIR}/model_fixed.rknn")
rknn.init_runtime()

def translate(text):
    inputs = tokenizer([text], return_tensors="np", padding="max_length",
                       truncation=True, max_length=FIXED_LEN)
    input_ids = inputs["input_ids"].astype(np.int64)
    attention_mask = inputs["attention_mask"].astype(np.int64)
    decoder_input_ids = np.full((1, FIXED_LEN), 65000, dtype=np.int64)  # decoder_start_token

    outputs = rknn.inference(inputs=[input_ids, attention_mask, decoder_input_ids])
    logits = outputs[0]

    token_ids = []
    for i in range(logits.shape[1]):
        tid = int(np.argmax(logits[0, i, :]))
        if tid == 0:  # eos/pad
            break
        token_ids.append(tid)
    return tokenizer.decode(token_ids, skip_special_tokens=True)

注意：当前这版 translate_lite.py 是逐句一次性推理，不是真正的自回归解码（decoder_input_ids 全程固定为起始 token，没有把上一步生成的 token 喂回去再生成下一个），属于简化版验证脚本，翻译质量可能不如标准自回归生成，后续如果需要提升翻译效果，可以考虑改成逐 token 循环喂入的自回归方式。