声如其闻，DuerOS中的声音播放

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-12-11 03:16 586阅读 0赞

智能语音设备的特点是语音交互成为人机交互的重要方式，智能语音设备的声音输出摆脱了预置的逻辑，成为了响应式反馈，尤其是对声音输入的响应。在智能语音设备上，基于语音交互的服务被称为技能，通过诸如DBP（DuerOS Bot Platform）开放平台开发技能，进而提供基于语音交互的服务，关于面向DuerOS的技能开发可以参考《[面向接口/协议？看DuerOS的技能开发][DuerOS]》。

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那么， 技能是在智能语音设备上如何播放声音的呢？

在DuerOS 中，主要提供了三种声音的播放方式：音视频媒体播放，TTS 合成的语音播放 和利用TTS合成的媒体及文本混合播放。

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## 音视频媒体播放 ##

点播和资源类的技能都采用音视频媒体播放的方式。当技能收到用户请求的意图时，技能在响应中返回音视频媒体播放的指令和媒体资源的url，以及其他的相关内容，在智能语音设备收到技能响应的内容后，即可播放技能制定的资源。

### 基于AudioPlayer的音频播放 ###

音频资源既可以在有屏语音设备（如小度智能屏系列），也可以在无屏语音设备（如小度音箱系列）上播放，主要是通过AudioPlayer 相关指令完成的。

AudioPlayer指令从技能发送给DuerOS，对端上进行音频资源的播放控制。在DuerOS收到该指令后，会经过一系列处理解析为端上对应的播放指令。在云端下发AudioPlayer指令后，端上开始音频资源播放操作。音频资源播放会触发一系列事件上报到云端。这些指令和事件分别是：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>指令或事件</th> 
   <th>功能解释</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.Play指令</th> 
   <th>播放</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.Stop指令</th> 
   <th>停止</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.PlaybackStarted事件</th> 
   <th>播放开始</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.PlaybackStopped事件</th> 
   <th>播放暂停。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.PlaybackFinished事件</th> 
   <th>播放结束，即一首歌播放完后上报的事件</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.PlaybackNearlyFinished事件</th> 
   <th>在播放即将结束时上报的事件</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>AudioPlayer.PlaybackFailed事件</th> 
   <th>当设备端播放audio item发生错误时上报此事件</th> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

AudioPlayer.Play指令是驱动播放音频的核心指令，一般地，使用Play指令时，response需要返回shouldEndSession值为true,使端上关闭麦克风。消息示例如下：

{
        "type": "AudioPlayer.Play",
        "playBehavior": "{
        {STRING}}"
        "audioItem": {
            "audioItemId": "{
        {STRING}}",
            "stream": {
                "url": "{
        {STRING}}",
                "outputSpeech": {
                    "type": "{
        {STRING}}",
                    "text": "{
        {STRING}}",
                    "ssml": "{
        {STRING}}",
                    "ttsTemplates": {
        {TTSTemplateStructure}}
                },
                "streamFormat": "{
        {STRING}}",
                "offsetInMilliSeconds": {
        {LONG}},
                "token": "{
        {STRING}}",
                "progressReportIntervalMs": {
        {LONG}}
            },
            "playerInfo": {
                "content": {
        {AudioPlayerInfoContentStructure}},
                "controls": [
                    {
        {ControlStructure}},
                    {
        {ControlStructure}},
                    ......
                ]
            }
        }
    }

当持续播放音频资源的时候，技能需要监听AudioPlayer.PlaybackNearlyFinished事件，通过playBehavior参数对播放的音频队列进行调整，DuerOS 是通过资源迭代的方式完成多个音频资源间连续播放的。

当然，使用全双工特性时，DuerOS的处理稍有不同，详情可以参见《[聊聊“全双工”][Link 1]》。

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### 基于VideoPlayer 的视频播放 ###

视频资源只可以在有屏语音设备（如小度智能屏系列）上播放，主要是通过VideoPlayer 相关指令完成的。

VideoPlayer提供了VideoPlayer指令接口和VideoPlayer事件接口。VideoPlayer指令是技能向DuerOS发送的，对视频进行控制的指令，如播放指令、停止播放指令等。DuerOS收到指令后会转化成端上能识别的播放指令，对视频进行相应的控制。VideoPlayer事件是指在视频播放过程中触发一系列事件，DuerOS会将这些事件上报给技能，请求技能进行处理。这些指令和事件分别是：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>指令或事件</th> 
   <th>功能解释</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.Play指令</th> 
   <th>播放</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.Stop指令</th> 
   <th>停止</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.ClearQueue指令</th> 
   <th>用于清除video_player播放队列</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackStarted事件</th> 
   <th>播放开始</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackStopped事件</th> 
   <th>播放暂停</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackFinished事件</th> 
   <th>播放结束，即一个视频播放完后上报的事件</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackNearlyFinished事件</th> 
   <th>在播放即将结束时上报的事件。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.ProgressReportIntervalElapsed事件</th> 
   <th>本事件用来统计播放情况。如果Play指令有progressReportIntervalInMilliseconds，则在播放对应video item时，每隔此时间上报本事件。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.ProgressReportDelayElapsed事件</th> 
   <th>本事件用来统计播放情况。如果Play指令中有progressReportDelayInMilliseconds，则对应video item播放此时间长后会上报本事件</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackStutterStarted事件</th> 
   <th>在PlaybackStarted事件之后，如果设备端缓冲视频数据慢于播放速度时，会上报此事件。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackStutterFinished事件</th> 
   <th>PlaybackStutterStarted事件之后，缓冲恢复到正常状态，可重新开始播放时端上会上报本事件。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackPaused事件</th> 
   <th>视频播放时，如果发生对话/闹钟等行为，则视频播放会暂停，此时，端上会上报PlaybackPaused事件和PlaybackResumed事件。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackResumed事件</th> 
   <th>视频播放时，如果发生对话/闹钟等行为，则视频播放会暂停，此时，端上会上报PlaybackPaused事件和PlaybackResumed事件。</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>VideoPlayer.PlaybackQueueCleared事件</th> 
   <th>设备端处理完ClearQueue指令后会上报此事件。</th> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

技能在返回VideoPlayer.Play指令时，对于show设备中控需要补充RenderVideoPlayerInfo指令用于播放器界面的渲染，消息样例如下：

{
        "type": "VideoPlayer.Play",
        "playBehavior": "{
        {STRING}}"
        "videoItem": {
            "videoItemId": "{
        {STRING}}",
            "stream": {
                "url": "{
        {STRING}}",
                "offsetInMilliseconds": {
        {LONG}},
                "stopPointsInMilliseconds":[
                    {
        {LONG}},
                    {
        {LONG}},
                    ...
                ],
                "expiryTime": {
        {STRING}}
                "progressReport": {
                    "progressReportDelayInMilliseconds": {
        {LONG}},
                    "progressReportIntervalInMilliseconds": {
        {LONG}}
                },
                "token": "{
        {STRING}}",
                "expectedPreviousToken": {
        {STRING}}
            }
        }
    }

使用VideoPlayer持续播放视频资源的方法与音频资源持续播放的方式类似。

音视频媒体播放是技能播放声音的重要方法，在非资源类技能中也有着广泛的应用。

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## 基于TTS 的语音播放 ##

音视频资源有着很好的表现力，但面向动态播报的内容预先录制的成本比较高，对于各种各样的文本播报，一般采用TTS 合成的方式完成语音播放。

### TTS 的语音播报指令——outputSpeech ###

outputSpeech是基于TTS的语音播报指令，表示本次返回结果中需要播报的语音信息，消息样例如下：

......
    
    "response" : {
            "outputSpeech" : {
                "type" : "{
        {STRING}}",
                "text" : "{
        {STRING}}",
                "ssml" : "{
        {STRING}}",
            },
            "card" : {},
            "directives" : [],
            "expectSpeech": {
        {BOOLEAN}},
            "shouldEndSession" : {
        {BOOLEAN}}
        }

在outputSpeech的指令机构中，TTS合成有如下的类型：

*  PlainText：普通文本。
 *  SSML：一种结构化语言，用于辅助描述语音发音声调。

当type取值为PlainText时，该字段为必选字段。长度不能超过256个字符。当type为SSML时，该字段为必选字段，长度不能超过256个字符，SSML 会在下一节“基于TTS的媒体和文本合成播放”中在进行描述。

### outputSpeech 的变种——reprompt ###

在需要用户输入时，如果用户离开了，麦克风没有进行语音的输入，或用户输入的语音请求系统无法解析成技能的任何意图，则可以使用reprompt来播放预置的内容。

reprompt.outputSpeech参数定义与上述outputSpeech的定义一致，消息样例如下：

"response" : {
            "outputSpeech" : {
                "type" : "{
        {STRING}}",
                "text" : "{
        {STRING}}",
                "ssml" : "{
        {STRING}}",
            },
            "reprompt" : {
                "outputSpeech" : {
                    "type" : "{
        {STRING}}",
                    "text" : "{
        {STRING}}",
                    "ssml" : "{
        {STRING}}",
                }
            },
            "card" : {},
            "directives" : [],
            "expectSpeech": {
        {BOOLEAN}},
            "shouldEndSession" : {
        {BOOLEAN}}
        }

### repromt指令实际上是outputSpeech指令的变种，是一种应用在特定场景的TTS 语音播报。 ###

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### 长文本的播放 ###

TTS 播报中对文本长度的限制往往被人们所诟病。话术太长往往会被截断，或者在播放的过程中，由于长时间没有用户交互导致session 被关闭，现象就是在TTS 播放一段时间后，技能退出了，用户需要重新打开技能才能继续在技能中交互。

针对长文本的播报，目前DuerOS 提供了两种解决方案：分段持续播放和媒体转换播放。

#### 分段持续播放 ####

既然长文本在播放过程中无法维持session， 那么我们可以把长文本分割成多个短文本，在前一个短文本播放完毕之后，在继续播放下一个短文本，如此类推，实现长文本的持续完整播放。

具体的方式是应用DuerOS 的StreamResponse 特性，StreamResponse 定义了技能在执行过程中，下发部分结果到端上执行，在端执行完这部分结果后，上报事件以获取技能的其它结果，适应于以下场景：技能返回shouldEndSession=false和StreamResponse.SendPart指令。

StreamResponse.SendPart指令告知DuerOS平台本次只返回部分满足结果，期望在StreamResponse.NextRequired事件时继续返回结果。技能在返回本指令时，如果shouldEndSession=true，DuerOS平台将忽略本指令。技能在返回本指令时，如果shouldEndSession=false，DuerOS平台在本次结果执行后，下发StreamResponse.NextRequired事件给技能，消息样例如下：

{
        "type": "StreamResponse.SendPart",
        "token": "{
        {STRING}}"
    }

技能在收到StreamResponse.NextRequired事件后，返回计划内的下一个响应结果, request中事件样例如下：

{
        "type": "StreamResponse.NextRequired",
        "requestId": "{
        {STRING}}",
        "timestamp": "{
        {STRING}}",
        "token": "{
        {STRING}}"
    }

StreamResponse.SendPart指令 和StreamResponse.NextRequired事件组成了一种类似迭代器的机制，使技能可以完成长文本的分段发送。

当然，StreamResponse的应用场景还有很多，长文本的TTS播报只是其中的一个典型应用而已。

![format_png 5][]

#### 媒体转换播放 ####

既然长文本的TTS播报受限于长度，那能否将长文本实时在线转换为音频资源，然后采用AudioPlayer.play 指令播放来突破文本长度的限制呢？答案是肯定的。

DuerOS 提供一种在线将文本转化成音频资源的方法，在技能返回Play指令的时候，content为指定schema的tts，DuerOS会进行及时的批量替换。

schema示例如下：

以下是文本“度秘提醒你今天是妈妈的生日” tts://dueros.baidu.com?text=%E5%BA%A6%E7%A7%98%E6%8F%90%E9%86%92%E4%BD%A0%E4%BB%8A%E5%A4%A9%E6%98%AF%E5%A6%88%E5%A6%88%E7%9A%84%E7%94%9F%E6%97%A5&from=标明技能来源&expire=86400

其中参数需要urlencode, php使用rawurlencode函数即可，其他编程语言类似。

*  text：文本长度5k以内
 *  from: botid，需要传相关来源
 *  expire: 音频地址的保存时间，最多不超过7天，单位是秒

使用每天转换播放长文本的示例如下：

{
        "directive": {
            "header": {
                "messageId": "YXVkaW9fbmV3cysxNjAwMTU2ODI4Xzk2NmExampiMQ==",
                "name": "Play",
                "namespace": "ai.dueros.device_interface.audio_player"
            },
            "payload": {
                "audioItem": {
                    "audioItemId": "9696687530282687670",
                    "stream": {
                        "expiryTime": "2020-10-01T00:00:00+08:00",
                        "offsetInMilliseconds": 0,
                        "progressReport": {
                            "progressReportIntervalInMilliseconds": 15000
                        },
                        "streamFormat": "AUDIO_MPEG",
                        "token": "eyJib3RfaWQiOiJhdWRpb19uZXdzIiwicmVzdWx0X3Rva2VuIjoiNjk0ODQ2MDY5Mjc0NmYwYjY3YTRhNzI5ZWMwZDE1ZGUiLCJib3RfdG9rZW4iOiI5Njk2Njg3NTMwMjgyNjg3NjcwIiwibGF1bmNoX2lkcyI6WyJhdWRpb19uZXdzIl19",
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    }

通过分段持续播放和媒体转换播放这两种解决方案，在DuerOS上可以相对有效地解决TTS 文本播放的问题。

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## 基于TTS 的媒体与文本合成播放 ##

音视频资源可以有效地提升声音的品质和效果，TTS 文本播报能解决动态内容的播放问题，二者结合可以进一步提升技能的表现效果，提升服务的用户体验。

目前，DuerOS 提供的可行方式是在技能中使用SSML。DuerOS支持基础标签和扩展标签两种：基础标签里的所有标签都是SSML标准标签，相当于SSML标签的子集；扩展标签指DuerOS使用标准SSML语言定制的标签。

基础标签目前包括6种：

*  speak：根标签
 *  audio：根据url合成已有音频
 *  say-as：设置数字、符号等的读法
 *  sub：替换目标单词
 *  silence：设置静音，在文本播报的开头或者结尾增加静音片段，最大10s
 *  phoneme：多音字注音

对于audio标签而言，音频以服务器可以访问的的地址给出，目前支持16K采样和24K采样,16bit,单声道，44字节头的wave格式文件。出于性能的约束，要求必须将相应的音频文件上传到百度云bos平台，使用bos提供的地址。单个请求最大限制3个并列的audio资源，单个audio资源大小限制为3M。

扩展标签目前包括4种：

*  background：设置背景声
 *  say-as：在属性interpret-as加入两个新值，仅对英文有效
 *  poem：设置诗词，属性值 “wuyan”代表五言诗；“qiyan”代表七言诗；“songci”代表宋词
 *  space：在所包含文本的空格处生成停顿

其中background标签与audio 标签具有类似的性质，要求必须将相应的音频文件上传到百度云bos平台，使用bos提供的资源url地址。

关于在DuerOS 中如何使用SSML，以及SSML 的更多信息，可以参考《[生动化你的表达——DuerOS中的SSML应用][DuerOS_SSML]》。

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## 小结 ##

声音的播放是智能语音设备的基础能力，直接播放音视频资源是一种直接的声音播放方式，面向动态文本内容的声音播放一般采用TTS合成的方式实现。outputSpeech 是DuerOS中的TTS合成指令，repromt指令是outputSpeech 指令在特定场景下的变种。对于长文本的播放，DuerOS 提供了分段连续播放和媒体在线转换两种解决方案，DuerOS中的SSML 播放则可以相对有效地将媒体资源播放和TTS语音播放结合起来，从而使DuerOS 技能给用户带来更好的用户体验。

除了SSML之外，如何进一步提高语音合成的表现力呢？家中的孩童能否在“小度系列产品”上听到爸爸声音讲的故事呢？一系列与声音播放相关的新功能特性已经在路上了，DuerOS，值得期待！

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（文中图片都来自网络，如有侵权，联系作者删除）

#### 【关联阅读】 ####

*  https://dueros.baidu.com/dbp
 *  [聊聊“异步”][Link 2]
 *  [聊聊“全双工”][Link 1]
 *  [多模态交互之DPL 2.0][DPL 2.0]
 *  [调试DuerOS的智能语音技能][DuerOS 1]  
    
 *  [DuerOS的零编程技能实现][DuerOS 2]
 *  [揭秘“语音交互”背后的AI硬核黑科技！][AI]
 *  [《智能语音时代》的读书笔记][Link 3]  
    
 *  [再看语音交互设计][Link 4]
 *  [语音交互设计的一点认知][Link 5]  
    
 *  [百度AI开发者大会之DuerOS 回顾][AI_DuerOS]  
    
 *  [AI开发者大会中的公开课解读——DuerOS技能开发与CFC编程][AI_DuerOS_CFC]  
    
 *  [AI开发者大会中的公开课解读——如何在DuerOS技能中实现用户支付购买][AI_DuerOS 1]  
    
 *  [DPL 来了——百度2019AI开发者大会DuerOS公开课解读之三][DPL _2019AI_DuerOS]  
    
 *  [故事工厂在DuerOS技能开发中的应用——百度2019AI开发者大会DuerOS公开课解读之四][DuerOS_2019AI_DuerOS]
 *  [企业赋能  AI 服务生活][_AI]  
    
 *  [DuerOS 走进初夏的成都][DuerOS 3]  
    
 *  [放心用吧！浅谈DuerOS的安全性][DuerOS 4]  
    
 *  [智能音箱场景下的性能优化][Link 6]  
    
 *  [在校大学生能成为DuerOS 的独立开发者吗？][DuerOS 5]  
    
 *  [生动化你的表达——DuerOS中的SSML应用][DuerOS_SSML]  
    
 *  [用JavaScript打造AI应用-从Nodejs SDK 看DuerOS的技能开发][JavaScript_AI_-_Nodejs SDK _DuerOS]
 *  [从Java SDK看DuerOS的技能开发][Java SDK_DuerOS]
 *  [面向接口/协议？看DuerOS的技能开发][DuerOS]
 *  [感知自然语言理解（NLU）][NLU]
 *  [感知人工智能操作系统][Link 7]

[DuerOS]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwOTcyNzA0OQ%3D%3D&chksm=80d32449b7a4ad5f43da9ce81a684d01795c2a8e40d27807dc036f661a9d7dadd2432e2cffd5&idx=1&mid=2658974063&scene=21&sn=8d15d4d764f6237a359556e6714e7943#wechat_redirect
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[Link 1]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwOTcyNzA0OQ%3D%3D&chksm=80d3228eb7a4ab98b94ffb8d16bd9b62f30e98beeda0c59ed4437e13f0d1405650cc237f80ae&idx=1&mid=2658975656&scene=21&sn=ad997f9a72265ca9319d8d4d7fb4fded#wechat_redirect
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