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微信小程序语音识别服务搭建全过程解析（支持新老接口mp3/silk录音）

标签：

Java Linux 深度学习

silk v3（或新录音接口mp3）录音转olami语音识别和语义处理的api服务（ubuntu16.04服务器上实现）

重要的写在前面

重要事项一：
所有相关更新，我优先更新到我个人博客中，其它地方的文章属于本人或他人转发，不一定及时同步。

微信小程序老录音接口录silk后调用：https://api.happycxz.com/wxapp/silk2asr
微信小程序新录音接口录mp3后调用：https://api.happycxz.com/wxapp/mp32asr

亲测录音文件大小，供参考：录音10秒钟，silk_v3大约是10kB大小，16k单通道48k编码的mp3大约是60kB大小。老接口录音更节约流量。

重要事项二：
目前本文中提到的API已支持微信小程序录音文件格式：silk v3、mp3。
注：微信小程序开发工具上的录音不论是新接口还是老接口，都是webm/base64格式，虽然后辍名是silk（或mp3），但不是真正的silk v3（或mp3）格式的，打开看头部是 data:audio/webm;base64, 开头的。
为了便于调试，2017年9月份时我补逻辑给支持上了，但是：我在2017年11月份发现原有的webm/base格式又不支持了。
api服务器端代码没有动过，跟踪查过，目前仅发现在2017年10月份之前用微信小程序开发工具录的文件，还是可以支持的，在10月份之后的文件，就不支持了，具体什么原因只能问老马家的人了。
结论是：调用我本文中提到的两个接口，只能用真机做测试，不能用电脑录音来测试语音识别了。

重要事项三：
想要用我这个API，务必先去cn.olami.ai申请appKey和appSecret，然后将appKey告知我，我加进支持列表方可调用，二者缺一不可。文末有将有调用此文提到的API服务的案例以及源码分享文章链接。

调用案例：“遥知之”智能小秘，欢迎扫码体验：

重要事项四：
欢迎转载本文，没有什么别的要求，请保留：

本文所有源码对应码云链接：https://gitee.com/happycxz/silk2asr
本文所有源码对应github链接：https://github.com/happycxz/silk2asr

为什么做？

前不久刚发布了一个智能生活信息查询的小助手“遥知之”，可惜只能手动输入来玩，这一点体验很不好，因为微信小程序录音是silk格式的，现在主要的语音识别接口都不支持。

在网上搜了下相应的功能，也只有php做的开源代码实现的silk转wav的服务器代码，首先我不熟悉PHP，其次也不知道后期有没有维护，干脆自己做一个tomcat + java版的，权当学习娱乐一下。

怎么做？

准备环境

先需要有一个支持https的服务器，我目前用的服务器是阿里云秒杀的免费最低配置的服务器，预装的ubuntu16.04 LTS版，然后自己捣鼓一下，配置上了https，具体是用 nginx + let's encrypt + tomcat来提供的https的API。这里不详细介绍，感兴趣的自己研究下。

需要一个silk解码器，网上有一牛在2015年年初曾经发贴讨论过这个话题：silk v3 编码的音频怎么转换成 wav 或 mp3 之类的？

而且此牛后面有持续研究，提供了开源的silk_v3_decoder项目，具体见：kn007大牛的silk_v3_decoder

对了，开源项目是github上的，服务器上装个git，这不用额外再说明了吧。

搭建服务步骤

下载silk-v3-decoder

基本就是在服务器上找个目录，把大牛kn007的项目下载下来。

root@alijod:/home/jod/wechat_app# mkdir download
root@alijod:/home/jod/wechat_app# cd download/
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download# git clone https://github.com/kn007/silk-v3-decoder.git
Cloning into 'silk-v3-decoder'...
remote: Counting objects: 634, done.
remote: Total 634 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 634
Receiving objects: 100% (634/634), 72.79 MiB | 9.50 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (352/352), done.
Checking connectivity... done.
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download# ll
total 12
drwxr-xr-x 3 root root 4096 Sep 18 10:11 ./
drwxr-xr-x 7 root root 4096 Sep 18 10:11 ../
drwxr-xr-x 5 root root 4096 Sep 18 10:11 silk-v3-decoder/
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download# ls silk-v3-decoder/
converter_beta.sh  converter.sh  LICENSE  README.md  silk  windows

看上述目录，其实只用到了silk这个目录，和converter.sh这个脚本。silk目录中的C代码需要gcc编译，converter.sh脚本需要修改一下，后续都会提。

编译silk_v3_decoder

根据 https://github.com/kn007/silk-v3-decoder上的README，用上这个工具，需要gcc和ffmpeg，gcc是在编译silk时执行make时用到的（普及一下小白），ffmpeg其实是脚本里要用的，与编译无关。事实是，ffmpeg在整个服务搭建过程确实不是必备的，后文将有针对这个额外说明，只是本人偷懒，暂时不想再深入研究了。

gcc的环境，如果没有安装，自己网搜吧，这里不扯了，直接进入正题：

root@alijod:/home/jod/wechat_app/download# cd silk-v3-decoder/silk/
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder/silk# ll
total 32
drwxr-xr-x 5 root root  4096 Sep 18 10:11 ./
drwxr-xr-x 5 root root  4096 Sep 18 10:11 ../
drwxr-xr-x 2 root root  4096 Sep 18 10:11 interface/
-rw-r--r-- 1 root root  3278 Sep 18 10:11 Makefile
drwxr-xr-x 2 root root 12288 Sep 18 10:11 src/
drwxr-xr-x 2 root root  4096 Sep 18 10:11 test/
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder/silk# make
…………
…………（这里是一大段编译过程日志）
…………
a - src/SKP_Silk_scale_vector.o
gcc -c -Wall -enable-threads -O3   -Iinterface -Isrc -Itest  -o test/Decoder.o test/Decoder.c
test/Decoder.c: In function ‘main’:
test/Decoder.c:187:9: warning: ignoring return value of ‘fread’, declared with attribute warn_unused_result [-Wunused-result]
         fread(header_buf, sizeof(char), 1, bitInFile);
         ^
g++  -L./ test/Decoder.o -lSKP_SILK_SDK -o decoder
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder/silk# ls
decoder  interface  libSKP_SILK_SDK.a  Makefile  src  test
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder/silk#

可以看到，上面编译过程中，最后出现了一个warning，不过没关系，ls查一下，第一个“decoder”就是我们要用的binary啦，有它就证明编译成功了。

测试silk_v3_decoder功能

接下来就要验证一下编出来的这个能不能用了。
根据 https://github.com/kn007/silk-v3-decoder上的README，摘下来一段：

sh converter.sh silk_v3_file/input_folder output_format/output_folder flag(format)

比如转换一个文件，使用：

sh converter.sh 33921FF3774A773BB193B6FD4AD7C33E.slk mp3

注意：其中33921FF3774A773BB193B6FD4AD7C33E.slk是要转换的文件，而mp3是最终转换后输出的格式。

参考上面那个例子就好了，脚本参数只有两个，一个是源文件相对或绝对路径，另一个是目标格式。
也就是说上述命令会将33921FF3774A773BB193B6FD4AD7C33E.slk（注意，例子里是slk后辍，你自己在获取微信小程序录音重命名时如果是.silk，别疑惑了，linux环境文件后辍名是没有实际意义的，感兴趣自己网搜，to小白）转码成33921FF3774A773BB193B6FD4AD7C33E.mp3。

没有silk源文件？别急，我准备了个silk_v3录音文件，附带着转出来的mp3一起放在我服务器上了，需要的可以去下载（右击后另存即可，mp3可以在线播放，silk播放不了，直接单击会“403”）：
微信小程序原始录音文件：sample.silk
converter.sh脚本转码后的文件：sample.mp3

附上我转码的操作过程：

root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder# ll
total 48
drwxr-xr-x 5 root root 4096 Sep 18 10:43 ./
drwxr-xr-x 3 root root 4096 Sep 18 10:11 ../
-rw-r--r-- 1 root root 4131 Sep 18 10:11 converter_beta.sh
-rw-r--r-- 1 root root 3639 Sep 18 10:11 converter.sh
drwxr-xr-x 8 root root 4096 Sep 18 10:11 .git/
-rw-r--r-- 1 root root 1076 Sep 18 10:11 LICENSE
-rw-r--r-- 1 root root 3582 Sep 18 10:11 README.md
-rw-r----- 1 root root 6188 Sep 18 10:43 sample.silk
drwxr-xr-x 5 root root 4096 Sep 18 10:26 silk/
drwxr-xr-x 3 root root 4096 Sep 18 10:11 windows/
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder# 
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder# 
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder# sh converter.sh sample.silk mp3
-e [OK] Convert sample.silk To sample.mp3 Finish.
root@alijod:/home/jod/wechat_app/download/silk-v3-decoder# ll
total 68
drwxr-xr-x 5 root root  4096 Sep 18 10:43 ./
drwxr-xr-x 3 root root  4096 Sep 18 10:11 ../
-rw-r--r-- 1 root root  4131 Sep 18 10:11 converter_beta.sh
-rw-r--r-- 1 root root  3639 Sep 18 10:11 converter.sh
drwxr-xr-x 8 root root  4096 Sep 18 10:11 .git/
-rw-r--r-- 1 root root  1076 Sep 18 10:11 LICENSE
-rw-r--r-- 1 root root  3582 Sep 18 10:11 README.md
-rw-r--r-- 1 root root 17709 Sep 18 10:43 sample.mp3
-rw-r----- 1 root root  6188 Sep 18 10:43 sample.silk
drwxr-xr-x 5 root root  4096 Sep 18 10:26 silk/
drwxr-xr-x 3 root root  4096 Sep 18 10:11 windows/

关于converter.sh脚本

vim打开converter.sh脚本，显示一下行号（vim中输入":set nu"后回车，我为小白操心不少），想要简单使用，其实只需要关注最后面这一段，如果想要深入研究，最好是把脚本完整过程搞懂。

 82 $cur_dir/silk/decoder "$1" "$1.pcm" > /dev/null 2>&1
 83 if [ ! -f "$1.pcm" ]; then
 84         ffmpeg -y -i "$1" "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1 &
 85         ffmpeg_pid=$!
 86         while kill -0 "$ffmpeg_pid"; do sleep 1; done > /dev/null 2>&1
 87         [ -f "${1%.*}.$2" ]&&echo -e "${GREEN}[OK]${RESET} Convert $1 to ${1%.*}.$2 success, ${YELLOW}but not a silk v3 encoded file.${RESET}"&&exit
 88         echo -e "${YELLOW}[Warning]${RESET} Convert $1 false, maybe not a silk v3 encoded file."&&exit
 89 fi
 90 ##ffmpeg -y -f s16le -ar 24000 -ac 1 -i "$1.pcm" "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1
 91 ffmpeg -y -f s16le -ar 12000 -ac 2 -i "$1.pcm" -f wav -ar 16000 -ac 1 "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1
 92 ffmpeg_pid=$!
 93 while kill -0 "$ffmpeg_pid"; do sleep 1; done > /dev/null 2>&1
 94 rm "$1.pcm"
 95 [ ! -f "${1%.*}.$2" ]&&echo -e "${YELLOW}[Warning]${RESET} Convert $1 false, maybe ffmpeg no format handler for $2."&&exit
 96 echo -e "${GREEN}[OK]${RESET} Convert $1 To ${1%.*}.$2 Finish."
 97 exit

其实关键的两行也就是Line 82和Line 90。第82行就是调用我们上文编出来的decoder解码silk_v3文件，第90行是将silk_v3文件解码出来的raw data数据转成相应格式。

这里额外说明一下我跟这两行的几个插曲：

插曲一：speex压缩

我做这个SILK语音识别服务的起初目的是让我的“遥知之”支持语音输入功能，“遥知之”上用的OLAMI接口也有语音识别，而且研究了一下他们的JAVA SDK和在线文档，从在线文档（OLAMI 文档中心->语音识别接口文档->“支持的音频格式”）上看是支持wav格式，另外支持speex压缩。

wav格式文件是很占空间的（相当于PCM原始采样数据未经压缩的，加了一个文件头），如下图所示（可能实际speex压缩的效果会更好一点）：

如果将数据通过speex压缩，就只需要脚本中的第62行，就不用依赖ffmpeg去转码也可以直接省流量上传到OLAMI语音识别服务器了。这里就是为什么我前面说到，ffmpeg并不是此服务搭建中必备之原因。

如果通过speex会大大降低传输效率，于是期间我有花蛮长时间在研究如何将pcm数据转成speex的，比如怎么调用c代码实现的speex的编码（java下通过JNI调用speex的encoder，研究未果，放弃了这个方案），后来又找了jspeex（java版的speex codec）等等，后面因有另一个省事方案，这里用jspeex的方案就中断未深入研究了，其实应该是行的通的。

有人说olami java sdk里默认是将wav或pcm通过speex压缩传输的，这样一来，我只需要将wav或pcm对接olami java sdk就可以实现“省流量”传输到olami语音识别服务器了。这就是我最终采用的省事方案。

插曲二：采样率不适配

发现通过微信小程序端录音出来的silk v3文件，经过kn007的converter.sh转出来的wav文件，再送到olami语音识别接口，发现识别效果很糟，把wav文件拿出来听听，似乎也正常。

这时候想起来脚本中PCM转wav是按24K转的，转出来的WAV应该是24K的，而olami语音识别端支持的是16K（讯飞还支持8K的），可能是这个采样率不一致导致的识别率差，网搜了一下，还真有前人碰到过相同问题，参见此文文中提到的“误打误撞”那一段：从微信中提取语音文件，并转换成文字的全自动化解决方案，他的误打误撞的原理应该是小程序录音就是双通道12K的，然后ffmpeg额外指定一下参数将双通道12K的数据流转成16K的wav。

好了，离不开ffmpeg了，需要它帮着转采样率呀，speex压缩又不负责解决采样率转换的问题。
重要的事说三遍：在原始脚本的基础上，修改一下第90行：
重要的事说三遍：在原始脚本的基础上，修改一下第90行：
重要的事说三遍：在原始脚本的基础上，修改一下第90行：

ffmpeg -y -f s16le -ar 12000 -ac 2 -i "$1.pcm" -f wav -ar 16000 -ac 1 "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1

插曲三：假silk（或mp3）真webm/base64格式

在使用微信小程序开发工具模拟手机做调试时，录音文件不能被silk和ffmpeg转，vim打开一看，头部是“data:audio/webm;base64,”。

由此引伸出一个现象：微信小程序的录音不全是silk v3（或mp3）格式，其中还有刚刚提到的webm/base64的，好像还有AMR格式的，听kn007大神说还有混淆格式，也就是那种一个文件含多种格式混合的，也不知道为什么会有这种情况。

关于webm/base64格式，kn007的回复是，base64 decoder然后直接ffmpeg转，于是我分两步实现：
第一步：用java代码做base64 decoder，再将文件写到 xxx.webm文件中，这部分简单，可参考微信小程序录音文件格式silk 坑那样做即可。
第二步：再调用ffmpeg命令直接转码成wav，主要是调用一下下述转码命令转成16K的WAV：

ffmpeg -i "$1" -f wav -ar 16000 -ac 1 "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1

其中调用ffmpeg命令容易出现失败，原因之一可能会是文件读写权限不足，原因之二可能会是调用ffmpeg后，需要等ffmpeg进程消失，即转码任务完成，才退出。觉得我个人碰到的问题应该是原因之二导致的，因为我确实是将/usr/bin/ffmpeg设置成了777权限，还是会转失败，将调ffmpeg命令的部分在脚本中实现，并且加上kn007大神converter.sh中那样的等待ffmpeg完成的部分，就搞定了。

为了让脚本更通用，我将上述解决采样率不匹配的问题，修改后的脚本基础上，又添加了对webm格式的单独ffmpeg转码支持（通过判断传入第1个参数的后辍是否是webm来判断是不是直接ffmpeg转码然后exit，简单粗暴并且高效！）大概在脚本的上方添加下面这一段：

SOURCE_FILE_SUFFIX=${1##*.}
echo -e "XXXX SOURCE_FILE_SUFFIX:${SOURCE_FILE_SUFFIX}"
if [[ "${SOURCE_FILE_SUFFIX}" == "webm" || "${SOURCE_FILE_SUFFIX}" == "mp3" ]]; then
        ## if webm, ffmpeg it directly. webm/base64 had been base64 decode on api.happycxz.com already.
        ## if mp3, ffmpeg it directly. mp3 do not need to decode, can be convert to wav directly.
        echo -e "begin to ffmpeg $2 from webm now..."
        ##ffmpeg -i "$1" -f wav -ar 16000 -ac 1 "${1%.*}.$2" > ffmpeg.cxz.log 2>&1
        ffmpeg -i "$1" -f wav -ar 16000 -ac 1 "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1
        ##ffmpeg -i "$1" -f wav "${1%.*}.$2" > /dev/null 2>&1
        ffmpeg_pid=$!
        while kill -0 "$ffmpeg_pid"; do sleep 1; done > /dev/null 2>&1
        [ ! -f "${1%.*}.$2" ]&&echo -e "${YELLOW}[Warning]${RESET} Convert $1 false, maybe ffmpeg no format handler for $2."&&exit
        echo -e "${GREEN}[OK]${RESET} Convert $1 To ${1%.*}.$2 Finish."
        exit
else
        echo -e "begin to silk decoder flow..."
        ## if not webm, follows default silk decoder road.
fi

(注：以上脚本片断在2017.11.09更新了mp3部分支持，因为小程序录音新接口已经支持mp3格式录音，录音文件直接经ffmpeg转wav即可)

至此，converter_cxz.sh修改结束。

搭建web服务及主要代码说明

前面相当于评估可行性，基本验证了从小程序录音文件 xx.silk 到语音识别API能认的数据或文件格式，这条路走通了，接下来就是堆JAVA代码实现细节部分了。

创建sprinMVC工程

大概的工程目录结构如下：

com.happycxz.controller中有两个controller：
第1个，AdditionalController.java是用来查服务器状态和在线更新数据用的，可忽略。
第2个，OlamiController.java是对接微信小程序silk文件上传API接口的，代码如下：

代码参考我博客原文（这里不能超过20000字，所以删减掉了）

利用springMVC的注解，很方便的实现API功能，主要看这个asrUploadFile方法，参数包括request和response之外，还有一个Map结构的p，这个p是用来接收formdata的，即上传录音文件时附带的信息。
我这里强制了必须上传appKey、appSecret以及userId，因为我是直接对接的olami开放平台的接口。

大概的流程是（懒的画流程图了，直接看上面代码，很容易看明白的）：

接收p中上传的appKey、appSecret以及userId这三个必选参数
接收request中的Parts，获取原始silk格式文件及对应的上传文件名
这里面其实是包括file和formdata的，这里还掉进一个坑过，想着不需要调用“extractFileName”来拿原始文件名，直接收以请求，随机生成一个文件名保存了得了，事实是，通过“extractFileName”拿文件名，当文件名为""或null时，这时候是formdata，不是文件，强制保存成文件肯定就出问题了（调试时发现有些录音文件里只有一个很短的数字字母组成的字符串，就是这个原因）。
将文件另取个名字保存到服务器指定目录
为什么要另存文件名：微信小程序上传的录音文件统一是wx-file.silk，不像小程序开发工具上录音那样文件名随机生成。
这里有个额外判断第3步中保存的xxx.silk是不是webm/base64格式的，如果是，就直接base64 decoder后保存文件 xxx.webm，然后调用converter_cxz.sh将webm格式的文件转码成xxx.wav的，走完流程或异常都跳过下一步，直接到第6步。如果不是webm/base64格式的，返回false，继续走下一步。
调用silk_v3_decoder中的脚本（这里是上文提到的修改之后的脚本，我给重命名converter_cxz.sh了）转xxx.wav
通过原来的silk文件全路径，计算出wav文件全路径
通过上一步得到的wav文件全路径，以及appKey、appSecret以及userId这三个参数，生成一个SdkEntity实体，调用getSpeechResult接口获取语音识别和语义处理的结果
组织输出结果返回。

com.happycxz.olami中有四个文件：
第1个，AsrAdditionInfo.java是用来检查https请求中formdata必选的三个参数是否都上传了，是否合法。
这里我额外做了个限制，除了在olami平台上申请的appKey和appSecret之外，appKey还要额外告知我，我在支持列表中加上才可以用，避免被攻击了大家都没法用，没办法，小窝带宽有限。

第2个，OlamiEntityFactory.java是做一个SdkEntity的缓存，如果formdata中上传的userId不一样，这个缓存就没用了:(

第3个，OlamiKeyManager.java是配合第一个文件做appKey限制管理的。

第4个，SdkEntity.java是对接olami接口的部分，主要是从olami java sdk sample代码中拷出来改改的。代码参考我博客原文（这里不能超过20000字，所以删减掉了）

com.happycxz.olami中有两个文件，是使用到的一些util、读配置文件、系统日志等部分。

另外WEB-INFO/lib中加载olami的java sdk，如图：

另外，额外附上一张olami-java-client-1.0.1-source.jar中关于默认采用speex压缩的源码部分：

怎么用

老接口（录音为silk格式的，通过wx.startRecord录音的）调用：https://api.happycxz.com/wxapp/silk2asr

新接口（录音为mp3格式的，通过wx.getRecorderManager录音的）调用：https://api.happycxz.com/wxapp/mp32asr
（注：如果调用新接口，要求小程序端录音配置成：sampleRate: 16000, numberOfChannels: 1, encodeBitRate: 48000, format: 'mp3'）

formdata必选参数（以上两个接口均适用）：	参数	是否必选
appKey	是	从olami.cn上申请的key
appSecret	是	从olami.cn上申请的secret
userId	是	用户的唯一标识，比如手机号，或唯一性的ID，或IMEI号之类的