QT实战百度语音识别

news2025/1/13 9:48:30

前言

随着学习的深入，感觉愈发缺乏满足感。刚好看到微信语音转文字的功能，经网上查询，发现可以使用 QT + 百度语音识别技术 实现这一功能。当然，由于使用的 QT 和 百度语音识别，那么看不到一些具体的底层实现，但操作起来相对比较简单。俗话说:“没吃过猪肉,还没见过猪跑?”，我打算先看看别人已有的技术，搬过来跑一下，然后再进行深入学习，同时也可以复习一下 QT 相关知识。文章如有写错或者代码可优化，欢迎大家指正！

QT 采集麦克风 pcm 音频裸数据

基础知识

PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)⾳频数据是未经压缩的⾳频采样数据裸流，它是由模拟信号经过采样、量化、编码转换成的标准数字⾳频数据。
描述PCM数据的6个参数：

  1. Sample Rate : 采样频率。8kHz(电话)、44.1kHz(CD)、48kHz(DVD)。
  2. Sample Size : 量化位数。通常该值为16-bit。
  3. Number of Channels : 通道个数。常⻅的⾳频有⽴体声(stereo)和单声道(mono)两种类型，⽴体声包含左声道和右声道。另外还有环绕⽴体声等其它不太常⽤的类型。
  4. Sign : 表示样本数据是否是有符号位，⽐如⽤⼀字节表示的样本数据，有符号的话表示范围为-128 ~127，⽆符号是0 ~ 255。有符号位16bits数据取值范围为-32768~32767。
  5. Byte Ordering : 字节序。字节序是little-endian还是big-endian。通常均为little-endian。
  6. Integer Or Floating Point : 整形或浮点型。⼤多数格式的PCM样本数据使⽤整形表示，⽽在⼀些对精度要求⾼的应⽤⽅⾯，使⽤浮点类型表示PCM样本数据（浮点数 float值域为 [-1.0, 1.0]）。
环境配置

第一步: 新建一个QWidget项目
在这里插入图片描述

第二步: 项目名与存放路径自选（然后一直下一步）
第三步: 在.pro文件中添加模块

QT += multimedia

第四步: 新建一个C++ Class（因为采集麦克风只是一个小功能，我们还有其他的功能），名字可自取。这里类名我起的是 AudioCapture

代码

audiocapture.h
#ifndef AUDIOCAPTURE_H
#define AUDIOCAPTURE_H

#include <QObject>
#include <QAudioInput>
#include <QFile>
#include <QMessageBox>

class AudioCapture : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit AudioCapture(QObject *parent = nullptr);
    void startCapture(QString filename);    //开始录音,文件名由调用者传入
    void stopCapture();                     //结束录音
    ~AudioCapture();                        //析构函数,释放相关资源
signals:
private:
    QAudioInput *pAudioInput;               //录音对象
    QFile       *pFile;                     //存取文件
};

#endif // AUDIOCAPTURE_H
audiocapture.cpp
#include "audiocapture.h"

AudioCapture::AudioCapture(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    //初始化
    pAudioInput = nullptr;
    pFile = nullptr;
}

//开始录音
void AudioCapture::startCapture(QString filename)
{
    //打开默认的音频输入设备
    QAudioDeviceInfo audioDeviceInfo = QAudioDeviceInfo::defaultInputDevice();
    
    //判断本地是否有录音设备
    if(audioDeviceInfo.isNull() == false)
    {
        /* 创建文件并打开 */
        pFile = new QFile;
        pFile->setFileName(filename);
        pFile->open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Truncate);

        // 设置音频文件格式
        QAudioFormat format;

        // 设置采样频率，常见的有16000、44100、48000
        format.setSampleRate(16000);

        // 设置通道数，单声道、双声道、5.1声道
        format.setChannelCount(1);

        // 设置每次采样得到的样本数据位值，8位、16位
        format.setSampleSize(16);

        // 设置编码方法
        format.setCodec("audio/pcm");

        // 判断当前设备设置是否支持该音频格式
        if(audioDeviceInfo.isFormatSupported(format) == NULL)
        {
            format = audioDeviceInfo.nearestFormat(format);
        }

        // 创建录音对象
        pAudioInput = new QAudioInput(format, this);

        // 开始录音
        pAudioInput->start(pFile);
    }

    else
    {
        // 没有录音设备
        QMessageBox::information(NULL, tr("Record"), tr("Current No Record Device"));
    }
}

void AudioCapture::stopCapture()
{
    if(pAudioInput != NULL)
    {
        // 停止录音
        pAudioInput->stop();
    }

    if(pFile != NULL)
    {
        // 关闭文件
        pFile->close();
        delete pFile;
        pFile = nullptr;
    }
}

AudioCapture::~AudioCapture()
{
    //释放资源
    if(pAudioInput != nullptr)
    {
        delete pAudioInput;
        pAudioInput = nullptr;
    }

    if(pFile != nullptr)
    {
        delete pFile;
        pFile = nullptr;
    }
}
widget.h
#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include "audiocapture.h"

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACE

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();

private slots:
    void on_startPtn_clicked();     // 点击Start按钮后触发的槽函数

    void on_stopPtn_clicked();      // 点击Stop按钮后触发的槽函数

private:
    Ui::Widget *ui;                 //操作界面上的相关控件
    AudioCapture myAudioCapture;    //录音功能封装对象
};
#endif // WIDGET_H
widget.cpp
#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    ui->startPtn->setEnabled(true);     //Start按钮初始化可用
    ui->stopPtn->setEnabled(false);     //Stop按钮初始化不可用
}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

//点击Start按钮后触发的槽函数
void Widget::on_startPtn_clicked()
{
    QString filepath = ui->filepath->text();    //获取用户输入地址

    /* 判断用户是否输入地址 */
    if(filepath == "")
    {
        QMessageBox::information(NULL, "information", "Please input the filepath to save!");
        return;
    }

    /* 点击Start后禁用Start，开放Stop按钮 */
    ui->startPtn->setEnabled(false);
    ui->stopPtn->setEnabled(true);

    myAudioCapture.startCapture(filepath);  //开始录音
}

//点击Stop按钮后触发的槽函数
void Widget::on_stopPtn_clicked()
{
    /* 点击Stop后禁用Stop，开放Start按钮 */
    ui->startPtn->setEnabled(true);
    ui->stopPtn->setEnabled(false);

    myAudioCapture.stopCapture();           //结束录音
}
运行时界面UI（仅供测试，不够美观）

在这里插入图片描述

播放 pcm 数据

由于vlc播放器无法直接播放pcm音频裸数据，这里使用ffplay来播放(也可使用代码播放)

ffplay -f s16le -ar 16000 -ac 1 -i D:\\1.pcm

这里的参数设置需与代码中的设置一样，否则音效不对。

使用 QAudioOutput 来播放 pcm 音频数据

主要代码

//设置音频输出格式
QAudioFormat fmt;

//设置采样率
fmt.setSampleRate(44100);

//设置采样位数
fmt.setSampleSize(16);

//设置声道数
fmt.setChannelCount(1);

//设置解码方式
fmt.setCodec("audio/pcm");

// 设定字节序，以小端模式播放音频文件
fmt.setByteOrder(QAudioFormat::LittleEndian);

// 设定采样类型。根据采样位数来设定。
fmt.setSampleType(QAudioFormat::UnSignedInt);

// 创建QAudioOutput对象并初始化
QAudioOutput *out = new QAudioOutput(fmt);

// 调用start函数后，返回QIODevice对象的地址
QIODevice *io = out->start();

//获取设备播放一个周期所需要的字节数
int size = out->periodSize();

//创建缓冲区
char *buf = new char[size];

//以二进制只读方式打开pcm文件
FILE *fp = fopen("d:/1.pcm", "rb");

//判断是否读到末尾
while(!feof(fp))
{
    //判断空闲空间是否小于一个周期的大小，如果是则说明CPU处理速度太快，得等一等。
    if(out->bytesFree() < size)
    {
        QThread::msleep(1);
        continue;
    }

    int len = fread(buf, 1, size, fp);

    //判断是否成功读入
    if(len <= 0)
    {
        break;
    }

    //这里相当于写入到电脑声卡的缓冲区，接下来的工作由声卡完成，与我们无关
    io->write(buf, len);
}

fclose(fp);    //关闭文件

//资源释放
if(NULL != buf)
{
    delete buf;
    buf = NULL;
}

if(NULL != out)
{
    delete out;
    out = NULL;
}
语音识别

百度智能云网址: https://cloud.baidu.com/product/speech.html?track=cf3e1b9d08c41e54e7f0ace5828291cce549454e8c470208

第一步: 点击右上角控制台,并完成登录
在这里插入图片描述

第二步: 点击右上角三条杠，然后选中语音技术
在这里插入图片描述

第三步: 概览中点击免费尝鲜
在这里插入图片描述

第四步: 选中短语音识别-普通话，然后左下角点击0元领取（这里我已经领过了，所以没有这个选项了）
在这里插入图片描述

第五步: 点击应用列表，然后创建应用,应用名称随意，应用归属选择个人即可，然后添加一些描述，创建即可（这里我昨天实验时创建过一个了）
在这里插入图片描述

第六步: 复制 APIKey 和 SecretKey
在这里插入图片描述

整个语音识别的逻辑分析

第一步: QT中使用QAudioInput进行麦克风采集pcm音频数据
第二步: 通过http的post方式将音频数据提交给百度后台进行语音识别
第三步: 百度返回识别后的数据，将数据显示到文本框中。

语音识别

网络请求主要代码

bool httppost::postMsg(QString url, QMap<QString, QString> headerdata, QByteArray requestData, QByteArray &replyData)
{
    //发送请求的对象
    QNetworkAccessManager manager;
    //请求对象
    QNetworkRequest request;
    request.setUrl(url);

    //设置请求参数
    QMapIterator<QString, QString> it(headerdata);
    while(it.hasNext())
    {
        it.next();
        request.setRawHeader(it.key().toLatin1(),it.value().toLatin1());
    }

    QNetworkReply *reply = manager.post(request, requestData);
    QEventLoop loop;
    //一旦服务器返回，reply会发出信号
    connect(reply, &QNetworkReply::finished, &loop, &QEventLoop::quit);
    loop.exec();
    //死循环，reply发出信号，结束循环

    //判断是否响应成功
    if(reply != nullptr && reply->error() == QNetworkReply::NoError)
    {
        replyData = reply->readAll();
        qDebug() << replyData;
        return true;
    }
    else
    {
        qDebug() << "请求失败";
        return false;
    }
}

百度的接口相关设置

//获取access_token相关
const QString baiduTokenUrl = "https://aip.baidubce.com/oauth/2.0/token?grant_type=client_credentials&client_id=%1&client_secret=%2&";
const QString client_id = 刚才复制的APIKey;
const QString client_secret = 刚才复制的SecretKey;

//普通话测试
const QString baiduSpeechurl = "http://vop.baidu.com/server_api?dev_pid=1537&cuid=%1&token=%2";

语音识别主要代码

QString speechrecognition::speechIdentify(QString filename)
{
    //获取token
    QString tokenUrl = QString(baiduTokenUrl).arg(client_id).arg(client_secret);
    QMap<QString, QString> headers;
    headers.insert(QString("Content-Type"), QString("audio/pcm;rate=16000"));
    QByteArray requestdata;     //发送的内容
    QByteArray replydata;       //服务器返回的内容
    httppost httputil;          //封装的网络请求类

    bool success = httputil.postMsg(tokenUrl, headers, requestdata, replydata);
    //判断是否请求成功
    if(success)
    {
        QString key = "access_token";
        //获取到access_token(通过json数据格式解析)
        accessToken = getJsonvalue(replydata, key);
        qDebug() << "----------------" << endl;
        qDebug() << accessToken << endl;
    }
    else    return "";

    //语言识别
    QString baiduSpeech = QString(baiduSpeechurl.arg("LAPTOP-71LN9B3Q").arg(accessToken));

    //把文件转化为QByteArray
    QFile file;
    file.setFileName(filename);
    file.open(QIODevice::ReadOnly);
    requestdata = file.readAll();
    file.close();
    replydata.clear();

    //再次发起http请求
    bool result = httputil.postMsg(baiduSpeech, headers,requestdata,replydata);
    //判断是否请求成功
    if(result == true)
    {
        QString key = "result";
        QString text = getJsonvalue(replydata,key);     //获取识别后的文字
        return text;
    }
    else
    {
        QMessageBox::warning(NULL, "识别提示", "识别失败");
        return "";
    }
}

QString speechrecognition::getJsonvalue(QByteArray ba, QString key)
{
    QJsonParseError parseError;
    QJsonDocument jsonDocument = QJsonDocument::fromJson(ba, &parseError);

    if(parseError.error == QJsonParseError::NoError)
    {
        if(jsonDocument.isObject())
        {
            //jsonDocument转化成json对象
            QJsonObject jsonObj = jsonDocument.object();
            
            //判断是否包含key
            if(jsonObj.contains(key))
            {
                QJsonValue jsonVal = jsonObj.value(key);
                if(jsonVal.isString())  //字符串
                {
                    return jsonVal.toString();
                }
                else if(jsonVal.isArray())  //数组
                {
                    QJsonArray arr = jsonVal.toArray();
                    QJsonValue jv = arr.at(0);
                    return jv.toString();
                }
            }
        }
    }
    return "";
}
效果展示

当点击start按钮后，语音描述"很高兴和大家一起学习音视频"
点击stop后，文本框内显示文字"很高兴和大家一起学习音视频"
在这里插入图片描述

过程中的一些坑（个人遇到的主要的坑）
  1. 音频采样参数必须一致，否则百度只会识别出嗯嗯嗯等一系列奇怪的词语
  2. 注意采样频率目前百度语音识别支持16000，使用其他的如44100/48000等会报错
  3. 注意.pro文件中要添加network模块，否则根本发送不出去，也就是说百度根本收不到，奇怪的是QT没给我直接报错，虽然没有提示，但也还是一点一点写了，结果发现根本没发送出去。

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