声如其闻，DuerOS中的声音播放

半吊子全栈工匠

发布于 2020-10-10 15:02:14

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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》。

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。

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：

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

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”》。

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：

指令或事件	功能解释
VideoPlayer.Play指令	播放
VideoPlayer.Stop指令	停止
VideoPlayer.ClearQueue指令	用于清除video_player播放队列
VideoPlayer.PlaybackStarted事件	播放开始
VideoPlayer.PlaybackStopped事件	播放暂停
VideoPlayer.PlaybackFinished事件	播放结束，即一个视频播放完后上报的事件
VideoPlayer.PlaybackNearlyFinished事件	在播放即将结束时上报的事件。
VideoPlayer.ProgressReportIntervalElapsed事件	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。
VideoPlayer.ProgressReportDelayElapsed事件	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
VideoPlayer.PlaybackStutterStarted事件	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。
VideoPlayer.PlaybackStutterFinished事件	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。
VideoPlayer.PlaybackPaused事件	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。
VideoPlayer.PlaybackResumed事件	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。
VideoPlayer.PlaybackQueueCleared事件	设备端处理完ClearQueue指令后会上报此事件。

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。

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。

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。

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",
                    "url": "tts:\/\/dueros.baidu.com?text=%25E9%2598%25AE%25E6%2588%2590%25E5%258F%2591%25E8%25B5%25B4%25E7%2591%259E%25E4%25B8%25BD%25E7%259D%25A3%25E5%25AF%25BC%25E6%25A3%2580%25E6%259F%25A5%25E7%2596%25AB%25E6%2583%2585%25E9%2598%25B2%25E6%258E%25A7%25EF%25BC%259A%25E5%258A%25A1%25E5%25BF%25853%25E6%2597%25A5%25E5%2586%2585%25E5%25AE%258C%25E6%2588%2590%25E5%2585%25A8%25E5%2591%2598%25E6%25A0%25B8%25E9%2585%25B8%25E6%25A3%2580%25E6%25B5%258B%25E3%2580%2582%25E6%258E%258C%25E4%25B8%258A%25E6%2598%25A5%25E5%259F%258E%25E8%25AE%25AF9%25E6%259C%258814%25E6%2597%25A5%25EF%25BC%258C%25E4%25BA%2591%25E5%258D%2597%25E7%259C%2581%25E7%259C%2581%25E5%25A7%2594%25E5%2589%25AF%25E4%25B9%25A6%25E8%25AE%25B0%25E3%2580%2581%25E7%259C%2581%25E9%2595%25BF%25E3%2580%2581%25E7%259C%2581%25E5%25A7%2594%25E7%259C%2581%25E6%2594%25BF%25E5%25BA%259C%25E5%25BA%2594%25E5%25AF%25B9%25E6%2596%25B0%25E5%2586%25A0%25E8%2582%25BA%25E7%2582%258E%25E7%2596%25AB%25E6%2583%2585%25E5%25B7%25A5%25E4%25BD%259C%25E9%25A2%2586%25E5%25AF%25BC%25E5%25B0%258F%25E7%25BB%2584%25E7%25BB%2584%25E9%2595%25BF%25E9%2598%25AE%25E6%2588%2590%25E5%258F%2591%25E8%25B5%25B6%25E8%25B5%25B4%25E5%25BE%25B7%25E5%25AE%258F%25E5%2582%25A3%25E6%2597%258F%25E6%2599%25AF%25E9%25A2%2587%25E6%2597%258F%25E8%2587%25AA%25E6%25B2%25BB%25E5%25B7%259E%25E7%2591%259E%25E4%25B8%25BD%25E5%25B8%2582%25E7%259D%25A3%25E5%25AF%25BC%25E6%25A3%2580%25E6%259F%25A5%25E7%2596%25AB%25E6%2583%2585%25E9%2598%25B2%25E6%258E%25A7%25E5%25B7%25A5%25E4%25BD%259C%25EF%25BC%258C%25E5%25AF%25B9%25E5%25BD%2593%25E5%2589%258D%25E7%2596%25AB%25E6%2583%2585%25E9%2598%25B2%25E6%258E%25A7%25E5%25BD%25A2%25E5%258A%25BF%25E8%25BF%259B%25E8%25A1%258C%25E5%2586%258D%25E5%2588%2586%25E6%259E%2590%25E3%2580%2581%25E5%2586%258D%25E7%25A0%2594%25E5%2588%25A4%25EF%25BC%258C%25E5%25AF%25B9%25E8%25BE%25B9%25E5%25A2%2583%25E7%25AE%25A1%25E6%258E%25A7%25E5%2592%258C%25E9%2598%25B2%25E6%258E%25A7%25E6%258E%25AA%25E6%2596%25BD%25E8%25BF%259B%25E8%25A1%258C%25E5%2586%258D%25E7%25A0%2594%25E7%25A9%25B6%25E3%2580%2581%25E5%2586%258D%25E5%25AE%2589%25E6%258E%2592%25E3%2580%2582%25E5%25BD%2593%25E6%2599%259A%25EF%25BC%258C%25E9%2598%25AE%25E6%2588%2590%25E5%258F%2591%25E4%25B8%258E%25E5%259B%25BD%25E5%25AE%25B6%25E5%258D%25AB%25E7%2594%259F%25E5%2581%25A5%25E5%25BA%25B7%25E5%25A7%2594%25E8%25B5%25B4%25E4%25BA%2591%25E5%258D%2597%25E4%25B8%2593%25E5%25AE%25B6%25E7%25BB%2584%25E8%25BF%259B%25E8%25A1%258C%25E5%25B7%25A5%25E4%25BD%259C%25E5%25BA%25A7%25E8%25B0%2588%25EF%25BC%258C%25E4%25BB%258B%25E7%25BB%258D%25E8%25BE%25B9%25E5%25A2%2583%25E7%2596%25AB%25E6%2583%2585%25E9%2598%25B2%25E6%258E%25A7%25E6%2583%2585%25E5%2586%25B5%25E5%258F%258A%25E5%25A2%2583%25E5%25A4%2596%25E7%2596%25AB%25E6%2583%2585%25E8%25BE%2593%25E5%2585%25A5%25E5%25A4%2584%25E7%25BD%25AE%25E5%25BA%2594%25E5%25AF%25B9%25E5%25B7%25A5%25E4%25BD%259C%25EF%25BC%258C%25E5%2590%25AC%25E5%258F%2596%25E4%25B8%2593%25E5%25AE%25B6%25E7%25BB%2584%25E5%25AF%25B9%25E5%25BA%2594%25E6%2580%25A5%25E5%2593%258D%25E5%25BA%2594%25E3%2580%2581%25E5%2585%25A8%25E5%2591%2598%25E6%25A0%25B8%25E9%2585%25B8%25E6%25A3%2580%25E6%25B5%258B%25E3%2580%2581%25E4%25BA%25BA%25E5%2591%2598%25E7%25AE%25A1%25E6%258E%25A7%25E3%2580%2581%25E6%25B5%2581%25E8%25A1%258C%25E7%2597%2585%25E5%25AD%25A6%25E8%25B0%2583%25E6%259F%25A5%25E3%2580%2581%25E5%258C%25BB%25E7%2596%2597%25E6%2595%2591%25E6%25B2%25BB%25E3%2580%2581%25E4%25BF%25A1%25E6%2581%25AF%25E6%258A%25A5%25E9%2580%2581%25E7%25AD%2589%25E6%2596%25B9%25E9%259D%25A2%25E5%25B7%25A5%25E4%25BD%259C%25E7%259A%2584%25E6%2584%258F%25E8%25A7%2581%25E5%25BB%25BA%25E8%25AE%25AE%25E3%2580%2582&speaker=1100&speed=5&audio=http%253A%252F%252Fdueros-short-video.bj.bcebos.com%252Fshort-video%252Fstop_1_24k.wav&from=news"
                }
            },
            "playBehavior": "ENQUEUE"
        }
    }
}

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。

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》。

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！

（文中图片都来自网络，如有侵权，联系作者删除）

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原始发表：2020-09-27，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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