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Raspberry PiでNHKラジオ第一の緊急地震速報を検出する

Raspberry Pi P2P地震情報

P2P地震情報では，NHKラジオ第一の放送から緊急地震速報の発表を検出しています． 今回，その検出をPCではなくRaspberry Piで行うように変更しました．そのときの記録です．

前提: 自動音声による放送

NHKラジオ第一では，緊急地震速報（警報）が発表されると，通常の放送を中断して緊急地震速報の放送が入ります．

放送の内容は下記の通り．事前に収録した音声で自動的に放送されているようです．

（チャイム音）
緊急地震速報です．（震源名）で地震．次の地域は，強い揺れに警戒してください．（地域名）

緊急地震速報です（以下繰り返しの後，該当地域の方々への注意喚起など）

「発表されたこと」だけを検出する場合，冒頭の音声をパターンマッチするだけで実現が出来ます．これをやります．

材料

Raspberry Piによる録音

アダプタを接続するだけです．

$ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0d8c:013c C-Media Electronics, Inc. CM108 Audio Controller
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

$ arecord -l
**** ハードウェアデバイス CAPTURE のリスト ****
カード 1: Device [USB PnP Sound Device], デバイス 0: USB Audio [USB Audio]
  サブデバイス: 1/1
  サブデバイス #0: subdevice #0

$ arecord -L
（省略）
plughw:CARD=Device,DEV=0
    USB PnP Sound Device, USB Audio
    Hardware device with all software conversions

$ arecord -D plughw:1,0 test.wav
録音中 WAVE 'test.wav' : Unsigned 8 bit, レート 8000 Hz, モノラル

Python3による音声のパターンマッチ

GitHubにソース公開しています．見せるように作っていないのでかなり汚いです．

github.com

技術的なポイントはこのへん．

  • 音声波形そのままではなく，FFT変換した周波数スペクトルでパターンマッチング
  • FFT変換はNumPyライブラリで実施（お手軽）
  • 精度（しきい値）は人力で調整．といっても大した手間ではない

緊急地震速報の検出のためのポイントはこのへん．

  • 検出負荷を下げるために正解データは短く
    • チャイム音は2回繰り返すうち1回分
    • 自動音声は冒頭の「緊急地」のみ
  • 必ずチャイム音と音声をセットで検出（過去，チャイム音を用いた啓蒙放送等があったため）

※正解データは著作権の関係で公開できません．

実行

arecordの標準出力をPythonスクリプトの標準入力に食わせます．

$ arecord -D plughw:1,0 -t raw | python3 fft_analyze.py

f:id:no_clock:20190203233109p:plain

過去の放送音声を流してみたところ，正しく認識されました．CPU使用率は約20%，良い感じです．

（失敗）pyaudioで録音＆パターンマッチ

そもそもpyaudioライブラリを使えば，Pythonで完結させることが出来ます．しかし，失敗しました．

f:id:no_clock:20190203235500p:plain

Input overflowedの表示の通り，録音データをリアルタイムに処理出来ていません．

arecordでは8000Hz, 1ch, 8bitという低いデータレートで録音していましたが，これはarecord内部でリサンプリングされたものでした．一方，pyaudioにはそうした機能はありません．デバイスが対応する44100Hz, 1ch, 16bitという高いデータレートで録音するしかなく，リアルタイムに扱うには厳しい量でした．

その結果，arecordの標準出力から食わせる，という方法に落ち着きました．

参考