Detección de Palabras Clave con XIAO ESP32S3-Sense
Este tutorial te guiará a través de la implementación de un sistema de Detección de Palabras Clave (KWS) utilizando TinyML en la placa de microcontrolador XIAO ESP32S3 Sense, con la ayuda de Edge Impulse para la recopilación de datos y el entrenamiento del modelo. KWS es esencial para los sistemas de reconocimiento de voz, y con el poder de TinyML, es posible en dispositivos más pequeños y de bajo consumo. ¡Vamos a construir nuestro propio sistema KWS utilizando Edge Impulse y XIAO ESP32S3 Sense!
1. Comenzando
Antes de comenzar con este proyecto, sigue los pasos de preparación a continuación para preparar el software y hardware necesarios para este proyecto.
Hardware
Para llevar a cabo este proyecto con éxito, necesitarás preparar el siguiente hardware:
- XIAO ESP32S3 Sense
- Tarjeta microSD (no mayor a 32GB)
- Lector de tarjeta microSD
- Cable de datos USB-C
Al instalar la placa de expansión con XIAO ESP32S3 Sense, puedes usar el micrófono en la placa de expansión.
Instalar la placa de expansión es muy sencillo, solo necesitas alinear el conector de la placa de expansión con el conector B2B en el XIAO ESP32S3, presionar con fuerza y escuchar un "clic", la instalación estará completa.
XIAO ESP32S3 Sense soporta tarjetas microSD de hasta 32GB, así que si estás listo para comprar una tarjeta microSD para XIAO, por favor, ten en cuenta esta especificación. Y formatea la tarjeta microSD en formato FAT32 antes de usarla.
Después de formatear, puedes insertar la tarjeta microSD en la ranura para tarjeta microSD. Ten en cuenta la dirección de inserción, el lado con el contacto dorado debe estar hacia adentro.
Software
Si es la primera vez que usas XIAO ESP32S3 Sense, antes de comenzar, te sugerimos leer los siguientes dos Wikis para aprender cómo usarlo.
Captura de datos de audio (sin conexión)
Paso 1. Guardar las muestras de sonido grabadas como archivos de audio .wav en una tarjeta microSD.
Usaremos el lector de tarjeta SD incorporado para guardar archivos de audio .wav. Primero necesitamos habilitar la memoria PSRAM de XIAO.
Luego compila y carga el siguiente programa al XIAO ESP32S3.
Este código graba audio utilizando la interfaz I2S de la placa Seeed XIAO ESP32S3 Sense, guarda la grabación como un archivo .wav en una tarjeta SD y permite controlar el proceso de grabación a través de comandos enviados desde el monitor serial. El nombre del archivo de audio es personalizable (debe ser las etiquetas de clase que se utilizarán con el entrenamiento), y se pueden realizar varias grabaciones, cada una guardada en un archivo nuevo. El código también incluye una funcionalidad para aumentar el volumen de las grabaciones.
Si tu versión de ESP32 es 2.0.x. Haz clic aquí para previsualizar el programa completo.
/*
* WAV Recorder for Seeed XIAO ESP32S3 Sense
*
* NOTE: To execute this code, we will need to use the PSRAM
* function of the ESP-32 chip, so please turn it on before uploading.
* Tools>PSRAM: "OPI PSRAM"
*
* Adapted by M.Rovai @May23 from original Seeed code
*/
#include <I2S.h>
#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SPI.h"
// make changes as needed
#define RECORD_TIME 10 // seconds, The maximum value is 240
#define WAV_FILE_NAME "data"
// do not change for best
#define SAMPLE_RATE 16000U
#define SAMPLE_BITS 16
#define WAV_HEADER_SIZE 44
#define VOLUME_GAIN 2
int fileNumber = 1;
String baseFileName;
bool isRecording = false;
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (!Serial) ;
I2S.setAllPins(-1, 42, 41, -1, -1);
if (!I2S.begin(PDM_MONO_MODE, SAMPLE_RATE, SAMPLE_BITS)) {
Serial.println("Failed to initialize I2S!");
while (1) ;
}
if(!SD.begin(21)){
Serial.println("Failed to mount SD Card!");
while (1) ;
}
Serial.printf("Enter with the label name\n");
//record_wav();
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
String command = Serial.readStringUntil('\n');
command.trim();
if (command == "rec") {
isRecording = true;
} else {
baseFileName = command;
fileNumber = 1; // reset file number each time a new base file name is set
Serial.printf("Send rec for starting recording label \n");
}
}
if (isRecording && baseFileName != "") {
String fileName = "/" + baseFileName + "." + String(fileNumber) + ".wav";
fileNumber++;
record_wav(fileName);
delay(1000); // delay to avoid recording multiple files at once
isRecording = false;
}
}
void record_wav(String fileName)
{
uint32_t sample_size = 0;
uint32_t record_size = (SAMPLE_RATE * SAMPLE_BITS / 8) * RECORD_TIME;
uint8_t *rec_buffer = NULL;
Serial.printf("Start recording ...\n");
File file = SD.open(fileName.c_str(), FILE_WRITE);
// Write the header to the WAV file
uint8_t wav_header[WAV_HEADER_SIZE];
generate_wav_header(wav_header, record_size, SAMPLE_RATE);
file.write(wav_header, WAV_HEADER_SIZE);
// PSRAM malloc for recording
rec_buffer = (uint8_t *)ps_malloc(record_size);
if (rec_buffer == NULL) {
Serial.printf("malloc failed!\n");
while(1) ;
}
Serial.printf("Buffer: %d bytes\n", ESP.getPsramSize() - ESP.getFreePsram());
// Start recording
esp_i2s::i2s_read(esp_i2s::I2S_NUM_0, rec_buffer, record_size, &sample_size, portMAX_DELAY);
if (sample_size == 0) {
Serial.printf("Record Failed!\n");
} else {
Serial.printf("Record %d bytes\n", sample_size);
}
// Increase volume
for (uint32_t i = 0; i < sample_size; i += SAMPLE_BITS/8) {
(*(uint16_t *)(rec_buffer+i)) <<= VOLUME_GAIN;
}
// Write data to the WAV file
Serial.printf("Writing to the file ...\n");
if (file.write(rec_buffer, record_size) != record_size)
Serial.printf("Write file Failed!\n");
free(rec_buffer);
file.close();
Serial.printf("Recording complete: \n");
Serial.printf("Send rec for a new sample or enter a new label\n\n");
}
void generate_wav_header(uint8_t *wav_header, uint32_t wav_size, uint32_t sample_rate)
{
// See this for reference: http://soundfile.sapp.org/doc/WaveFormat/
uint32_t file_size = wav_size + WAV_HEADER_SIZE - 8;
uint32_t byte_rate = SAMPLE_RATE * SAMPLE_BITS / 8;
const uint8_t set_wav_header[] = {
'R', 'I', 'F', 'F', // ChunkID
file_size, file_size >> 8, file_size >> 16, file_size >> 24, // ChunkSize
'W', 'A', 'V', 'E', // Format
'f', 'm', 't', ' ', // Subchunk1ID
0x10, 0x00, 0x00, 0x00, // Subchunk1Size (16 for PCM)
0x01, 0x00, // AudioFormat (1 for PCM)
0x01, 0x00, // NumChannels (1 channel)
sample_rate, sample_rate >> 8, sample_rate >> 16, sample_rate >> 24, // SampleRate
byte_rate, byte_rate >> 8, byte_rate >> 16, byte_rate >> 24, // ByteRate
0x02, 0x00, // BlockAlign
0x10, 0x00, // BitsPerSample (16 bits)
'd', 'a', 't', 'a', // Subchunk2ID
wav_size, wav_size >> 8, wav_size >> 16, wav_size >> 24, // Subchunk2Size
};
memcpy(wav_header, set_wav_header, sizeof(set_wav_header));
}
Si tu versión de ESP32 es 3.0.x. Haz clic aquí para previsualizar el programa completo.
/*
* WAV Recorder for Seeed XIAO ESP32S3 Sense
*
* NOTE: To execute this code, we will need to use the PSRAM
* function of the ESP-32 chip, so please turn it on before uploading.
* Tools>PSRAM: "OPI PSRAM"
*
* Adapted by M.Rovai @May23 from original Seeed code
*/
#include <ESP_I2S.h>
#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SPI.h"
// make changes as needed
#define RECORD_TIME 10 // seconds, The maximum value is 240
#define WAV_FILE_NAME "data"
// do not change for best
#define SAMPLE_RATE 16000U
#define SAMPLE_BITS 16
#define WAV_HEADER_SIZE 44
#define VOLUME_GAIN 2
I2SClass I2S;
String baseFileName;
int fileNumber = 1;
bool isRecording = false;
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (!Serial) ;
// setup 42 PDM clock and 41 PDM data pins
I2S.setPinsPdmRx(42, 41);
if (!I2S.begin(I2S_MODE_PDM_RX, 16000, I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_MONO)) {
Serial.println("Failed to initialize I2S!");
while (1) ;
}
if(!SD.begin(21)){
Serial.println("Failed to mount SD Card!");
while (1) ;
}
Serial.printf("Enter with the label name\n");
//record_wav();
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
String command = Serial.readStringUntil('\n');
command.trim();
if (command == "rec") {
isRecording = true;
} else {
baseFileName = command;
fileNumber = 1; // reset file number each time a new base file name is set
Serial.printf("Send rec for starting recording label \n");
}
}
if (isRecording && baseFileName != "") {
String fileName = "/" + baseFileName + "." + String(fileNumber) + ".wav";
fileNumber++;
record_wav(fileName);
delay(1000); // delay to avoid recording multiple files at once
isRecording = false;
}
}
void record_wav(String fileName)
{
uint32_t sample_size = 0;
uint32_t record_size = (SAMPLE_RATE * SAMPLE_BITS / 8) * RECORD_TIME;
uint8_t *rec_buffer = NULL;
Serial.printf("Start recording ...\n");
File file = SD.open(fileName.c_str(), FILE_WRITE);
// Write the header to the WAV file
uint8_t wav_header[WAV_HEADER_SIZE];
generate_wav_header(wav_header, record_size, SAMPLE_RATE);
file.write(wav_header, WAV_HEADER_SIZE);
// PSRAM malloc for recording
rec_buffer = (uint8_t *)ps_malloc(record_size);
if (rec_buffer == NULL) {
Serial.printf("malloc failed!\n");
while(1) ;
}
Serial.printf("Buffer: %d bytes\n", ESP.getPsramSize() - ESP.getFreePsram());
// Start recording
esp_i2s::i2s_read(esp_i2s::I2S_NUM_0, rec_buffer, record_size, &sample_size, portMAX_DELAY);
if (sample_size == 0) {
Serial.printf("Record Failed!\n");
} else {
Serial.printf("Record %d bytes\n", sample_size);
}
// Increase volume
for (uint32_t i = 0; i < sample_size; i += SAMPLE_BITS/8) {
(*(uint16_t *)(rec_buffer+i)) <<= VOLUME_GAIN;
}
// Write data to the WAV file
Serial.printf("Writing to the file ...\n");
if (file.write(rec_buffer, record_size) != record_size)
Serial.printf("Write file Failed!\n");
free(rec_buffer);
file.close();
Serial.printf("Recording complete: \n");
Serial.printf("Send rec for a new sample or enter a new label\n\n");
}
void generate_wav_header(uint8_t *wav_header, uint32_t wav_size, uint32_t sample_rate)
{
// See this for reference: http://soundfile.sapp.org/doc/WaveFormat/
uint32_t file_size = wav_size + WAV_HEADER_SIZE - 8;
uint32_t byte_rate = SAMPLE_RATE * SAMPLE_BITS / 8;
const uint8_t set_wav_header[] = {
'R', 'I', 'F', 'F', // ChunkID
file_size, file_size >> 8, file_size >> 16, file_size >> 24, // ChunkSize
'W', 'A', 'V', 'E', // Format
'f', 'm', 't', ' ', // Subchunk1ID
0x10, 0x00, 0x00, 0x00, // Subchunk1Size (16 for PCM)
0x01, 0x00, // AudioFormat (1 for PCM)
0x01, 0x00, // NumChannels (1 channel)
sample_rate, sample_rate >> 8, sample_rate >> 16, sample_rate >> 24, // SampleRate
byte_rate, byte_rate >> 8, byte_rate >> 16, byte_rate >> 24, // ByteRate
0x02, 0x00, // BlockAlign
0x10, 0x00, // BitsPerSample (16 bits)
'd', 'a', 't', 'a', // Subchunk2ID
wav_size, wav_size >> 8, wav_size >> 16, wav_size >> 24, // Subchunk2Size
};
memcpy(wav_header, set_wav_header, sizeof(set_wav_header));
}
Ahora, sube el código al XIAO y obtiene muestras de las palabras clave (hola y parar). También puedes capturar ruido y otras palabras. El monitor serial te pedirá que ingreses la etiqueta que se va a grabar.
Envía la etiqueta (por ejemplo, hello). El programa esperará otro comando: rec.
Y el programa comenzará a grabar nuevas muestras cada vez que se envíe el comando rec. Los archivos se guardarán como hello.1.wav, hello.2.wav, hello.3.wav, etc., hasta que se envíe una nueva etiqueta (por ejemplo, stop). En este caso, debes enviar el comando rec para cada nueva muestra, la cual se guardará como stop.1.wav, stop.2.wav, stop.3.wav, etc.
Finalmente, obtendremos los archivos guardados en la tarjeta SD.
Te recomendamos tener suficientes sonidos para cada muestra de etiqueta. Puedes repetir tus palabras clave varias veces durante cada sesión de grabación de diez segundos, y segmentaremos las muestras en los pasos siguientes. Sin embargo, debe haber algo de espacio entre las palabras clave.
Adquisición de datos para entrenamiento
Paso 2. Subir los datos de sonido recolectados
Cuando el conjunto de datos bruto esté definido y recolectado, debemos iniciar un nuevo proyecto en Edge Impulse. Una vez que el proyecto esté creado, selecciona la herramienta Subir datos existentes en la sección Adquisición de datos. Elige los archivos que se van a subir.
Y súbelos al Studio (Puedes dividir automáticamente los datos en entrenamiento/prueba). Repite para todas las clases y todos los datos crudos.
Todos los datos en el conjunto de datos tienen una duración de 1 segundo, pero las muestras grabadas en la sección anterior tienen 10 segundos y deben ser divididas en muestras de 1 segundo para ser compatibles. Haz clic en los tres puntos después del nombre de la muestra y selecciona Split sample.
Una vez dentro de la herramienta, divide los datos en registros de 1 segundo. Si es necesario, agrega o elimina segmentos.
Este procedimiento debe repetirse para todas las muestras.
Paso 3. Crear Impulso (Preprocesamiento / Definición del modelo)
Un impulso toma los datos crudos, usa el procesamiento de señales para extraer características y luego usa un bloque de aprendizaje para clasificar nuevos datos.
Primero, tomaremos los puntos de datos con una ventana de 1 segundo, aumentando los datos, deslizándonos esa ventana cada 500 ms. Ten en cuenta que la opción zero-pad data está activada. Esto es importante para llenar con ceros las muestras más pequeñas de 1 segundo (en algunos casos, reduje la ventana de 1000 ms en la herramienta de división para evitar ruidos y picos).
Cada muestra de audio de 1 segundo debe ser preprocesada y convertida en una imagen (por ejemplo, 13 x 49 x 1). Usaremos MFCC, que extrae características de las señales de audio utilizando los Coeficientes Cepstrales en Frecuencia Mel, los cuales son excelentes para la voz humana.
A continuación, seleccionamos KERAS para la clasificación, que construye nuestro modelo desde cero realizando clasificación de imágenes utilizando Redes Neuronales Convolucionales.
Paso 4. Preprocesamiento (MFCC)
El siguiente paso es crear las imágenes para ser entrenadas en la siguiente fase. Podemos mantener los valores de los parámetros predeterminados o aprovechar la opción Autotuneparameters del DSP, lo que haremos.
Construcción de un modelo de aprendizaje automático
Paso 5. Diseño y entrenamiento del modelo
Usaremos un modelo de Red Neuronal Convolucional (CNN). La arquitectura básica se define con dos bloques de Conv1D + MaxPooling (con 8 y 16 neuronas, respectivamente) y una tasa de Dropout de 0.25. En la última capa, después de realizar el Flattening, habrá cuatro neuronas, una para cada clase.
Como hiperparámetros, tendremos una tasa de aprendizaje de 0.005 y un modelo que se entrenará durante 100 épocas. También incluiremos aumento de datos, como algo de ruido. El resultado parece estar bien.
Despliegue en XIAO ESP32S3 Sense
Paso 6. Desplegar en XIAO ESP32S3 Sense
Edge Impulse empaquetará todas las bibliotecas necesarias, las funciones de preprocesamiento y los modelos entrenados, descargándolos a tu computadora. Debes seleccionar la opción Arduino Library y, en la parte inferior, seleccionar Quantized (Int8) y presionar el botón Build.
A pesar de que Edge Impulse aún no ha lanzado su SDK para ESP32S3 utilizando el acelerador ESP NN, gracias a Dmitry Maslov, podemos restaurar y corregir sus optimizaciones en ensamblador para ESP32-S3. Esta solución aún no es oficial, y EI la incluirá en su SDK una vez que resuelvan los conflictos con otras placas.
Por ahora, esto solo funciona con la versión no-EON. Por lo tanto, debes asegurarte de que la opción Enable EON Compiler no esté seleccionada.
Cuando se seleccione el botón Build, se creará un archivo Zip que se descargará en tu computadora.
Antes de usar la biblioteca descargada, es necesario habilitar el ESP NN Accelerator. Para ello, puedes descargar una versión preliminar desde el GitHub del proyecto, descomprimirla y reemplazar la carpeta ESP NN en la siguiente ubicación dentro de la carpeta de bibliotecas de Arduino:
src/edge-impulse-sdk/porting/espressif/ESP-NN.
En tu Arduino IDE, ve a la pestaña Sketch, selecciona la opción Add .ZIP Library, y elige el archivo .zip descargado desde Edge Impulse.
Puedes encontrar el código completo en el GitHub del proyecto. Sube el sketch a tu placa y prueba algunas inferencias en tiempo real.
La biblioteca importada en el código debe actualizarse con el nombre de la biblioteca que descargaste. Además, la lógica para encender las luces debe modificarse según el orden de las etiquetas con las que realmente entrenaste el modelo.
Si tu versión de ESP32 es 2.0.x, haz clic aquí para previsualizar el programa completo.
/* Edge Impulse Arduino examples
* Copyright (c) 2022 EdgeImpulse Inc.
*
* Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
* of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
* in the Software without restriction, including without limitation the rights
* to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
* copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
* furnished to do so, subject to the following conditions:
*
* The above copyright notice and this permission notice shall be included in
* all copies or substantial portions of the Software.
*
* THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
* IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
* FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
* AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
* LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
* OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
* SOFTWARE.
*/
// If your target is limited in memory remove this macro to save 10K RAM
#define EIDSP_QUANTIZE_FILTERBANK 0
/*
** NOTE: If you run into TFLite arena allocation issue.
**
** This may be due to may dynamic memory fragmentation.
** Try defining "-DEI_CLASSIFIER_ALLOCATION_STATIC" in boards.local.txt (create
** if it doesn't exist) and copy this file to
** `<ARDUINO_CORE_INSTALL_PATH>/arduino/hardware/<mbed_core>/<core_version>/`.
**
** See
** (https://support.arduino.cc/hc/en-us/articles/360012076960-Where-are-the-installed-cores-located-)
** to find where Arduino installs cores on your machine.
**
** If the problem persists then there's not enough memory for this model and application.
*/
/* Includes ---------------------------------------------------------------- */
#include <XIAO-ESP32S3-KWS_inferencing.h>
#include <I2S.h>
#define SAMPLE_RATE 16000U
#define SAMPLE_BITS 16
#define LED_BUILT_IN 21
/** Audio buffers, pointers and selectors */
typedef struct {
int16_t *buffer;
uint8_t buf_ready;
uint32_t buf_count;
uint32_t n_samples;
} inference_t;
static inference_t inference;
static const uint32_t sample_buffer_size = 2048;
static signed short sampleBuffer[sample_buffer_size];
static bool debug_nn = false; // Set this to true to see e.g. features generated from the raw signal
static bool record_status = true;
/**
* @brief Arduino setup function
*/
void setup()
{
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(115200);
// comment out the below line to cancel the wait for USB connection (needed for native USB)
while (!Serial);
Serial.println("Edge Impulse Inferencing Demo");
pinMode(LED_BUILT_IN, OUTPUT); // Set the pin as output
digitalWrite(LED_BUILT_IN, HIGH); //Turn off
I2S.setAllPins(-1, 42, 41, -1, -1);
if (!I2S.begin(PDM_MONO_MODE, SAMPLE_RATE, SAMPLE_BITS)) {
Serial.println("Failed to initialize I2S!");
while (1) ;
}
// summary of inferencing settings (from model_metadata.h)
ei_printf("Inferencing settings:\n");
ei_printf("\tInterval: ");
ei_printf_float((float)EI_CLASSIFIER_INTERVAL_MS);
ei_printf(" ms.\n");
ei_printf("\tFrame size: %d\n", EI_CLASSIFIER_DSP_INPUT_FRAME_SIZE);
ei_printf("\tSample length: %d ms.\n", EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT / 16);
ei_printf("\tNo. of classes: %d\n", sizeof(ei_classifier_inferencing_categories) / sizeof(ei_classifier_inferencing_categories[0]));
ei_printf("\nStarting continious inference in 2 seconds...\n");
ei_sleep(2000);
if (microphone_inference_start(EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT) == false) {
ei_printf("ERR: Could not allocate audio buffer (size %d), this could be due to the window length of your model\r\n", EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT);
return;
}
ei_printf("Recording...\n");
}
/**
* @brief Arduino main function. Runs the inferencing loop.
*/
void loop()
{
bool m = microphone_inference_record();
if (!m) {
ei_printf("ERR: Failed to record audio...\n");
return;
}
signal_t signal;
signal.total_length = EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT;
signal.get_data = µphone_audio_signal_get_data;
ei_impulse_result_t result = { 0 };
EI_IMPULSE_ERROR r = run_classifier(&signal, &result, debug_nn);
if (r != EI_IMPULSE_OK) {
ei_printf("ERR: Failed to run classifier (%d)\n", r);
return;
}
int pred_index = 0; // Initialize pred_index
float pred_value = 0; // Initialize pred_value
// print the predictions
ei_printf("Predictions ");
ei_printf("(DSP: %d ms., Classification: %d ms., Anomaly: %d ms.)",
result.timing.dsp, result.timing.classification, result.timing.anomaly);
ei_printf(": \n");
for (size_t ix = 0; ix < EI_CLASSIFIER_LABEL_COUNT; ix++) {
ei_printf(" %s: ", result.classification[ix].label);
ei_printf_float(result.classification[ix].value);
ei_printf("\n");
if (result.classification[ix].value > pred_value){
pred_index = ix;
pred_value = result.classification[ix].value;
}
}
// Display inference result
if (pred_index == 3){
digitalWrite(LED_BUILT_IN, LOW); //Turn on
}
else{
digitalWrite(LED_BUILT_IN, HIGH); //Turn off
}
#if EI_CLASSIFIER_HAS_ANOMALY == 1
ei_printf(" anomaly score: ");
ei_printf_float(result.anomaly);
ei_printf("\n");
#endif
}
static void audio_inference_callback(uint32_t n_bytes)
{
for(int i = 0; i < n_bytes>>1; i++) {
inference.buffer[inference.buf_count++] = sampleBuffer[i];
if(inference.buf_count >= inference.n_samples) {
inference.buf_count = 0;
inference.buf_ready = 1;
}
}
}
static void capture_samples(void* arg) {
const int32_t i2s_bytes_to_read = (uint32_t)arg;
size_t bytes_read = i2s_bytes_to_read;
while (record_status) {
/* read data at once from i2s - Modified for XIAO ESP2S3 Sense and I2S.h library */
// i2s_read((i2s_port_t)1, (void*)sampleBuffer, i2s_bytes_to_read, &bytes_read, 100);
esp_i2s::i2s_read(esp_i2s::I2S_NUM_0, (void*)sampleBuffer, i2s_bytes_to_read, &bytes_read, 100);
if (bytes_read <= 0) {
ei_printf("Error in I2S read : %d", bytes_read);
}
else {
if (bytes_read < i2s_bytes_to_read) {
ei_printf("Partial I2S read");
}
// scale the data (otherwise the sound is too quiet)
for (int x = 0; x < i2s_bytes_to_read/2; x++) {
sampleBuffer[x] = (int16_t)(sampleBuffer[x]) * 8;
}
if (record_status) {
audio_inference_callback(i2s_bytes_to_read);
}
else {
break;
}
}
}
vTaskDelete(NULL);
}
/**
* @brief Init inferencing struct and setup/start PDM
*
* @param[in] n_samples The n samples
*
* @return { description_of_the_return_value }
*/
static bool microphone_inference_start(uint32_t n_samples)
{
inference.buffer = (int16_t *)malloc(n_samples * sizeof(int16_t));
if(inference.buffer == NULL) {
return false;
}
inference.buf_count = 0;
inference.n_samples = n_samples;
inference.buf_ready = 0;
// if (i2s_init(EI_CLASSIFIER_FREQUENCY)) {
// ei_printf("Failed to start I2S!");
// }
ei_sleep(100);
record_status = true;
xTaskCreate(capture_samples, "CaptureSamples", 1024 * 32, (void*)sample_buffer_size, 10, NULL);
return true;
}
/**
* @brief Wait on new data
*
* @return True when finished
*/
static bool microphone_inference_record(void)
{
bool ret = true;
while (inference.buf_ready == 0) {
delay(10);
}
inference.buf_ready = 0;
return ret;
}
/**
* Get raw audio signal data
*/
static int microphone_audio_signal_get_data(size_t offset, size_t length, float *out_ptr)
{
numpy::int16_to_float(&inference.buffer[offset], out_ptr, length);
return 0;
}
/**
* @brief Stop PDM and release buffers
*/
static void microphone_inference_end(void)
{
free(sampleBuffer);
ei_free(inference.buffer);
}
#if !defined(EI_CLASSIFIER_SENSOR) || EI_CLASSIFIER_SENSOR != EI_CLASSIFIER_SENSOR_MICROPHONE
#error "Invalid model for current sensor."
#endif
Si tu versión de ESP32 es 3.0.x, haz clic aquí para previsualizar el programa completo.
/* Edge Impulse Arduino examples
* Copyright (c) 2022 EdgeImpulse Inc.
*
* Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
* of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
* in the Software without restriction, including without limitation the rights
* to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
* copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
* furnished to do so, subject to the following conditions:
*
* The above copyright notice and this permission notice shall be included in
* all copies or substantial portions of the Software.
*
* THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
* IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
* FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
* AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
* LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
* OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
* SOFTWARE.
*/
// If your target is limited in memory remove this macro to save 10K RAM
#define EIDSP_QUANTIZE_FILTERBANK 0
/*
** NOTE: If you run into TFLite arena allocation issue.
**
** This may be due to may dynamic memory fragmentation.
** Try defining "-DEI_CLASSIFIER_ALLOCATION_STATIC" in boards.local.txt (create
** if it doesn't exist) and copy this file to
** `<ARDUINO_CORE_INSTALL_PATH>/arduino/hardware/<mbed_core>/<core_version>/`.
**
** See
** (https://support.arduino.cc/hc/en-us/articles/360012076960-Where-are-the-installed-cores-located-)
** to find where Arduino installs cores on your machine.
**
** If the problem persists then there's not enough memory for this model and application.
*/
/* Includes ---------------------------------------------------------------- */
#include <XIAO-ESP32S3-KWS_inferencing.h>
#include <ESP_I2S.h>
I2SClass I2S;
#define SAMPLE_RATE 16000U
#define SAMPLE_BITS 16
#define LED_BUILT_IN 21
/** Audio buffers, pointers and selectors */
typedef struct {
int16_t *buffer;
uint8_t buf_ready;
uint32_t buf_count;
uint32_t n_samples;
} inference_t;
static inference_t inference;
static const uint32_t sample_buffer_size = 2048;
static signed short sampleBuffer[sample_buffer_size];
static bool debug_nn = false; // Set this to true to see e.g. features generated from the raw signal
static bool record_status = true;
/**
* @brief Arduino setup function
*/
void setup()
{
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(115200);
// comment out the below line to cancel the wait for USB connection (needed for native USB)
while (!Serial);
Serial.println("Edge Impulse Inferencing Demo");
pinMode(LED_BUILT_IN, OUTPUT); // Set the pin as output
digitalWrite(LED_BUILT_IN, HIGH); //Turn off
// setup 42 PDM clock and 41 PDM data pins
I2S.setPinsPdmRx(42, 41);
if (!I2S.begin(I2S_MODE_PDM_RX, 16000, I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_MONO)) {
Serial.println("Failed to initialize I2S!");
while (1) ;
}
// summary of inferencing settings (from model_metadata.h)
ei_printf("Inferencing settings:\n");
ei_printf("\tInterval: ");
ei_printf_float((float)EI_CLASSIFIER_INTERVAL_MS);
ei_printf(" ms.\n");
ei_printf("\tFrame size: %d\n", EI_CLASSIFIER_DSP_INPUT_FRAME_SIZE);
ei_printf("\tSample length: %d ms.\n", EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT / 16);
ei_printf("\tNo. of classes: %d\n", sizeof(ei_classifier_inferencing_categories) / sizeof(ei_classifier_inferencing_categories[0]));
ei_printf("\nStarting continious inference in 2 seconds...\n");
ei_sleep(2000);
if (microphone_inference_start(EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT) == false) {
ei_printf("ERR: Could not allocate audio buffer (size %d), this could be due to the window length of your model\r\n", EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT);
return;
}
ei_printf("Recording...\n");
}
/**
* @brief Arduino main function. Runs the inferencing loop.
*/
void loop()
{
bool m = microphone_inference_record();
if (!m) {
ei_printf("ERR: Failed to record audio...\n");
return;
}
signal_t signal;
signal.total_length = EI_CLASSIFIER_RAW_SAMPLE_COUNT;
signal.get_data = µphone_audio_signal_get_data;
ei_impulse_result_t result = { 0 };
EI_IMPULSE_ERROR r = run_classifier(&signal, &result, debug_nn);
if (r != EI_IMPULSE_OK) {
ei_printf("ERR: Failed to run classifier (%d)\n", r);
return;
}
int pred_index = 0; // Initialize pred_index
float pred_value = 0; // Initialize pred_value
// print the predictions
ei_printf("Predictions ");
ei_printf("(DSP: %d ms., Classification: %d ms., Anomaly: %d ms.)",
result.timing.dsp, result.timing.classification, result.timing.anomaly);
ei_printf(": \n");
for (size_t ix = 0; ix < EI_CLASSIFIER_LABEL_COUNT; ix++) {
ei_printf(" %s: ", result.classification[ix].label);
ei_printf_float(result.classification[ix].value);
ei_printf("\n");
if (result.classification[ix].value > pred_value){
pred_index = ix;
pred_value = result.classification[ix].value;
}
}
// Display inference result
if (pred_index == 3){
digitalWrite(LED_BUILT_IN, LOW); //Turn on
}
else{
digitalWrite(LED_BUILT_IN, HIGH); //Turn off
}
#if EI_CLASSIFIER_HAS_ANOMALY == 1
ei_printf(" anomaly score: ");
ei_printf_float(result.anomaly);
ei_printf("\n");
#endif
}
static void audio_inference_callback(uint32_t n_bytes)
{
for(int i = 0; i < n_bytes>>1; i++) {
inference.buffer[inference.buf_count++] = sampleBuffer[i];
if(inference.buf_count >= inference.n_samples) {
inference.buf_count = 0;
inference.buf_ready = 1;
}
}
}
static void capture_samples(void* arg) {
const int32_t i2s_bytes_to_read = (uint32_t)arg;
size_t bytes_read = i2s_bytes_to_read;
while (record_status) {
/* read data at once from i2s - Modified for XIAO ESP2S3 Sense and I2S.h library */
// i2s_read((i2s_port_t)1, (void*)sampleBuffer, i2s_bytes_to_read, &bytes_read, 100);
esp_i2s::i2s_read(esp_i2s::I2S_NUM_0, (void*)sampleBuffer, i2s_bytes_to_read, &bytes_read, 100);
if (bytes_read <= 0) {
ei_printf("Error in I2S read : %d", bytes_read);
}
else {
if (bytes_read < i2s_bytes_to_read) {
ei_printf("Partial I2S read");
}
// scale the data (otherwise the sound is too quiet)
for (int x = 0; x < i2s_bytes_to_read/2; x++) {
sampleBuffer[x] = (int16_t)(sampleBuffer[x]) * 8;
}
if (record_status) {
audio_inference_callback(i2s_bytes_to_read);
}
else {
break;
}
}
}
vTaskDelete(NULL);
}
/**
* @brief Init inferencing struct and setup/start PDM
*
* @param[in] n_samples The n samples
*
* @return { description_of_the_return_value }
*/
static bool microphone_inference_start(uint32_t n_samples)
{
inference.buffer = (int16_t *)malloc(n_samples * sizeof(int16_t));
if(inference.buffer == NULL) {
return false;
}
inference.buf_count = 0;
inference.n_samples = n_samples;
inference.buf_ready = 0;
// if (i2s_init(EI_CLASSIFIER_FREQUENCY)) {
// ei_printf("Failed to start I2S!");
// }
ei_sleep(100);
record_status = true;
xTaskCreate(capture_samples, "CaptureSamples", 1024 * 32, (void*)sample_buffer_size, 10, NULL);
return true;
}
/**
* @brief Wait on new data
*
* @return True when finished
*/
static bool microphone_inference_record(void)
{
bool ret = true;
while (inference.buf_ready == 0) {
delay(10);
}
inference.buf_ready = 0;
return ret;
}
/**
* Get raw audio signal data
*/
static int microphone_audio_signal_get_data(size_t offset, size_t length, float *out_ptr)
{
numpy::int16_to_float(&inference.buffer[offset], out_ptr, length);
return 0;
}
/**
* @brief Stop PDM and release buffers
*/
static void microphone_inference_end(void)
{
free(sampleBuffer);
ei_free(inference.buffer);
}
#if !defined(EI_CLASSIFIER_SENSOR) || EI_CLASSIFIER_SENSOR != EI_CLASSIFIER_SENSOR_MICROPHONE
#error "Invalid model for current sensor."
#endif
La idea es que el LED se encienda cada vez que se detecte la palabra clave HELLO. De la misma manera, en lugar de encender un LED, esto podría servir como un "disparador" para un dispositivo externo, como vimos en la introducción.
Agradecimientos Especiales
Un agradecimiento especial a MJRoBot (Marcelo Rovai) por el contenido del tutorial sobre el acceso del XIAO ESP32S3 Sense a Edge Impulse. El artículo original es muy detallado y contiene una gran cantidad de conocimientos sobre aprendizaje automático.
Si deseas leer el contenido original de este artículo, puedes ir directamente al artículo original desplazándote hacia abajo.
MJRoBot también tiene muchos otros proyectos interesantes sobre el XIAO ESP32S3.
Recursos
- [GITHUB] Repositorio del proyecto
- [EDGE-IMPULSE] Demostración en Edge Impulse
Soporte Técnico y Discusión sobre el Producto
¡Gracias por elegir nuestros productos! Estamos aquí para brindarte diferentes tipos de soporte y asegurarnos de que tu experiencia con nuestros productos sea lo más fluida posible. Ofrecemos varios canales de comunicación para adaptarnos a diferentes preferencias y necesidades.