Raspberry Pi als Offline-TTS-Modul für Mikrocontroller

Text-to-Speech (TTS) hat sich in den letzten Jahren von robotischen Stimmen zu fast menschlich klingenden Sprachmodellen entwickelt. Das eröffnet für Bastler und Maker neue Möglichkeiten der Interaktion mit Maschinen.
Beispielsweise um eine möglichst natürliche und barrierearme Nutzer-Interaktion zu ermöglichen, bei der Statusmeldungen, Hinweise oder Ergebnisse direkt akustisch ausgegeben werden.

Anstatt auf eine fertig und teure Spezialhardware zurückzugreifen, wird in diesem Projekt eine flexible Selbstbau-Lösung entwickelt. Ein Raspberry Pi wird dabei als Hardware-Grundlage verwendet. Über eine UART-Schnittstelle empfängt er Text-Nachrichten von einem beliebigen Mikrocontroller. Mithilfe einer Text-to-Speech-Software wird der Text in Sprache umgewandelt und auf einem Lautsprecher ausgegeben. Und das vollkommen offline, ohne Internet-Verbindung und einen externen Dienst.

Dadurch entsteht eine modulare Architektur:

• Ein beliebiger Mikrocontroller kümmert sich um die Steuerung (Arduino, ESP32 oder Raspberry Pi Pico).
• Die rechenintensivere Sprachverarbeitung ist auf ein separates System ausgelagert.

Durch die Trennung von Steuerlogik und Sprachausgabe bleibt das Gesamtsystem flexibel, erweiterbar und leicht an unterschiedliche Anforderungen anpassbar.

Eine Lösung mit dem Raspberry Pi hat besonders viel Charme:

1. Universelle Lösung, die mit verschiedenen Mikrocontrollern funktioniert.
2. Einfache Verbindung über UART (nur ein Verbindungskabel notwendig).
3. Stromversorgung des Mikrocontrollers ist über den Raspberry Pi möglich.
4. Die Software-Lösung ist gegen eine bessere Lösung austauschbar. Beispielsweise leistungsfähigere Hardware.

Open-Source-Software für Text-To-Speech

Für Text-To-Speech gibt es eine vergleichsweise große Auswahl, die sich auf zwei Lösungen reduzieren lässt:

• eSpeak NG: Ist auch für alte Raspberry Pis geeignet.
• Piper-TTS: Funktioniert ab einem Raspberry Pi 3 B+ ausreichend schnell.

Bitte wähle anhand folgender Empfehlungen die Software aus.

Raspberry Pi als Offline-TTS-Modul mit eSpeak NG für Mikrocontroller

eSpeak NG ist ein Open-Source-Sprach-Synthesizer, der Ausgaben in vielen Sprachen erzeugen kann. Die Spracherzeugung erfolgt vollständig synthetisch (Formantsynthese), was sich auch genauso anhört.
Die Sprachausgabe von eSpeak NG klingt akzeptabel, aber mechanisch und nach einem Roboter. Auf einem alten Raspberry Pi (2 und darunter) werden die Daten für die direkte Sprachausgabe schnell genug erzeugt, um es als interaktives System nutzen zu können.

• Raspberry Pi als Offline-TTS-Modul mit eSpeak NG für Mikrocontroller

Raspberry Pi als Offline-TTS-Modul mit Piper-TTS für Mikrocontroller

Piper-TTS ist eine neuronale Text-To-Speech-Engine, die eSpeak NG für die Phonemisierung einbettet. Die Qualität der natürlichen Sprache ist sehr gut. Ab einem Raspberry Pi 3 ist die Sprachqualität auch in einer niedrigen Qualitätsstufe ausreichend gut und schnell, um sie in interaktiven Systemen verwenden zu können.

• Raspberry Pi als Offline-TTS-Modul mit Piper-TTS für Mikrocontroller

Projekt-Ideen mit TTS

• Zeitansage
• Begrüßung
• Schritt-für-Schritt-Vorlesen in Kombination mit Gestenerkennung
• Wetterbericht
• Nachrichten vorlesen

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