用 Piper TTS 打造离线语音交互：边缘设备语音合成实作指南

一、前言

在语音合成领域中，Text-to-Speech（TTS）技术近年来获得了飞速的发展。 随着语音助手、智能设备与无障碍技术的兴起，TTS 在人机互动中的应用日益重要。 Piper TTS 是一个高效、轻量且开源的 TTS 解决方案，由 rhasspy 开发者社群维护，专为离线运行设计，特别适用于树莓派与其他边缘设备。

二、Piper TTS：高效、离线、开源的語音合成引擎

Piper 使用现代的神经语音合成技术，能够产生自然且清晰的语音。 相较于传统的TTS系统或需依赖云端API的服务，Piper提供离线运行的能力，无须连网即可执行语音合成，提升隐私性与可控性。

Piper TTS 主要特色

支持多语言与多种声音模型：官方目前提供多种语言的声音模型（包含英语、法语、德语、西班牙语、日语等），并持续扩充中。

高效能推论速度：即使在树莓派 4 上也能实现 1x 以上实时语音合成。

小模型尺寸：单一模型约 30–120MB，便于嵌入式部署。

ONNX 支持：模型基于 ONNX 格式，可整合至各种 AI 框架与推论引擎。

核心技术架构

Piper 采用两阶段的语音合成流程：

音素转换（Grapheme to Phoneme， G2P）：将输入文字转换为音素序列。

聲音合成（VITS 模型）：基於神經網路的 VITS（Variational Inference Text-to-Speech）結構，合成對應的語音波形。

这样的架构使 Piper 能在维持语音自然度的同时，保有较低的硬件资源消耗。

三、实际应用场景

Piper TTS 的应用场景非常广泛，以下是几个代表性使用例：

智能语音助理：可作为 Mycroft、Rhasspy 等本地语音助理的语音输出系统。

隐私敏感的装置：例如医疗信息回报、智能门锁语音提示等场景，不需连网即可语音播报。

工业/嵌入式应用：用于嵌入式装置上的语音提示功能，例如工业机器警示、IoT 设备语音通知。

无障碍应用：帮助语言障碍者以文字输出语音，自定义语速与音调。

四、快速入门指南

以下为 Ubuntu 系统中 Piper TTS 的简单安装与执行流程：

# 安装 piper 可执行文件

sudo apt install curl git unzip sox

curl -LO https://github.com/rhasspy/piper/releases/latest/download/piper-linux-x86_64.zip

解压缩 piper-linux-x86_64.zip

CD 吹笛手

# 下载一个语音模型（例如 en_US-amy）

curl -LO https://github.com/rhasspy/piper/releases/download/v0.0.2/en_US-amy-low.onnx

curl -LO https://github.com/rhasspy/piper/releases/download/v0.0.2/en_US-amy.onnx.json

# 语音合成范例

echo “欢迎使用 Piper TTS！” | ./piper --model en_US-amy-low.onnx --config en_US-amy.onnx.json --output_file output.wav

aplay output.wav

支持 Python 与 C/C++ 的呼叫方式，适合嵌入至各类应用系统中。

五. Q&A

• Q： Piper 與 Google Tuss、Amazon Poly 等端服務相比有何優勢？
  A： Piper 完全离线运行，不需依赖外部网络，保护隐私且无延迟; 其运行效率也非常高，适合资源有限的设备。

• Q: Piper 支援哪些語言？ 是否可自訂語音模型？
  A: Piper 目前支援 15+ 語言與數十種聲音模型，且可以自行訓練語音資料（需使用 VITS 訓練流程）。
• Q: Piper 能否在樹莓派運行？
  A: 是的，Piper 專為低功耗裝置設計，即使在 Raspberry Pi 4 上也能實時語音合成。
• Q: 如何整合 Piper 至語音助理？
  A: Piper 已整合至 Rhasspy、Home Assistant 等開源語音助理平台，也可透過 API 或 CLI 呼叫自訂整合。
• Q： 模型文件是否可以压缩或剪裁？
  A： Piper 模型支持「low」版本，体积更小，适合嵌入式装置使用; 若有进一步需求，也可透过量化模型来降低运算成本。

六. 结论

Piper TTS 为语音合成领域带来了一个具备开源、轻量、高品质、离线化等优势的方案。 在现今注重隐私与边缘运算的趋势下，Piper提供了替代云端TTS的理想选择。 无论是语音助理、智能设备或嵌入式系统，Piper 都展现了出色的灵活性与稳定性，值得开发者深入研究与采用。

随着社群持续贡献模型与功能更新，Piper的应用潜力将更加广泛，成为下一代本地语音合成技术的重要代表。

七、引用

• Piper GitHub 官方專案
• VITS 論文（Kim et al.， 2021）