RaspberryPiで家の騒音をグラフ化

RaspberryPi 作ってみた・やってみた プログラム

赤ちゃんがいつ泣いているのかログを取りたい

f:id:cyamax:20170309173036j:plain １日何時間泣いているのかや、
何時頃に泣くなど傾向がわかったら面白そうなのでやってみました。

用意するもの

  • RaspberryPi 2 or 3
  • USBマイク

環境準備

Elasticsearch×kibana×Fluentdのインストール

グラフ化するために以下環境を用意します cyamax.hateblo.jp

Python3のインストール

Pythonは２系と３系がありますが、今後主流になっていく３系を使います。
普通はpyenvやvenvを挟んで環境を切り替えることが多いですが、
RaspberryPi上だとうまくできなかったので、 シンプルに直接Python３系とモジュールをインストールします。

$ sudo apt-get install python3 python3-numpy python3-pyaudio

マイクデバイスの認識

こちらのサイトにマイクデバイスの設定方法が書いてあるので、参考にさせていただきました。 karaage.hatenadiary.jp

設定後以下のようにUSBデバイスが優先されていればOKだとおもいます

$ cat /proc/asound/modules
0 snd_usb_audio
1 snd_bcm2835

マイクのサンプリング周波数を確認

マイクから信号を受け取りにあたりサンプリング周波数を設定する必要があります。
マイクに合った設定をしないとエラーが出て取得できません。
サンプリング周波数はUSBマイクを一度Macに挿して
システム情報->ハードウェア->オーディオ->デバイス
にUSB PnP Sound Deviceの欄で確認できました。
※Windowsの場合は試していませんがデバイスマネージャなどから確認できるかもしれません f:id:cyamax:20170308215921p:plain

騒音をログ化する

動作のながれ

  1. マイクからのストリーミングデータをCHUNK分(1024*2)ずつ抜き出してその中で最大振幅を配列max_dataに入れる。
  2. Thredingを使って指定時間ごとに割り込み処理(sendlog)を実行
  3. 割り込み処理では配列max_dataの平均値を計算してFluentdに送り、max_dataを初期化

Pythonでの割り込み処理はThredingモジュールで実装
Fluentdへはsubprocessでechoを使って実装

コード

# -*- coding:utf-8 -*-

import pyaudio
import numpy as np
import threading
import subprocess

max_data=[]
CHUNK=1024*2 # マイクによって変わる。上手くいかない場合色々試してください
RATE=48000 # 事前に確認したサンプリング周波数
p=pyaudio.PyAudio()

stream=p.open(format = pyaudio.paInt16,
        channels = 1,
        rate = RATE,
        frames_per_buffer = CHUNK,
        input = True,
        output = True)

def audio_trans(input):
    frames=(np.frombuffer(input,dtype="int16"))
    max_data.append(max(frames))
    return

def sendlog(): # 定期的に呼び出される
    global max_data
    if len(max_data) != 0: # 初回実行時だけ無視
        mic_ave=int(sum(max_data)/len(max_data)) # 60秒間のマイク受信音量の平均値を出す
        max_data=[]
        #print("スレッドの数: " + str(threading.activeCount())+threading.currentThread().getName()) #Thredingでプロセスが乱立しないかチェック用
        ## fluentdに最大音量値を渡す
        json = '{'+'\"mic_max\":{0}'.format(mic_ave)+'}'
        cmd = "echo '" + json + "' | /usr/local/bin/fluent-cat log.hoge"
        try:
            print (cmd)
            res = subprocess.check_call(cmd, shell=True )
        except:
            print ("error")
    t=threading.Timer(60,sendlog) #60秒ごとにsendlogを実行
    t.start()

t=threading.Thread(target=sendlog)
t.start()

print ("mic on")

while stream.is_active():
    input = stream.read(CHUNK)
    input = audio_trans(input)

stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()

print ("Stop Streaming")

実行結果

f:id:cyamax:20170308230824p:plain １、２時間ごと夜泣きをしてそのタイミングでグラフが上昇。
朝方を過ぎた頃に子供を移動させたのとテレビをつけたので全体的に平坦になっているわかる。

感想

マイクの受信感度やメモリ管理などまだまだ調整する箇所はありますが、
やりたいことはできた感じ。
マイクはベビーベッドに設置してましたが、
泣いたタイミングで抱っこして違う部屋であやしたりしていたので、
数値の大きさはあまり当てにならない結果になってしまいました。
※上昇タイミングだけ意味のあるデータとなった

参考サイト

Raspberry Pi 2で音声認識・音声合成してみる - karaage. [からあげ]
PyAudioの基本メモ2 音声入出力 - たけし備忘録
python - Pythonのthreading.Timerで定期的に処理を呼び出すサンプル - スタック・オーバーフロー