HoloLens2 × Azure Cognitive Services（Speech SDKでテキストから音声合成）

はじめに

HoloLensアドベントカレンダー2020の6日目の記事です。
前回の記事の続きで、画像分析APIで画像説明文を生成し、それを読み上げてみましょう。

開発環境

• Azure
  • Computer Vision API（画像分析 API）
  • Speech SDK 1.14.0
• Unity 2019.4.1f1
• MRTK 2.5.1
• Windows 10 PC
• HoloLens2

導入

1．前回の記事まで終わらせてください。

2．Speech SDKを設定する（Unity）からMicrosoft.CognitiveServices.Speech.1.14.0.unitypackageをダウンロードし、インポートします。

3．Azureポータルから音声を作成し、場所とキーをメモっておいてください。

4．スピーカー出力に合成するを参考にTapToCaptureAnalyzeAPI.csを編集します。画像分析APIで得られた画像説明文をSpeech SDKのsynthesizer.SpeakTextAsyncに投げます。

TapToCaptureAnalyzeAPI.cs

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System;
using UnityEngine;
using Microsoft.MixedReality.Toolkit.Utilities;
using System.Threading.Tasks;
using OpenCVForUnity.CoreModule;
using OpenCVForUnity.UnityUtils;
using OpenCVForUnity.ImgprocModule;

// SpeechSDK 追加分ここから
using System.IO;
using System.Text;
using Microsoft.CognitiveServices.Speech;
using Microsoft.CognitiveServices.Speech.Audio;
// SpeechSDK 追加分ここまで

public class TapToCaptureAnalyzeAPI : MonoBehaviour
{

    // SpeechSDK 追加分ここから
    public AudioSource audioSource;
    async Task SynthesizeAudioAsync(string text) 
    {
        var config = SpeechConfig.FromSubscription("YourSubscriptionKey", "YourServiceRegion");
        var synthesizer = new SpeechSynthesizer(config, null); // nullを省略するとPCのスピーカーから出力されるが、HoloLensでは出力されない。

        // https://github.com/Azure-Samples/cognitive-services-speech-sdk/blob/master/quickstart/csharp/unity/text-to-speech/Assets/Scripts/HelloWorld.cs
        // Starts speech synthesis, and returns after a single utterance is synthesized.
        using (var result = synthesizer.SpeakTextAsync(text).Result)
        {
            // Checks result.
            if (result.Reason == ResultReason.SynthesizingAudioCompleted)
            {
                // Native playback is not supported on Unity yet (currently only supported on Windows/Linux Desktop).
                // Use the Unity API to play audio here as a short term solution.
                // Native playback support will be added in the future release.
                var sampleCount = result.AudioData.Length / 2;
                var audioData = new float[sampleCount];
                for (var i = 0; i < sampleCount; ++i)
                {
                    audioData[i] = (short)(result.AudioData[i * 2 + 1] << 8 | result.AudioData[i * 2]) / 32768.0F;
                }

                // The output audio format is 16K 16bit mono
                var audioClip = AudioClip.Create("SynthesizedAudio", sampleCount, 1, 16000, false);
                audioClip.SetData(audioData, 0);
                audioSource.clip = audioClip;
                audioSource.Play();

                // newMessage = "Speech synthesis succeeded!";
            }
            else if (result.Reason == ResultReason.Canceled)
            {
                var cancellation = SpeechSynthesisCancellationDetails.FromResult(result);
                // newMessage = $"CANCELED:\nReason=[{cancellation.Reason}]\nErrorDetails=[{cancellation.ErrorDetails}]\nDid you update the subscription info?";
            }
        }
    }
    // SpeechSDK 追加分ここまで

    public GameObject quad;

    [System.Serializable]
    public class Analyze
    {
        public Categories[] categories;
        public Color color;
        public Description description;
        public string requestId;
        public Metadata metadata;
    }

    [System.Serializable]
    public class Categories
    {
        public string name;
        public float score;
    }

    [System.Serializable]
    public class Color
    {
        public string dominantColorForeground;
        public string dominantColorBackground;
        public string[] dominantColors;
        public string accentColor;
        public bool isBwImg;
        public bool isBWImg;
    }

    [System.Serializable]
    public class Description
    {
        public string[] tags;
        public Captions[] captions;
    }

    [System.Serializable]
    public class Captions
    {
        public string text;
        public float confidence;
    }

    [System.Serializable]
    public class Metadata
    {
        public int height;
        public int width;
        public string format;
    }

    UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture photoCaptureObject = null;
    Texture2D targetTexture = null;

    private string endpoint = "https://<Insert Your Endpoint>/vision/v3.1/analyze";
    private string subscription_key = "<Insert Your API Key>";
    private bool waitingForCapture;

    void Start(){
        waitingForCapture = false;
    }
    
    public void AirTap()
    {
        if (waitingForCapture) return;
        waitingForCapture = true;

        Resolution cameraResolution = UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture.SupportedResolutions.OrderByDescending((res) => res.width * res.height).First();
        targetTexture = new Texture2D(cameraResolution.width, cameraResolution.height);

        // PhotoCapture オブジェクトを作成します
        UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture.CreateAsync(false, delegate (UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture captureObject) {
            photoCaptureObject = captureObject;
            UnityEngine.Windows.WebCam.CameraParameters cameraParameters = new UnityEngine.Windows.WebCam.CameraParameters();
            cameraParameters.hologramOpacity = 0.0f;
            cameraParameters.cameraResolutionWidth = cameraResolution.width;
            cameraParameters.cameraResolutionHeight = cameraResolution.height;
            cameraParameters.pixelFormat = UnityEngine.Windows.WebCam.CapturePixelFormat.BGRA32;

            // カメラをアクティベートします
            photoCaptureObject.StartPhotoModeAsync(cameraParameters, delegate (UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture.PhotoCaptureResult result) {
                // 写真を撮ります
                photoCaptureObject.TakePhotoAsync(OnCapturedPhotoToMemoryAsync);
            });
        });
    }

    async void OnCapturedPhotoToMemoryAsync(UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture.PhotoCaptureResult result, UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCaptureFrame photoCaptureFrame)
    {
        // ターゲットテクスチャに RAW 画像データをコピーします
        photoCaptureFrame.UploadImageDataToTexture(targetTexture);
        byte[] bodyData = targetTexture.EncodeToJPG();

        Response response = new Response();

        try
        {
            string query = endpoint + "?visualFeatures=Categories,Description,Color";
            var headers = new Dictionary<string, string>();
            headers.Add("Ocp-Apim-Subscription-Key", subscription_key);
            response = await Rest.PostAsync(query, bodyData, headers, -1, true);
        }
        catch (Exception e)
        {
            photoCaptureObject.StopPhotoModeAsync(OnStoppedPhotoMode);
            return;
        }

        if (!response.Successful)
        {
            photoCaptureObject.StopPhotoModeAsync(OnStoppedPhotoMode);
            return;
        }

        Debug.Log(response.ResponseCode);
        Debug.Log(response.ResponseBody);
        Analyze analyze = JsonUtility.FromJson<Analyze>(response.ResponseBody);
        Debug.Log(analyze.description.captions[0].text);

        // SpeechSDK 追加分ここから
        // 生成された画像説明文をSynthesizeAudioAsyncに投げる
        await SynthesizeAudioAsync(analyze.description.captions[0].text);
        // SpeechSDK 追加分ここまで
        
        // OpenCVを用いて結果をて画像に書き込み
        Mat imgMat = new Mat(targetTexture.height, targetTexture.width, CvType.CV_8UC4);
        Utils.texture2DToMat(targetTexture, imgMat);
        Debug.Log("imgMat.ToString() " + imgMat.ToString());
        Imgproc.putText(imgMat, analyze.description.captions[0].text, new Point(10, 100), Imgproc.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 4.0, new Scalar(255, 255, 0, 255), 4, Imgproc.LINE_AA, false);
        Texture2D texture = new Texture2D(imgMat.cols(), imgMat.rows(), TextureFormat.RGBA32, false);
        Utils.matToTexture2D(imgMat, texture);
        Renderer quadRenderer = quad.GetComponent<Renderer>() as Renderer;
        quadRenderer.material.SetTexture("_MainTex", texture);

        // カメラを非アクティブにします
        photoCaptureObject.StopPhotoModeAsync(OnStoppedPhotoMode);
    }

    void OnStoppedPhotoMode(UnityEngine.Windows.WebCam.PhotoCapture.PhotoCaptureResult result)
    {
        // photo capture のリソースをシャットダウンします
        photoCaptureObject.Dispose();
        photoCaptureObject = null;
        waitingForCapture = false;
    }
}

5．SpeechConfig.FromSubscriptionにキーと場所をコピペしてください。

6．最初は、synthesizer.SpeakTextAsyncでAudioConfigパラメーターを省略するだけでスピーカーから出力されるので行けると思ったのですが、HoloLensでは出力されませんでした。

static async Task SynthesizeAudioAsync() 
{
    var config = SpeechConfig.FromSubscription("YourSubscriptionKey", "YourServiceRegion");
    using var synthesizer = new SpeechSynthesizer(config);
    await synthesizer.SpeakTextAsync("Synthesizing directly to speaker output.");
}

7．そこで、InternetClientServer と PrivateNetworkClientServer の機能を有効にしたり、MixedRealityToolkitの音声コマンドの設定をしてみたり、

音声認識と文字起こしには Speech SDK を使用するため、Speech SDK の機能の妨げにならないように、MRTK の音声コマンドを構成する必要があります。 これを実現するには、音声コマンドの開始動作を Auto Start から Manual Start に変更することができます。
Hierarchy ウィンドウで MixedRealityToolkit オブジェクトを選択した状態で、Inspector ウィンドウで Input タブを選択し、DefaultHoloLens2InputSystemProfile と DefaultMixedRealitySpeechCommandsProfile を複製し、音声コマンドの Start Behavior を Manual Start に変更します。

ARM64でビルドしたりしたのですが、関係ありませんでした。

8．調べた結果【Unity】Microsoft Azure を用いてキャラクターを流暢に話させる
やcognitive-services-speech-sdkのHelloWorld.csを参考に、音声合成結果をAudioSourceのclipに割り当てる必要がありました。

9．あとはTapToCaptureAnalyzeにAudioSourceをAdd Componentし、TapToCaptureAnalyzeAPIのAudioSourceにTapToCaptureAnalyzeをD&Dしてアタッチします。

実行

実行動画を見てください。エアタップすると画像キャプチャし、画像説明文を生成、読み上げてくれます。

"a hand holding a fanned out money" 札束を持つ手

テキストを読み上げ#TTS #HoloLens2 #MRTK #SpeechSDK #Azure #CognitiveServices #Unity pic.twitter.com/GBFkLzCkIJ

— 藤本賢志(ガチ本)@XRKaigi (@sotongshi) December 5, 2020

スタートアップ夢の扉のヌンギルが完成しました！
明日は、弟子（@Horomoto-Asahi）による「MRTK関連で何かを書く」です。