Raspberry Pi: Alexa-Tutorial

Amazon Alexa, oder auch einfach nur Alexa, ist der von Amazon ent­wi­ckel­te Sprach­as­sis­tent, der z. B. in Smart Speakern wie dem Amazon Echo oder dem Echo Dot zum Einsatz kommt. In diesen Geräten dient Alexa als zentrale Steue­rungs­ein­heit, die auf Sprach­be­feh­le des Nutzers reagiert. So lassen sich bei­spiels­wei­se Songs von Amazon Music oder Spotify streamen, Hörspiele von Audible abspielen oder Nach­rich­ten und Wet­ter­aus­künf­te abrufen. Auch bei der Or­ga­ni­sa­ti­on des Ta­ges­ab­laufs un­ter­stützt die Software bei Bedarf: Einkaufs- und To-do-Listen sind ebenso schnell diktiert wie abgefragt und Termine im ge­wünsch­ten Kalender (u. a. Apple, Google und Outlook) verbucht.

Da die Sprach­soft­ware von Amazon außerdem mit tausenden Smart-Home-Geräten wie Lampen, Steck­do­sen, Ther­mo­sta­ten u. v. m. kom­pa­ti­bel ist, er­mög­licht sie auch die Au­to­ma­ti­sie­rung des Haushalts.

Dank Alexa Voice Service können Sie die Mög­lich­kei­ten von Alexa auch ohne Amazon-Gerät genießen und den Sprach­as­sis­ten­ten in Ihr eigenes Gerät in­te­grie­ren. Als besonders geeignet hat sich der beliebte Raspberry Pi erwiesen, der im Vergleich zu Amazon Echo und Co. nicht nur preis­li­che Vorteile bietet, sondern sich auch nach eigenem Belieben anpassen und in­di­vi­dua­li­sie­ren lässt.

Seit 2012 ist der Raspberry Pi auf dem Markt. Seitdem haben sich die Her­stel­ler kon­ti­nu­ier­lich um die Wei­ter­ent­wick­lung des Mi­ni­com­pu­ters bemüht und ver­schie­de­ne Nach­fol­ge­ver­sio­nen wie den Raspberry Pi 2 und 3 oder den Rasperry Pi Zero ver­öf­fent­licht. Al­ler­dings erfüllen nicht alle Varianten des Ein­pla­ti­nen­com­pu­ters die er­for­der­li­chen Vor­aus­set­zun­gen für die Ein­bin­dung von Alexa: Um den Sprach­as­sis­ten­ten später optimal einsetzen zu können, ist es emp­feh­lens­wert, min­des­tens einen Raspberry Pi 2 (Model B) zu verwenden. Da Alexa eine be­stehen­de In­ter­net­ver­bin­dung vor­aus­setzt, benötigen Sie in diesem Fall aber auch einen WLAN-Adapter, falls Sie den Mi­ni­com­pu­ter nicht dauerhaft über ein Netz­werk­ka­bel mit dem Internet verbinden wollen.

Sie können sich aber auch gleich für einen Raspberry Pi 3 ent­schei­den, da dieser stan­dard­mä­ßig über einen in­te­grier­ten WLAN-Adapter verfügt.

Ferner benötigen Sie in jedem Fall folgendes Zubehör, um Alexa auf Ihrem Raspberry Pi nutzen zu können:

• MicroSD-Karte mit min­des­tens 8 GB (optimal: 16 GB oder mehr)
• USB-Netzteil mit min­des­tens 2.000 mAh
• USB-Mikrofon
• USB- oder Bluetooth-Laut­spre­cher (falls Raspberry Pi 3)

Für ein besseres Klang­er­leb­nis können Sie optional eine USB-Sound­kar­te an den Raspberry an­schlie­ßen. Falls Sie die In­stal­la­ti­on und Ein­rich­tung von Be­triebs­sys­tem und Alexa nicht gänzlich per Remote-Ver­bin­dung vom PC aus durch­füh­ren wollen (sog. Headless-Modus), gilt es außerdem, Bild­schirm, Tastatur und Maus an den Mi­ni­com­pu­ter an­zu­schlie­ßen.

Bevor Sie den Sprach­as­sis­ten­ten ein­rich­ten können, müssen Sie zunächst ein Be­triebs­sys­tem auf dem Raspberry bzw. auf der gewählten SD-Karte in­stal­lie­ren. Zu empfehlen ist das offiziell von der Raspberry Pi Foun­da­ti­on un­ter­stütz­te Raspbian, das Sie – als Image-Datei – direkt von der Website der Foun­da­ti­on her­un­ter­la­den können. Entpacken Sie die Datei im Anschluss auf die SD-Karte und nutzen Sie diese, um Ihren Raspberry Pi zu booten und das Be­triebs­sys­tem zu in­stal­lie­ren. Eine aus­führ­li­che Anleitung liefert Ihnen folgendes Video:

Falls Sie sich die In­stal­la­ti­on eines Be­triebs­sys­tems sparen wollen, können Sie – bei­spiels­wei­se im On­line­shop „The Pi Hut“ – auch eine ein­satz­fer­ti­ge SD-Karte kaufen, auf der Raspbian bereits vor­in­stal­liert ist.

Wie Sie Alexa im Anschluss an die In­stal­la­ti­on von Raspbian zum Laufen bringen, erfahren Sie in der folgenden Schritt-für-Schritt-Anleitung.

An­schlie­ßend werden Sie au­to­ma­tisch im Developer-Bereich an­ge­mel­det. Bevor Sie die Tools wie Alexa Voice Server al­ler­dings nutzen können, sind einige weitere Angaben zu Ihrer Person er­for­der­lich, die Sie nach einem Klick auf „Re­gis­trie­rung ab­schlie­ßen“ in der oberen Me­nü­leis­te machen können.

Unter „Product name“ und „Product ID“ können Sie bei­spiels­wei­se „AlexaPi“ oder „Raspber­ry­Pi­Ale­xa“ eintragen.

Als „Product type“ wählen Sie die Option „Device with Alexa built-in“ (dt. Gerät mit in­te­grier­ter Alexa-Software). Die Frage nach der Nutzung einer Companion-App verneinen Sie.

In der Zeile „Product category“ fällt Ihre Wahl auf „Wireless Speakers“. Bei der Pro­dukt­be­schrei­bung müssen Sie keine großen Worte schwingen, ein Eintrag wie „Raspberry Pi Alexa Speaker“ ist aus­rei­chend.

Da Sie Ihren Raspberry Pi wie klas­si­sche Alexa-Speaker aus­schließ­lich per Sprach­be­fehl steuern wollen, markieren Sie „Hands-free“ (Sprach­steue­rung aus naher Distanz) und „Far-field“ (Sprach­steue­rung aus der Ferne) als geplante In­ter­ak­ti­ons­ar­ten.

Die ab­schlie­ßen­den Fragen nach der kom­mer­zi­el­len Nutzung oder der Ver­wen­dung des Raspber­rys für Alexa for Business und Alexa Mobile Accessory Protocol verneinen Sie ebenso wie die Frage, ob ihr Projekt gezielt auf Kinder zu­ge­schnit­ten ist.

War die Ein­rich­tung er­folg­reich, sendet Amazon Ihnen eine ent­spre­chen­de Pop-up-Be­nach­rich­ti­gung.

Die ein­fachs­te Mög­lich­keit, Alexa auf Ihrem Raspberry Pi zu in­stal­lie­ren, führt über die Ent­wick­ler­platt­form GitHub. Dort finden Sie u. a. die Alexa AVS Sample App, mit deren Hilfe Sie die Sprach­soft­ware auf Ihren Mi­ni­com­pu­ter bringen. Vor­aus­set­zung ist ein Git-Client, den Sie sofort nach einem schnellen System-Update her­un­ter­la­den können, falls dieser nicht stan­dard­mä­ßig in­stal­liert ist. Geben Sie also zunächst folgende Befehle in das Raspbian-Terminal ein, um die Sys­tem­soft­ware zu ak­tua­li­sie­ren:

Es folgt der Git-Client-Check:

Mithilfe des Clients laden Sie nun die AVS Sample App herunter bzw. klonen das GitHub-Re­po­si­to­ry:

Speichern Sie die Än­de­run­gen und starten die In­stal­la­ti­on von Alexa auf Ihrem Raspberry Pi mit folgendem Befehl:

Noch während der In­stal­la­ti­on der Sprach­soft­ware müssen Sie die ersten Ein­stel­lun­gen vornehmen und Fragen be­ant­wor­ten. So gilt es gleich zu Beginn, in die Ge­schäfts­be­din­gun­gen ein­zu­wil­li­gen und der Nutzung aus­ge­wie­se­ner Dritt­an­wen­dun­gen (falls benötigt) zu­zu­stim­men. Mit der nächsten Frage be­stä­ti­gen Sie, dass Sie bereits einen Amazon-Developer-Account besitzen, bevor Sie in der dritten Frage die Angaben zu „Product ID“, „Client ID“ und „Client secret“ be­stä­ti­gen. In allen drei Fällen tippen Sie „y“ ein und drücken an­schlie­ßend die [Enter]-Taste.

Es folgt eine der ele­men­ta­ren Ein­stel­lungs­mög­lich­kei­ten – die Wahl der ge­wünsch­ten Sprach­aus­ga­be. Mit Option 3 (de-DE) ent­schei­den Sie sich hier für Deutsch, um später mit Alexa in deutscher Sprache kom­mu­ni­zie­ren zu können. Außerdem legen Sie noch während der In­stal­la­ti­on fest, ob die Ton­aus­ga­be Ihres Raspberry-Pi-Alexa-Speakers über den Klin­ken­an­schluss (3.5 mm) oder über den HDMI-Ausgang erfolgen soll. Zuletzt geben Sie an, ob Sie das stan­dard­mä­ßi­ge Ak­ti­vie­rungs­wort „Alexa“ bei­be­hal­ten oder einen anderen Sprach­be­fehl für den Start des Sprach­as­sis­ten­ten verwenden wollen.

Für die Au­then­ti­fi­zie­rung des Raspber­rys benötigen Sie nun den Alexa Companion Service, der eine Art Interface oder Gateway für die Ver­bin­dung zwischen dem Mi­ni­com­pu­ter und den AVS-Servern darstellt. Um den Service zu nutzen, wechseln Sie über das Terminal in das ent­spre­chen­de Ver­zeich­nis und starten die Anwendung an­schlie­ßend mithilfe des Pa­ket­diens­tes npm. Hierfür geben Sie nach­ein­an­der folgende Kommandos ein:

War der Start er­folg­reich, prä­sen­tiert Ihr Terminal die Nachricht „Listening on Port 3000“. Mi­ni­mie­ren Sie das Terminal-Fenster und öffnen Sie eine neue Instanz der Ein­ga­be­auf­for­de­rung.

Im nächsten Schritt wechseln Sie in das Ver­zeich­nis des Companion-Clients und rufen diesen auf. Da er in Java pro­gram­miert ist, greifen Sie hierfür auf den Java-Build-Manager Maven (mvn) zurück:

Einige Momente nach Eingabe des Befehls öffnet sich ein Pop-up-Dialog, der Sie auf­for­dert, eine bestimmte URL im Browser auf­zu­ru­fen, um den Raspberry zu re­gis­trie­ren. Kommen Sie der Auf­for­de­rung durch einen Klick auf „OK“ nach. Der Link wird in der Folge au­to­ma­tisch in Ihrem Stan­dard­brow­ser geöffnet.

Im Browser sehen Sie nun entweder die Amazon-An­mel­de­sei­te oder in einigen Fällen die Meldung, dass die Website nicht er­reich­bar sei. Letzteres stellt al­ler­dings kein großes Problem dar: Klicken Sie einfach unten links auf „Advanced“ bzw. „Erweitert“ und dann auf „Proceed to localhost“ bzw. „Weiter zu localhost“, um ebenfalls zum Log-in-Fenster zu gelangen. Melden Sie sich mit Ihrem Amazon-Developer-Account an und be­stä­ti­gen Sie, dass Ihr Raspberry-Pi-Alexa-Speaker auf das Amazon-Konto zugreifen darf.

Bei er­folg­rei­cher Au­then­ti­fi­zie­rung sendet der Browser die Meldung „device tokens ready“. Nun können Sie im bis dato un­be­ach­tet ge­blie­be­nen Fenster im Java-Client auf „OK“ drücken, um die Au­then­ti­fi­zie­rung endgültig ab­zu­schlie­ßen.

Alexa steht nun zum Einsatz bereit, sodass Sie über den AVS-Client jederzeit mit der Sprach­soft­ware in­ter­agie­ren können, indem Sie auf das Mi­kro­fon­sym­bol klicken und die ge­wünsch­te Frage stellen. Damit Alexa aber auch aktiv wird, wenn Sie das gewählte Ak­ti­vie­rungs­wort wie z. B. „Alexa“ sagen, müssen Sie nun noch den so­ge­nann­ten Wake-Word-Agenten starten. In einem neuen Terminal-Fenster rufen Sie zu diesem Zweck das Ver­zeich­nis des Agenten (KITT AI) auf, um diesen an­schlie­ßend zu starten:

Zeigt das Terminal die Meldung „Connected to AVS client“, können Sie Alexa in gewohnter Weise per Sprach­steue­rung bedienen.

Damit Sie Alexa nicht bei jedem Start Ihres Raspberry Pis manuell starten müssen, erstellen Sie zum Abschluss noch ein Start-Skript, das au­to­ma­tisch beim Hoch­fah­ren des Mi­ni­com­pu­ters aus­ge­führt wird. Hierfür erzeugen Sie zunächst die Skript­da­tei mit folgendem Terminal-Befehl:

In das Skript fügen Sie im Anschluss folgende Code­zei­len ein:

Das Skript au­to­ma­ti­siert den in Schritt 7 be­schrie­be­nen Au­then­ti­fi­zie­rungs­pro­zess, indem es zunächst den Alexa Companion Service und an­schlie­ßend den Java-Client startet. An­schlie­ßend folgt zeit­ver­setzt der in Schritt 8 er­läu­ter­te Start des Wake-Word-Agenten.

Speichern Sie das Skript und erteilen Sie dem System via chmod die er­for­der­li­chen Zu­griffs­rech­te:

Für das Skript erstellen Sie nun noch eine Autostart-Datei:

Diese Datei füllen Sie mit folgendem Inhalt, damit das erzeugte Skript ab sofort bei jedem Start Ihres Raspberry-Pi-Alexa-Speakers au­to­ma­tisch aus­ge­führt wird: