在现代分布式应用中，实时语音处理已成为关键需求，尤其是在无需互联网依赖的场景下。Sherpa-ONNX 作为一个高效的 ONNX 运行时框架，为语音转文本（STT）和文本转语音（TTS）提供了强大的离线支持。通过构建 WebSocket 服务器，我们可以实现低延迟的双向流式交互，使客户端与服务器间无缝传输音频和文本数据。这种架构特别适用于边缘计算环境，如智能家居设备或本地语音助手，避免了云端服务的延迟和隐私风险。
Sherpa-ONNX 的核心优势在于其跨平台兼容性和轻量级部署。它支持多种编程语言，包括 Python 和 C++，并可运行预训练的 ONNX 模型。这些模型涵盖了多种语言的 ASR 和 TTS 引擎，例如基于 Paraformer 的 STT 模型和 VITS 的 TTS 模型。不同于传统的云服务，Sherpa-ONNX 允许开发者在本地服务器上加载模型，实现完全离线处理。根据官方文档，Sherpa-ONNX 的 WebSocket 接口设计用于实时流式传输，支持音频数据的分块发送和即时响应，这大大降低了端到端延迟。
构建 WebSocket 服务器的第一步是环境准备。假设使用 Python 作为后端语言，首先安装 Sherpa-ONNX 库：通过 pip 安装 sherpa-onnx 包，并下载相应的 ONNX 模型文件。例如，对于英语 STT，可以从仓库中获取 sherpa-onnx-streaming-zipformer-en-2023-06-26 模型包。服务器端使用 websockets 库来处理连接。基本服务器代码框架如下：
import asyncio
import websockets
import sherpa_onnx
async def handle_connection(websocket, path):
runtime = sherpa_onnx.OfflineRecognizer.from_sherpa_onnx(
tokens="path/to/tokens.txt",
encoder="path/to/encoder.onnx",
decoder="path/to/decoder.onnx",
joiner="path/to/joiner.onnx"
)
async for message in websocket:
pass
start_server = websockets.serve(handle_connection, "localhost", 8765)
asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
asyncio.get_event_loop().run_forever()
这个框架提供了双向通信的基础。针对 STT 流式处理，当客户端发送音频数据时，服务器使用 Sherpa-ONNX 的在线识别器逐步解码。关键参数包括样本率（通常 16000 Hz）、音频格式（PCM 16-bit）和分块大小（例如 0.3 秒的音频块）。为了实现低延迟，建议设置 max_active_paths=4 以平衡准确性和速度，并在解码时启用 hotword_score=0 来简化处理。
对于 TTS 流式输出，Sherpa-ONNX 支持生成音频流。服务器接收文本消息后，使用 TTS 引擎合成语音，并通过 WebSocket 实时推送音频块。参数配置中，speed=1.0 控制语速，pitch=1.0 调整音调。实际落地时，需要实现一个协议来区分消息类型，例如使用 JSON 格式：{"type": "stt", "audio": base64_audio} 或 {"type": "tts", "text": "Hello world"}。客户端可以使用 JavaScript 的 WebSocket API 连接服务器，实现浏览器端的实时交互。
优化低延迟是该架构的核心。WebSocket 连接的超时参数应设置为 30 秒，以处理网络波动；同时，实现心跳机制，每 10 秒发送 ping-pong 消息以维持连接。针对 Sherpa-ONNX，模型加载时预热运行时以减少首次推理延迟。监控要点包括：使用 Prometheus 记录端到端延迟（目标 < 200ms）、错误率和连接数。潜在风险如内存泄漏可通过限制并发连接数（例如 max_connections=100）来缓解。如果音频缓冲区过大，会导致延迟累积，因此推荐 buffer_size=1024 帧。
在分布式场景下，这种服务器可扩展到多节点部署，使用 Nginx 作为负载均衡器。客户端无需互联网，只需本地网络即可访问服务器，实现隐私保护的语音应用。例如，在企业内部会议系统中，STT 实时转录发言，TTS 提供即时反馈。实际参数清单如下：
- 模型路径：encoder.onnx, decoder.onnx 等，确保文件完整性。
- WebSocket 配置：端口 8765，SSL 启用以加密传输（证书路径 cert.pem, key.pem）。
- STT 参数：sample_rate=16000, num_threads=4（利用多核 CPU）。
- TTS 参数：volume=1.0, noise_scale=0.667, length_scale=1.0。
- 回滚策略：如果模型加载失败，fallback 到简单文本处理；连接断开时自动重连，retry_interval=5s。
通过这些可落地步骤，开发者可以快速构建高效的实时语音系统。相比嵌入式部署，这种 WebSocket 架构更注重可扩展性和协议集成，避免了边缘设备的资源限制。
资料来源：
[1] https://github.com/k2-fsa/sherpa-onnx （Sherpa-ONNX 官方仓库，提供 WebSocket 示例和模型下载）。
（正文字数约 950 字）