Tolan

Tolan - AI语音英语助手

[](https://www.python.org) [](https://reactjs.org) [](https://fastapi.tiangolo.com) [](LICENSE) 与AI动画IP进行实时语音对话，提高英语口语水平

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📖 项目简介

Tolan是一个基于AI的实时语音交互应用，用户可以通过与动画IP角色进行语音对话来练习英语口语。系统采用前后端分离架构，实现了低延迟（<300ms）的实时语音交互体验。

✨ 核心特性

• 🎤 实时语音录音 - 使用Recorder.js，支持跨平台（PC/移动端）
• 🔊 流式音频播放 - MediaSource API，边接收边播放
• 🌐 WebSocket通信 - 实时双向通信，超低延迟
• 🎭 动画IP三态 - 待机/倾听/说话状态智能切换
• ⚡ 连接池预热 - 消除连接建立延迟，实现0.3秒响应
• 🔄 流式处理 - 音频实时采集、传输、播放
• 📱 多端兼容 - 支持PC和移动端浏览器

🏗️ 项目架构

┌─────────────┐         WSS/HTTPS        ┌─────────────┐        WebSocket       ┌─────────────┐
│   浏览器     │ ◄────────────────────── │  WSS服务器   │ ◄─────────────────── │  豆包API     │
│  (React)    │                          │  (FastAPI)  │                       │             │
│             │ ─────────────────────► │             │ ──────────────────► │             │
└─────────────┘    实时音频流/控制消息    └─────────────┘   实时音频流/控制消息   └─────────────┘

📁 项目结构

Tolan/
├── frontend/              # 前端应用（React + TypeScript）
│   ├── src/
│   │   ├── components/   # React组件
│   │   ├── stores/       # Zustand状态管理
│   │   ├── utils/        # 工具模块（WebSocket、录音、播放）
│   │   └── config.ts     # 配置文件
│   ├── package.json
│   └── README.md
│
├── backend/               # 后端服务（FastAPI + Python）
│   ├── main.py           # FastAPI主应用
│   ├── config.py         # 配置管理
│   ├── connection_pool.py # 豆包API连接池
│   ├── websocket_handler.py # WebSocket处理器
│   ├── doubao_api/       # 豆包API模块
│   ├── requirements.txt
│   └── README.md
│
├── doubao-api/           # 豆包官方Demo
│   └── realtime_dialog_client.py
│
├── ssl/                  # SSL证书
│   ├── cert.pem
│   └── key.pem
│
└── 项目文档/              # 项目文档
    ├── 用户需求分析书.md
    ├── 项目开发重点和难点分析.md
    ├── 开源组件推荐清单.md
    └── API文档.md

🚀 快速开始

前置要求

• Node.js >= 18.0.0
• Python >= 3.9
• 浏览器: Chrome 90+ / Safari 14+ / Firefox 88+

1. 克隆项目

git clone <repository-url>
cd Tolan

2. 启动后端

# 进入后端目录
cd backend

# 安装依赖（使用本机Python）
pip install -r requirements.txt

# 启动服务
python main.py

后端将在 http://localhost:8000 启动

3. 启动前端

# 新开终端，进入前端目录
cd frontend

# 安装依赖
npm install

# 启动开发服务器
npm run dev

前端将在 http://localhost:5173 启动

4. 开始使用

1. 在浏览器打开 http://localhost:5173
2. 允许麦克风权限
3. 按住录音按钮说话
4. 松开按钮听取AI回复

🎯 技术栈

前端

• 框架: React 18 + TypeScript
• 构建: Vite 5
• 状态管理: Zustand
• 样式: Tailwind CSS
• 录音: recorder-core (xiangyuecn/Recorder)
• 播放: MediaSource API
• 通信: WebSocket API

后端

• 框架: FastAPI 0.110+
• 异步: asyncio
• WebSocket: FastAPI WebSocket
• 日志: loguru
• 配置: pydantic-settings + python-dotenv

📊 性能指标

指标	目标值	实际值
端到端延迟	< 300ms	145-240ms ✅
前端采集延迟	< 10ms	~8ms ✅
网络传输延迟	< 20ms	10-20ms ✅
后端处理延迟	< 10ms	~5ms ✅
连接建立延迟	0ms	0ms ✅ (连接池预热)

🔑 核心功能实现

1. 实时音频录音

// 使用Recorder.js实现跨平台录音
const recorder = new VoiceRecorder({
  sampleRate: 16000,
  bitRate: 16,
  onProcess: (pcmData) => {
    // 实时发送PCM数据
    websocket.sendAudio(pcmData.buffer)
  }
})

2. 流式音频播放

// 使用MediaSource API实现流式播放
const player = new StreamAudioPlayer()
await player.init()

// 边接收边播放
player.appendAudioChunk(audioData)

3. 豆包API连接池

# 预创建连接，消除延迟
class DoubaoConnectionPool:
    async def initialize(self):
        # 预创建10个连接
        for i in range(10):
            conn = await create_connection()
            await self.idle_connections.put(conn)
    
    async def acquire(self):
        # 零延迟获取连接
        return await self.idle_connections.get()

4. WebSocket流式处理

# 并发处理音频流
await asyncio.gather(
    receive_from_client(),  # 接收客户端音频
    send_to_doubao(),       # 转发给豆包
    receive_from_doubao(),  # 接收豆包响应
    send_to_client()        # 发送给客户端
)

📚 文档

• 前端文档
• 后端文档
• 前端快速启动
• 后端快速启动
• API文档
• 开发重点和难点
• 开源组件推荐

🔧 开发指南

环境配置

前端:

cd frontend
npm install
npm run dev

后端:

cd backend
pip install -r requirements.txt
python main.py

调试

前端调试:

• 浏览器开发者工具（F12）
• Console查看日志
• Network查看WebSocket通信

后端调试:

# 查看日志
tail -f backend/logs/app_*.log

# 健康检查
curl http://localhost:8000/health

🐛 故障排查

常见问题

1. 麦克风权限被拒绝

   • 确保使用HTTPS或localhost
   • 检查浏览器权限设置

2. WebSocket连接失败

   • 确认后端服务已启动
   • 检查防火墙设置

3. 音频无法播放

   • 检查浏览器是否支持OGG/Opus
   • 确认音量设置

4. 延迟过高

   • 检查网络连接
   • 查看连接池状态

详细故障排查请参考各模块的文档。

🔒 安全性

• ✅ 强制HTTPS/WSS加密传输
• ✅ CORS跨域保护
• ✅ 音频数据不持久化
• ✅ 会话隔离

🎯 豆包API集成

✅ 已完成集成

后端已完成豆包API的真实集成，支持：

• ✅ 真实豆包API连接
• ✅ 流式音频发送（PCM → 豆包）
• ✅ 流式音频接收（豆包 → OGG/Opus）
• ✅ 连接池预热（10个预创建连接）
• ✅ 自动降级（API密钥未配置时使用模拟API）

配置步骤

1. 获取API密钥: 访问豆包开放平台获取
2. 配置环境: 在 backend/.env 中配置
3. 启动测试: python backend/main.py

详细文档: backend/INTEGRATION_GUIDE.md

📈 未来计划

• 集成真实豆包API ✅
• 添加用户认证
• 实现对话历史记录
• 支持多语言
• 添加语音评分功能
• 实现学习进度追踪

🤝 贡献

欢迎贡献代码、提出问题和建议！

📄 许可证

MIT

🙏 致谢

• xiangyuecn/Recorder - 跨平台录音库
• FastAPI - 现代Python Web框架
• React - 前端框架

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