AI推理實踐丨多路極致性能目標檢測最佳實踐設計解密

2023-07-07 16:56:33 來源: 博客園

摘要：基于CANN的多路極致性能目標檢測最佳實踐設計解密。

本文分享自華為云社區《基于CANN的AI推理最佳實踐丨多路極致性能目標檢測應用設計解密》，作者：昇騰CANN 。

(資料圖片)

當前人工智能領域，最熱門的無疑是以ChatGPT為代表的各種“新貴”大模型，它們高高在上，讓你無法觸及。但在人們的日常生活中，實際應用需求最大的還是以Yolo模型為代表的目標檢測“豪強”，它們每天都在以各種方式落地、應用于我們日常生活的方方面面。

目標檢測是計算機視覺領域的一項關鍵技術，它的任務是找出圖像中所有感興趣的目標，確定它們的類別和位置。隨著人工智能潛移默化地滲入人們的生活中，各行各業競相通過引入目標檢測等技術打開市場空間，關于目標檢測的各類人工智能需求也奔涌而來，比如：

在交通領域，目標檢測可以用來檢測道路上的行人、車輛、交通標志等物體，提升行駛安全和通行便利性。
在安全領域，目標檢測可以用來檢測關鍵特征、特定行為或者可疑物體，以便快速發現和識別安全威脅。
在醫療領域，目標檢測可以用來識別身體部位、病灶、心電圖、CT影像等，以便快速輔助診斷。
在生活領域，目標檢測可以用于智能購物、智能家居等場景，提升人們生活的便利性。

但AI應用開發門檻高，周期長。各類AI軟件棧理解成本高、AI算法模型與業務結合難度高、對開發人員的技能要求也較高。如何提升AI推理應用的開發效率，降低開發門檻，是亟需改善的現狀。為此，昇騰CANN技術專家設計和開發了針對目標檢測應用的最佳實踐，讓開發者可以在昇騰平臺上快速部署目標檢測應用，輕松獲得幾十甚至上百路的檢測效果。下面我們就來詳細拆解一下這個實踐的設計思路。

基礎應用分解

我們首先從一個基礎的目標檢測推理應用場景開始，推理流程通常包含如下幾個部分：

GPU AI推理業務流程

數據輸入是攝像頭獲取的視頻數據流，一般以H.264格式為主。
然后通過FFmpeg軟件，將連續的視頻流進行拆幀和解碼。
下一階段是對解碼后的圖像進行預處理，通常使用OpenCV對圖像進行縮放，得到模型需要的圖像規格。
模型推理環節，用戶可以選擇的方式比較多，比較典型的是使用TensorRT進行推理應用開發。
目標檢測后處理需要進行NMS計算，進行圖片畫框等操作。
數據輸出階段，用戶根據需要實現一個結果呈現形式。

推理功能適配

將上面介紹的目標檢測應用遷移到昇騰平臺，開發者僅需關注“推理”環節的適配，包括如下兩個步驟：

將推理模型文件（onnx模型或pb模型）通過ATC工具轉化為昇騰平臺專屬的離線om文件。
使用昇騰AscendCL語言開發模型加載和模型執行的邏輯。

基于CANN的AI推理業務流程

完成如上兩個環節后，推理應用的功能就已經遷移到昇騰平臺了。這時若整體的推理性能未達到理想預期，就需要進入性能優化提升階段。

性能提升方式一：使能DVPP硬件的高效編解碼能力

DVPP（Digital Vision Pre-Processing，數字視覺預處理）是昇騰AI處理器內置的圖像處理單元，通過AscendCL媒體數據處理接口提供強大的媒體處理硬加速能力，主要包括以下功能：

VPC（Vision Preprocessing Core）：處理YUV、RGB等格式的圖片，包括縮放、摳圖、色域轉換等。
JPEGD（JPEG Decoder）：JPEG壓縮格式→YUV格式的圖片解碼。
JPEGE（JPEG Encoder）：YUV格式→JPEG壓縮格式的圖片編碼。
VDEC（Video Decoder）：H264/H265格式→YUV/RGB格式的視頻碼流解碼。
VENC（Video Encoder）：YUV420SP格式→H264/H265格式的視頻碼流編碼。
PNGD（PNG Decoder）：PNG格式→RGB格式的圖片解碼。

Ascend 310 AI處理器邏輯架構中DVPP位置

開發者可以通過DVPP對圖像進行硬件解碼和處理，提升圖像處理效率。另外，DVPP和執行推理的計算單元AI Core是完全獨立的硬件單元，無需擔心使用DVPP后會對推理執行的性能產生影響。

基于CANN的AI推理業務流程——使用DVPP進行數據預處理

性能提升方式二：增加推理前后數據并行，讓推理步驟一刻不停

昇騰平臺采用異構計算架構，所以要充分利用計算核心AI Core的超強能力，就需要保證AI Core計算需要的數據能夠持續不間斷供給，同時能夠無等待輸出。為了實現此能力，可以在數據預處理→模型推理，模型推理→數據后處理模塊間通過隊列的機制，增加推理模塊的并行流水。

基于CANN的AI推理業務流程——通過隊列增加推理并行流水

同理，在FFmpeg視頻拆幀和DVPP處理之間，也可以使用隊列，進一步增加并行情況。但需要注意推理側的隊列數據會消耗硬件內存，所以需要要合理設置。

性能提升方式三：多線程并發，持續釋放AI Core性能

多線程是提升硬件資源利用率的重要手段，通過多線程的支持，可以實現多路不同源的視頻輸入；針對服務器多卡的場景，同樣支持多個卡并行執行，充分釋放昇騰軟硬件的性能。

基于CANN的AI推理業務流程——多線程并發

基于目標檢測最佳實踐，開發者可輕松實現已有AI推理應用到昇騰平臺的遷移，并輕松達成高性能。開發者也可以參考此實踐快速上手AI開發，玩轉昇騰平臺推理應用。未來，CANN將持續致力于應用開發的易用性提升，不斷滿足開發者的訴求。

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