摘要：基于CANN的多路極致性能目標(biāo)檢測最佳實(shí)踐設(shè)計(jì)解密。

本文分享自華為云社區(qū)《基于CANN的AI推理最佳實(shí)踐丨多路極致性能目標(biāo)檢測應(yīng)用設(shè)計(jì)解密》，作者： 昇騰CANN 。

(資料圖片)

當(dāng)前人工智能領(lǐng)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(shí)際應(yīng)用需求最大的還是以Yolo模型為代表的目標(biāo)檢測“豪強(qiáng)”，它們每天都在以各種方式落地、應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗?/p>

目標(biāo)檢測是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它的任務(wù)是找出圖像中所有感興趣的目標(biāo)，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(yè)競相通過引入目標(biāo)檢測等技術(shù)打開市場空間，關(guān)于目標(biāo)檢測的各類人工智能需求也奔涌而來，比如：

• 在交通領(lǐng)域，目標(biāo)檢測可以用來檢測道路上的行人、車輛、交通標(biāo)志等物體，提升行駛安全和通行便利性。
• 在安全領(lǐng)域，目標(biāo)檢測可以用來檢測關(guān)鍵特征、特定行為或者可疑物體，以便快速發(fā)現(xiàn)和識(shí)別安全威脅。
• 在醫(yī)療領(lǐng)域，目標(biāo)檢測可以用來識(shí)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(lǐng)域，目標(biāo)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(yīng)用開發(fā)門檻高，周期長。各類AI軟件棧理解成本高、AI算法模型與業(yè)務(wù)結(jié)合難度高、對(duì)開發(fā)人員的技能要求也較高。如何提升AI推理應(yīng)用的開發(fā)效率，降低開發(fā)門檻，是亟需改善的現(xiàn)狀。為此，昇騰CANN技術(shù)專家設(shè)計(jì)和開發(fā)了針對(duì)目標(biāo)檢測應(yīng)用的最佳實(shí)踐，讓開發(fā)者可以在昇騰平臺(tái)上快速部署目標(biāo)檢測應(yīng)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(xì)拆解一下這個(gè)實(shí)踐的設(shè)計(jì)思路。

基礎(chǔ)應(yīng)用分解

我們首先從一個(gè)基礎(chǔ)的目標(biāo)檢測推理應(yīng)用場景開始，推理流程通常包含如下幾個(gè)部分：

GPU AI推理業(yè)務(wù)流程

1. 數(shù)據(jù)輸入是攝像頭獲取的視頻數(shù)據(jù)流，一般以H.264格式為主。
2. 然后通過FFmpeg軟件，將連續(xù)的視頻流進(jìn)行拆幀和解碼。
3. 下一階段是對(duì)解碼后的圖像進(jìn)行預(yù)處理，通常使用OpenCV對(duì)圖像進(jìn)行縮放，得到模型需要的圖像規(guī)格。
4. 模型推理環(huán)節(jié)，用戶可以選擇的方式比較多，比較典型的是使用TensorRT進(jìn)行推理應(yīng)用開發(fā)。
5. 目標(biāo)檢測后處理需要進(jìn)行NMS計(jì)算，進(jìn)行圖片畫框等操作。
6. 數(shù)據(jù)輸出階段，用戶根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)結(jié)果呈現(xiàn)形式。

推理功能適配

將上面介紹的目標(biāo)檢測應(yīng)用遷移到昇騰平臺(tái)，開發(fā)者僅需關(guān)注“推理”環(huán)節(jié)的適配，包括如下兩個(gè)步驟：

1. 將推理模型文件（onnx模型或pb模型）通過ATC工具轉(zhuǎn)化為昇騰平臺(tái)專屬的離線om文件。
2. 使用昇騰AscendCL語言開發(fā)模型加載和模型執(zhí)行的邏輯。

基于CANN的AI推理業(yè)務(wù)流程

完成如上兩個(gè)環(huán)節(jié)后，推理應(yīng)用的功能就已經(jīng)遷移到昇騰平臺(tái)了。這時(shí)若整體的推理性能未達(dá)到理想預(yù)期，就需要進(jìn)入性能優(yōu)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(shù)字視覺預(yù)處理）是昇騰AI處理器內(nèi)置的圖像處理單元，通過AscendCL媒體數(shù)據(jù)處理接口提供強(qiáng)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(zhuǎn)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(gòu)中DVPP位置

開發(fā)者可以通過DVPP對(duì)圖像進(jìn)行硬件解碼和處理，提升圖像處理效率。另外，DVPP和執(zhí)行推理的計(jì)算單元AI Core是完全獨(dú)立的硬件單元，無需擔(dān)心使用DVPP后會(huì)對(duì)推理執(zhí)行的性能產(chǎn)生影響。

基于CANN的AI推理業(yè)務(wù)流程——使用DVPP進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理

性能提升方式二：增加推理前后數(shù)據(jù)并行，讓推理步驟一刻不停

昇騰平臺(tái)采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，所以要充分利用計(jì)算核心AI Core的超強(qiáng)能力，就需要保證AI Core計(jì)算需要的數(shù)據(jù)能夠持續(xù)不間斷供給，同時(shí)能夠無等待輸出。為了實(shí)現(xiàn)此能力，可以在數(shù)據(jù)預(yù)處理→模型推理，模型推理→數(shù)據(jù)后處理模塊間通過隊(duì)列的機(jī)制，增加推理模塊的并行流水。

基于CANN的AI推理業(yè)務(wù)流程——通過隊(duì)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(duì)列，進(jìn)一步增加并行情況。但需要注意推理側(cè)的隊(duì)列數(shù)據(jù)會(huì)消耗硬件內(nèi)存，所以需要要合理設(shè)置。

性能提升方式三：多線程并發(fā)，持續(xù)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(shí)現(xiàn)多路不同源的視頻輸入；針對(duì)服務(wù)器多卡的場景，同樣支持多個(gè)卡并行執(zhí)行，充分釋放昇騰軟硬件的性能。

基于CANN的AI推理業(yè)務(wù)流程——多線程并發(fā)

基于目標(biāo)檢測最佳實(shí)踐，開發(fā)者可輕松實(shí)現(xiàn)已有AI推理應(yīng)用到昇騰平臺(tái)的遷移，并輕松達(dá)成高性能。開發(fā)者也可以參考此實(shí)踐快速上手AI開發(fā)，玩轉(zhuǎn)昇騰平臺(tái)推理應(yīng)用。未來，CANN將持續(xù)致力于應(yīng)用開發(fā)的易用性提升，不斷滿足開發(fā)者的訴求。

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