YOLOv5-Lite 树莓派4B 15帧教程

发布时间：2023年12月27日

【前言】 由于v5Lite仓库遗漏了不少历史问题，最大的问题是毕业后卷起来了，找不到时间更新。
上面是这篇博客的背景，那么先说下结论，使用 v5lite-e 模型，在 树莓派4B（4G内存） 上，有三种过程得到的三种结果：

静态图推理，可达15帧（实际14.5帧），帧率的统计共包括【图解码，前处理，向前推理，后处理，图保存】这五个过程；
调用摄像头实时推理，不使用窗口显示结果，可达15帧（满15），帧率的统计包括【取帧，帧解码，前处理，向前推理，后处理】这五个过程；
调用摄像头实时推理，使用窗口显示结果，可达13帧，帧率的统计包括【取帧，帧解码，前处理，向前推理，后处理，窗口显示】这六个过程；以上结果均为树莓派预热3分钟后的测试结果。

那么接下来怎么做？Follow me

一、树莓派64位系统

这个是老生常谈的问题了，在很早之前就已经提示过网友这个细节：
http://downloads.raspberrypi.org/raspios_arm64/images/raspios_arm64-2020-08-24/

https://link.zhihu.com/?target=https%3A//shumeipai.nxez.com/download%23os

上一为老版，下一为新版，链接共包含64位 AArch64 架构、相关 A64 指令集的ARMv8-A架构集成的64位系统，求稳请使用老版，追求性能请使用新版，本文默认使用老版64位系统。

至于怎么刷系统，网上教程太多了，这里不展开篇幅。

二、MNN框架编译

没错，这篇博客使用的推理框架是阿里的MNN（本文使用2.7.0版本），正常编译的话，网上已经有非常多的教程了，但是好巧不巧，今天我们的主角是树莓派，只能好好折腾一下。

由于在博主的树莓派只有4G的运行内存，资源比较紧张，如果追求快，板上就肯定上不了fp32的模型，因此只能使用fp16或者bf16进行推理，这时候我们翻找源码中的CMakeLists，有这么两个参数，叫做MNN_SUPPORT_BF16及MNN_ARM82，这两个构建选项很关键，众所周知树莓派4B是基于ARMv8的架构，为了发挥其计算优势，博主刷上了aarch64的系统，这个时候使用bf16的半精度推理方式，无疑有极大的加成。

事不宜迟，我们开始编译推理需要的几个库，使用下面命令：

$ cmake .. -DMNN_BUILD_CONVERTER=ON -DMNN_BUILD_TOOL=ON -DMNN_BUILD_QUANTOOLS=ON -DMNN_EVALUATION=ON -DMNN_SUPPORT_BF16=ON -DMNN_ARM82=ON
$ make -j

这个时候会报一个错，如下：

[ 15%] Building ASM object CMakeFiles/MNNARM64.dir/source/backend/cpu/arm/arm64/bf16/ARMV86_MNNPackedMatMulRemain_BF16.S.o
/root/mnn/MNN/source/backend/cpu/arm/arm64/bf16/ARMV86_MNNPackedMatMulRemain_BF16.S: Assembler messages:
/root/mnn/MNN/source/backend/cpu/arm/arm64/bf16/ARMV86_MNNPackedMatMulRemain_BF16.S:158: Fatal error: macros nested too deeply
make[2]: *** [CMakeFiles/MNNARM64.dir/build.make:383: CMakeFiles/MNNARM64.dir/source/backend/cpu/arm/arm64/bf16/ARMV86_MNNPackedMatMulRemain_BF16.S.o] Error 1
make[1]: *** [CMakeFiles/Makefile2:430: CMakeFiles/MNNARM64.dir/all] Error 2
make[1]: *** Waiting for unfinished jobs....

这是因为启动bf16进行构建时，源码的汇编指令嵌套过深，会导致编译时定义的宏无法展开，这个时候我们需要将指令集中所有关于FMAX和FMIN两个变量的嵌套调用展开，按照以下这种形式修改：

那么编译结束后，我们会使用到后面这三个动态库，一个是包含半精度运行方式的 libMNN.so，一个是进行图像处理的libMNNOpenCV.so，另一个是libMNNExpress.so.

三、导出模式更改

这个时候，博主提供新的三种导出方式，具体哪种请根据自己的情况选择。

首先是第一种，自带ancher和grid匹配的方式，这是因为在群里经常被问到为什么检测框密密麻麻，有很大概率是后处理出了问题，为了规避这种情况，直接把anchor那些乱七八糟的东西给导出来，省去不必要的麻烦，如下：

    def mnnd_forward(self, x):
        z = []  
        # inference output
        for i in range(self.nl):
            x[i] = self.m[i](x[i])  
            bs, _, ny, nx = x[i].shape  # x(bs,255,20,20) to x(bs,3,20,20,85)
            x[i] = x[i].view(bs, self.na, self.no, ny, nx).permute(0, 1, 3, 4, 2).contiguous()

            if self.grid[i].shape[2:4] != x[i].shape[2:4]:
                self.grid[i] = self._make_grid(nx, ny).to(x[i].device)

            y = x[i].sigmoid()
            xy = (y[..., 0:2] * 2. - 0.5 + self.grid[i]) * self.stride[i]  # xy
            wh = (y[..., 2:4] * 2) ** 2 * self.anchor_grid[i].view(1, self.na, 1, 1, 2)  # wh
            y = torch.cat((xy, wh, y[..., 4:]), -1)
            z.append(y.view(bs, -1, self.no))
        
        return torch.cat(z, 1)

接着是第二种，一种伪造end2end的导出模式，但实际上这种还是和end2end有一定区别，mnn暂未提供类似torchvison.nms处理张量后返回索引id的算子（官方有nms_，和本文想要的又有点不同），因为在这里只能精简下大家常用的end2end方式，将输出头的shape锁死，这样就可以正常导出mnn模型，如下：

 def mnne_forward(self, x):
        z = []  
        # inference output
        for i in range(self.nl):
            x[i] = self.m[i](x[i])  
            bs, _, ny, nx = x[i].shape  # x(bs,255,20,20) to x(bs,3,20,20,85)
            x[i] = x[i].view(bs, self.na, self.no, ny, nx).permute(0, 1, 3, 4, 2).contiguous()

            if self.grid[i].shape[2:4] != x[i].shape[2:4]:
                self.grid[i] = self._make_grid(nx, ny).to(x[i].device)

            y = x[i].sigmoid()
            xy = (y[..., 0:2] * 2. - 0.5 + self.grid[i]) * self.stride[i]  # xy
            wh = (y[..., 2:4] * 2) ** 2 * self.anchor_grid[i].view(1, self.na, 1, 1, 2)  # wh
            y = torch.cat((xy, wh, y[..., 4:]), -1)
            z.append(y.view(bs, -1, self.no))
        prediction = torch.cat(z, 1)

        min_wh, max_wh = 2, 4096   
        output = [torch.zeros((0, 6), device=prediction.device)] * prediction.shape[0]
        for index, pre in enumerate(prediction):  
            obj_conf = pre[:,4:5]
            cls_conf = pre[:,5:]
            cls_conf = obj_conf * cls_conf  
            box = xywh2xyxy(pre[:, :4])
            conf, j = cls_conf.max(1, keepdim=True)
            pre = torch.cat((box, conf, j.float()), 1)
            output[index] = pre.view(-1, 6)
        return output

最后是第三种，这种就是大家常用的end2end方式了，非常简单，网上也有一堆可以抄的代码，但这种目前支持的三方推理库较少，支持比较好的为onnxruntime，如下：

   def end2end_forward(self, x):
        import torchvision
        z = []  
        conf_thres = 0.25
        iou_thres = 0.50
        # inference output
        for i in range(self.nl):
            x[i] = self.m[i](x[i])  
            bs, _, ny, nx = x[i].shape  # x(bs,255,20,20) to x(bs,3,20,20,85)
            x[i] = x[i].view(bs, self.na, self.no, ny, nx).permute(0, 1, 3, 4, 2).contiguous()

            if self.grid[i].shape[2:4] != x[i].shape[2:4]:
                self.grid[i] = self._make_grid(nx, ny).to(x[i].device)

            y = x[i].sigmoid()
            xy = (y[..., 0:2] * 2. - 0.5 + self.grid[i]) * self.stride[i]  # xy
            wh = (y[..., 2:4] * 2) ** 2 * self.anchor_grid[i].view(1, self.na, 1, 1, 2)  # wh
            y = torch.cat((xy, wh, y[..., 4:]), -1)
            z.append(y.view(bs, -1, self.no))
        prediction = torch.cat(z, 1)

        min_wh, max_wh = 2, 4096   
        xc = prediction[..., 4] > conf_thres  # candidates
        output = [torch.zeros((0, 6), device=prediction.device)] * prediction.shape[0]
        for index, pre in enumerate(prediction):  
            pre = pre[xc[index]]  # confidence
            obj_conf = pre[:,4:5]
            cls_conf = pre[:,5:]
            cls_conf = obj_conf * cls_conf  
            box = xywh2xyxy(pre[:, :4])
            conf, j = cls_conf.max(1, keepdim=True)
            pre = torch.cat((box, conf, j.float()), 1)[conf.view(-1) > conf_thres]
            boxes = pre[:, :4]
            scores = pre[:, 4]
            i = torchvision.ops.nms(boxes, scores, iou_thres)  # NMS
            output[index] = pre[i]
        return output

如果喜欢使用mnn推理，又是新手，建议使用第二种方式，但本文默认使用第一种。

四、模型导出和精度排查

这个真的要好好说一说，模型转化为onnx后又不验证下onnx是否能正常使用，精度和原模型对齐没，等使用三方推理框架部署上去后发现有问题，又觉得三方框架转化的模型无误，容易让一些新人陷入自我怀疑的死胡同~

以第一种方式为例，转化onnx的指令如下：

$ python export.py --mnnd --weight weights/v5lite-e.pt

得到.onnx文件后用onnxsim刷一遍，抖掉胶水：

$ python -m onnxsim weights/v5lite-e-mnnd.onnx weights/v5lite-e-mnnd_sim.onnx

同理，其他模型也是这么操作，mnnd方式导出的模型检测头如下：

mnne方式带出的模型检测头如下：

得到转化后的onnx模型，我们验证下导出来的精度对齐没，使用验证脚本直接 python check.py

得到的对比结果如下：

左为原pt模型，右为导出的onnx模型，这时候就可以保证onnx确实没有问题。

五、三方模型转化和量化

三方库转化需要使用到 MNNConvert 工具，只要前面处理好了，这里基本都是一步过，在此之前我们先验证下onnx有没有官方不支持的算子：

$ python ./tools/script/testMNNFromOnnx.py YOLOv5-Lite/v5Lite-e-mnnd_sim.onnx

如果没报错，那就下一步，开始转化：

./build/MNNConvert -f ONNX --modelFile YOLOv5-Lite/mnnd/v5lite-e-mnnd_sim.onnx --MNNModel YOLOv5-Lite/mnnd/v5lite-e-mnnd.mnn --optimizeLevel 1 --optimizePrefer 2 --bizCode MNN --saveStaticModel --testdir val_test

讲几个比较重要的参数：

–optimizeLevel arg 图优化级别，默认为1：
- 0：不执行图优化，仅针对原始模型是MNN的情况；
- 1：保证优化后针对任何输入正确；
- 2：保证优化后对于常见输入正确，部分输入可能出错；
–optimizePrefer arg 图优化选项，默认为0：
- 0：正常优化
- 1：优化后模型尽可能小；
- 2：优化后模型尽可能快；

转fp16模型，只需要在后面加上 –fp16 标识符
转化后的mnn模型检测头如下：

转成int8量化模型的话，稍微要久一些，如下：

$ root@ubuntu:/home/xx/MNN# ./build/quantized.out YOLOv5-Lite/mnnd/v5lite-e.mnn YOLOv5-Lite/mnnd/v5lite-e-i8.mnn YOLOv5-Lite/v5Lite-e.json

该过程大约需要10分钟，如果转成功了，会输出以下结果：

[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/quantized.cpp:23: >>> modelFile: YOLOv5-Lite/v5lite-e-mnnd.mnn
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/quantized.cpp:24: >>> preTreatConfig: YOLOv5-Lite/v5Lite-e-mnnd.json
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/quantized.cpp:25: >>> dstFile: YOLOv5-Lite/v5lite-e-mnnd-i8.mnn
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/quantized.cpp:53: Calibrate the feature and quantize model...
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/calibration.cpp:158: Use feature quantization method: KL
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/calibration.cpp:159: Use weight quantization method: MAX_ABS
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/calibration.cpp:179: feature_clamp_value: 127
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/calibration.cpp:180: weight_clamp_value: 127
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/calibration.cpp:193: skip quant op name: 
The device support i8sdot:1, support fp16:1, support i8mm: 1
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/Helper.cpp:111: used image num: 5000
[04:46:39] /home/xx/MNN/tools/quantization/calibration.cpp:665: fake quant weights done.
ComputeFeatureRange: 100.00 %
CollectFeatureDistribution: 100.00 %
computeDistance: 100.00 %

Debug info:

191 input_tensor_0:  cos distance: 0.999921, overflow ratio: 0.000082
191 output_tensor_0:  cos distance: 0.997810, overflow ratio: 0.000652
192 output_tensor_0:  cos distance: 0.998180, overflow ratio: 0.000004
194 output_tensor_0:  cos distance: 0.998478, overflow ratio: 0.000049
196 output_tensor_0:  cos distance: 0.993538, overflow ratio: 0.000316
197 output_tensor_0:  cos distance: 0.997754, overflow ratio: 0.000001
219 input_tensor_0:  cos distance: 0.998476, overflow ratio: 0.000000
219 output_tensor_0:  cos distance: 0.997667, overflow ratio: 0.000007
221 output_tensor_0:  cos distance: 0.987334, overflow ratio: 0.000064
222 output_tensor_0:  cos distance: 0.995765, overflow ratio: 0.000005
244 input_tensor_0:  cos distance: 0.995262, overflow ratio: 0.000000
244 output_tensor_0:  cos distance: 0.994176, overflow ratio: 0.000011
246 output_tensor_0:  cos distance: 0.980969, overflow ratio: 0.000172
247 output_tensor_0:  cos distance: 0.991131, overflow ratio: 0.000001
269 input_tensor_0:  cos distance: 0.993674, overflow ratio: 0.000000
269 output_tensor_0:  cos distance: 0.995367, overflow ratio: 0.000009
271 output_tensor_0:  cos distance: 0.981729, overflow ratio: 0.000007
272 output_tensor_0:  cos distance: 0.994556, overflow ratio: 0.000001
280 input_tensor_0:  cos distance: 0.995445, overflow ratio: 0.000001
280 output_tensor_0:  cos distance: 0.988656, overflow ratio: 0.000009
281 output_tensor_0:  cos distance: 0.994097, overflow ratio: 0.000001
283 output_tensor_0:  cos distance: 0.986572, overflow ratio: 0.000001
285 output_tensor_0:  cos distance: 0.984723, overflow ratio: 0.000215
286 output_tensor_0:  cos distance: 0.995883, overflow ratio: 0.000002
308 input_tensor_0:  cos distance: 0.991681, overflow ratio: 0.000002
308 output_tensor_0:  cos distance: 0.994107, overflow ratio: 0.000003
310 output_tensor_0:  cos distance: 0.983974, overflow ratio: 0.000366
311 output_tensor_0:  cos distance: 0.993694, overflow ratio: 0.000000
333 input_tensor_0:  cos distance: 0.993330, overflow ratio: 0.000001
333 output_tensor_0:  cos distance: 0.992975, overflow ratio: 0.000003
335 output_tensor_0:  cos distance: 0.985026, overflow ratio: 0.000022
336 output_tensor_0:  cos distance: 0.994901, overflow ratio: 0.000003
358 input_tensor_0:  cos distance: 0.993783, overflow ratio: 0.000000
358 output_tensor_0:  cos distance: 0.993021, overflow ratio: 0.000002
360 output_tensor_0:  cos distance: 0.984969, overflow ratio: 0.000094
361 output_tensor_0:  cos distance: 0.993611, overflow ratio: 0.000006
383 input_tensor_0:  cos distance: 0.994139, overflow ratio: 0.000007
383 output_tensor_0:  cos distance: 0.992251, overflow ratio: 0.000001
385 output_tensor_0:  cos distance: 0.984115, overflow ratio: 0.000020
386 output_tensor_0:  cos distance: 0.993809, overflow ratio: 0.000006
408 input_tensor_0:  cos distance: 0.995448, overflow ratio: 0.000005
408 output_tensor_0:  cos distance: 0.992664, overflow ratio: 0.000002
410 output_tensor_0:  cos distance: 0.984901, overflow ratio: 0.000113
411 output_tensor_0:  cos distance: 0.994208, overflow ratio: 0.000005
433 input_tensor_0:  cos distance: 0.994892, overflow ratio: 0.000001
433 output_tensor_0:  cos distance: 0.993541, overflow ratio: 0.000002
435 output_tensor_0:  cos distance: 0.985944, overflow ratio: 0.000043
436 output_tensor_0:  cos distance: 0.995184, overflow ratio: 0.000004
458 input_tensor_0:  cos distance: 0.995215, overflow ratio: 0.000003
458 output_tensor_0:  cos distance: 0.993813, overflow ratio: 0.000001
460 output_tensor_0:  cos distance: 0.985733, overflow ratio: 0.000841
461 output_tensor_0:  cos distance: 0.993928, overflow ratio: 0.000001
469 input_tensor_0:  cos distance: 0.996452, overflow ratio: 0.000002
469 output_tensor_0:  cos distance: 0.988663, overflow ratio: 0.000096
470 output_tensor_0:  cos distance: 0.992134, overflow ratio: 0.000001
472 output_tensor_0:  cos distance: 0.989637, overflow ratio: 0.000000
474 output_tensor_0:  cos distance: 0.968360, overflow ratio: 0.001480
475 output_tensor_0:  cos distance: 0.975570, overflow ratio: 0.000000
497 input_tensor_0:  cos distance: 0.987168, overflow ratio: 0.000000
497 output_tensor_0:  cos distance: 0.980892, overflow ratio: 0.000000
499 output_tensor_0:  cos distance: 0.971500, overflow ratio: 0.000056
500 output_tensor_0:  cos distance: 0.973503, overflow ratio: 0.000002
508 input_tensor_0:  cos distance: 0.972393, overflow ratio: 0.000000
508 output_tensor_0:  cos distance: 0.991235, overflow ratio: 0.000002
510 output_tensor_0:  cos distance: 0.993184, overflow ratio: 0.000170
523 output_tensor_0:  cos distance: 0.996924, overflow ratio: 0.000000
525 output_tensor_0:  cos distance: 0.996898, overflow ratio: 0.000100
544 output_tensor_0:  cos distance: 0.994193, overflow ratio: 0.000002
557 output_tensor_0:  cos distance: 0.989506, overflow ratio: 0.000000
564 output_tensor_0:  cos distance: 0.998756, overflow ratio: 0.000002
617 input_tensor_0:  cos distance: 0.997003, overflow ratio: 0.000001
617 input_tensor_1:  cos distance: 1.000000, overflow ratio: 1.000000
617 output_tensor_0:  cos distance: 0.997003, overflow ratio: 0.000001
619 input_tensor_1:  cos distance: 1.000000, overflow ratio: 1.000000
619 output_tensor_0:  cos distance: 0.989684, overflow ratio: 0.000001
620 input_tensor_1:  cos distance: 0.970060, overflow ratio: 0.500000
620 output_tensor_0:  cos distance: 0.970980, overflow ratio: 0.000000
622 input_tensor_1:  cos distance: 1.000000, overflow ratio: 1.000000
622 output_tensor_0:  cos distance: 0.970980, overflow ratio: 0.000000
629 input_tensor_0:  cos distance: 0.997438, overflow ratio: 0.000004
629 output_tensor_0:  cos distance: 0.997438, overflow ratio: 0.000004
631 output_tensor_0:  cos distance: 0.989391, overflow ratio: 0.000004
633 input_tensor_1:  cos distance: 0.999999, overflow ratio: 0.166672
633 output_tensor_0:  cos distance: 0.989400, overflow ratio: 0.000009
647 output_tensor_0:  cos distance: 0.998979, overflow ratio: 0.000001
700 input_tensor_0:  cos distance: 0.997080, overflow ratio: 0.000001
700 output_tensor_0:  cos distance: 0.997080, overflow ratio: 0.000001
702 output_tensor_0:  cos distance: 0.990428, overflow ratio: 0.000000
703 input_tensor_1:  cos distance: 0.966962, overflow ratio: 0.550027
703 output_tensor_0:  cos distance: 0.968651, overflow ratio: 0.000000
705 input_tensor_1:  cos distance: 1.000000, overflow ratio: 1.000000
705 output_tensor_0:  cos distance: 0.968651, overflow ratio: 0.000000
712 input_tensor_0:  cos distance: 0.997000, overflow ratio: 0.000045
712 output_tensor_0:  cos distance: 0.997000, overflow ratio: 0.000045
714 output_tensor_0:  cos distance: 0.987340, overflow ratio: 0.000045
716 input_tensor_1:  cos distance: 0.953653, overflow ratio: 0.333344
716 output_tensor_0:  cos distance: 0.961789, overflow ratio: 0.000000
730 output_tensor_0:  cos distance: 0.999155, overflow ratio: 0.000003
783 input_tensor_0:  cos distance: 0.996334, overflow ratio: 0.000000
783 output_tensor_0:  cos distance: 0.996334, overflow ratio: 0.000000
785 output_tensor_0:  cos distance: 0.988708, overflow ratio: 0.000000
786 input_tensor_1:  cos distance: 0.918444, overflow ratio: 0.699968
786 output_tensor_0:  cos distance: 0.909960, overflow ratio: 0.000000
788 input_tensor_1:  cos distance: 1.000000, overflow ratio: 1.000000
788 output_tensor_0:  cos distance: 0.909960, overflow ratio: 0.000000
795 input_tensor_0:  cos distance: 0.998407, overflow ratio: 0.000055
795 output_tensor_0:  cos distance: 0.998407, overflow ratio: 0.000055
797 output_tensor_0:  cos distance: 0.993247, overflow ratio: 0.000055
799 input_tensor_1:  cos distance: 1.000000, overflow ratio: 0.166672
799 output_tensor_0:  cos distance: 0.995202, overflow ratio: 0.000004
814 input_tensor_0:  cos distance: 1.000004, overflow ratio: 0.005462
814 output_tensor_0:  cos distance: 0.999964, overflow ratio: 0.000023
817 input_tensor_0:  cos distance: 0.995616, overflow ratio: 0.000054
817 output_tensor_0:  cos distance: 0.990109, overflow ratio: 0.000026
820 output_tensor_0:  cos distance: 0.990457, overflow ratio: 0.000000
823 input_tensor_0:  cos distance: 0.996000, overflow ratio: 0.000011
823 output_tensor_0:  cos distance: 0.991474, overflow ratio: 0.000004
826 output_tensor_0:  cos distance: 0.981345, overflow ratio: 0.000002
829 output_tensor_0:  cos distance: 0.994768, overflow ratio: 0.003006
832 output_tensor_0:  cos distance: 0.988064, overflow ratio: 0.000000
835 output_tensor_0:  cos distance: 0.992485, overflow ratio: 0.000000
838 output_tensor_0:  cos distance: 0.983760, overflow ratio: 0.000004
841 output_tensor_0:  cos distance: 0.997717, overflow ratio: 0.000567
844 output_tensor_0:  cos distance: 0.987962, overflow ratio: 0.000000
847 output_tensor_0:  cos distance: 0.992817, overflow ratio: 0.000002
850 output_tensor_0:  cos distance: 0.984299, overflow ratio: 0.000002
Geometry_UnaryOp39 output_tensor_0:  cos distance: 0.998984, overflow ratio: 0.000020
Geometry_UnaryOp41 output_tensor_0:  cos distance: 0.999521, overflow ratio: 0.000100
Geometry_UnaryOp44 input_tensor_0:  cos distance: 0.998648, overflow ratio: 0.000010
Geometry_UnaryOp44 output_tensor_0:  cos distance: 0.999641, overflow ratio: 0.003844
Geometry_UnaryOp50 input_tensor_0:  cos distance: 0.998955, overflow ratio: 0.000024
Geometry_UnaryOp50 output_tensor_0:  cos distance: 0.999617, overflow ratio: 0.002672
Geometry_UnaryOp56 input_tensor_0:  cos distance: 0.999096, overflow ratio: 0.000000
Geometry_UnaryOp56 output_tensor_0:  cos distance: 0.999682, overflow ratio: 0.001699
[04:57:36] /home/xx/MNN/tools/quantization/quantized.cpp:58: Quantize model done!

总体而言，int8量化的结果还是很不错的，每层网络fp32和int8的余弦距离基本都在99%左右。

转化结束后，所有模型大小如下：

如果对模型体积有精神洁癖，又不在乎那几个点的损失，强烈推荐使用int8模型，才900多k，在armv8上推理也比fp16的模型快17%左右。

六、推理及结果

这里真没啥好讲的，友友们看我提供在仓库里面的代码即可，这里简单挑两个细节说说就行，一个是mnnd的nms方式，是不用进行anchor配齐和grid匹配等操作，因为导出就已经处理掉了。

另一个是mnne的nms方式，这个更狠，每行张量的最后一个元素就是我们需要的class_id，很适合那些刚入门又不太想花时间去折腾C++的友友们。

展示下mnnd的推理耗时和结果，首先是静态图的方式：

咦… 等等，貌似有点不太对劲，精度不对啊，咋回事？

这个时候我们又要排查一圈，好在我们已经确定onnx模型是正确的，那问题出在哪？

找了几分钟，原来出在了 backendConfig.precision 这个参数上，我们重新翻回官方的指导手册，看到如下解释：

如果我们要使用回正常的精度，这时候就需要更改这个参数：

backendConfig.precision = MNN::BackendConfig::Precision_Normal; // 全精度
backendConfig.precision = MNN::BackendConfig::Precision_Low_BF16; // 半精度

实测使用全精度后，在树莓派推理静态图片只有12帧，但使用半精度后，基本每个obj的score都降低了2-6个百分点，那如果我们又想快，又想保证精度，咋办？

这时候我们可以在box.score这里做一些骚操作：

box[i].score += 0.04

此时得到一系列的对比如下：

为啥是这样？别问，照做就行了，你个小憨憨…

以上帧率计算包括了【图解码，前处理，向前推理，后处理，图保存】这五个过程，而并不是简单的向前推理。

接着是调用摄像头，带窗口显示的推理方式：

可以看到还是能勉强满足实时性的要求，帧率计算包括了【取帧，帧解码，前处理，向前推理，后处理，窗口显示】这六个过程。

以上测试数据均为预热三分钟后的结果！

七、优化

是否还能更快?
友友们按照官方提供的教程和文档，理论上还可以再加速10%-20%，但需要使用到量化后的模型，此处不提供教程，想留个悬念给各位，也非常欢迎你们能PR这个idea。

官方手册：常见问题与解答 - MNN-Doc 2.1.1 documentatio

我还想更快，怎么搞？

具体问题具体分析，举个例子，去年毕设中遇到这么一个业务场景，需要检测电梯中的电动车，那既然是电梯内，一般都属于大尺度目标，近距离场景的检测，这样我们可以把小尺度目标的feature进行cell skip，如下：

也就是对于小尺度的feature，我不需要每个cell都去预测，毕竟目标这么大，总有一些不长眼的cell采坑，为了降低计算量，每隔一个cell我才预测一次，但是这样的加速方法就是在赌你的枪有没有子弹，燕大侠看了都摇头，对于小尺度和遮挡严重的场景不适用，因此没有放入仓库中，伪代码如下：

// 对提取出来的三个图层进行 decode，函数如下
decode_infer(MNN::Tensor & data, int stride, const yolocv::YoloSize &frame_size, int net_size, int num_classes,
                     const std::vector<yolocv::YoloSize> &anchors, float threshold, int skip) 
{
    std::vector<BoxInfo> result;
    int batchs, channels, height, width, pred_item ;
    batchs = data.shape()[0];
    channels = data.shape()[1];
    height = data.shape()[2];
    width = data.shape()[3];
    pred_item = data.shape()[4];

    auto data_ptr = data.host<float>();
    for(int bi=0; bi<batchs; bi++)
    {
        auto batch_ptr = data_ptr + bi*(channels*height*width*pred_item);
        for(int ci=0; ci<channels; ci++)
        {
            auto channel_ptr = batch_ptr + ci*(height*width*pred_item);
            for(int hi=0; hi<height; hi+=2)
            {
                auto height_ptr = channel_ptr + hi*(width * pred_item);
                for(int wi=0; wi<width; wi+=2)
                {
                    auto width_ptr = height_ptr + wi*pred_item;
                    auto cls_ptr = width_ptr + 5;

                    auto confidence = sigmoid(width_ptr[4]);

                    for(int cls_id=0; cls_id<num_classes; cls_id++)
                    {
                        float score = sigmoid(cls_ptr[cls_id]) * confidence;
                        if(score > threshold)
                        {
                            float cx = (sigmoid(width_ptr[0]) * 2.f - 0.5f + wi) * (float) stride;
                            float cy = (sigmoid(width_ptr[1]) * 2.f - 0.5f + hi) * (float) stride;
                            float w = pow(sigmoid(width_ptr[2]) * 2.f, 2) * anchors[ci].width;
                            float h = pow(sigmoid(width_ptr[3]) * 2.f, 2) * anchors[ci].height;
                            
                            BoxInfo box;
                            
                            box.x1 = std::max(0, std::min(frame_size.width, int((cx - w / 2.f) )));
                            box.y1 = std::max(0, std::min(frame_size.height, int((cy - h / 2.f) )));
                            box.x2 = std::max(0, std::min(frame_size.width, int((cx + w / 2.f) )));
                            box.y2 = std::max(0, std::min(frame_size.height, int((cy + h / 2.f) )));
                            box.score = score;
                            box.label = cls_id;
                            result.push_back(box);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    return result;
}

// 大尺度图层 skip 设置为 1，保留原始精度
boxes = decode_infer(tensor_scores_host, layers[2].stride,  yolosize, net_size, num_classes, layers[2].anchors, threshold, 1);
result.insert(result.begin(), boxes.begin(), boxes.end());

// 中尺度图层 skip 设置为 1，保留原始精度
boxes = decode_infer(tensor_boxes_host, layers[1].stride,  yolosize, net_size, num_classes, layers[1].anchors, threshold, 1);
result.insert(result.begin(), boxes.begin(), boxes.end());

// 小尺度图层 skip 设置为 2，实现网格跳跃
boxes = decode_infer(tensor_anchors_host, layers[0].stride,  yolosize, net_size, num_classes, layers[0].anchors, threshold, 2);
result.insert(result.begin(), boxes.begin(), boxes.end());

还想再快，还有招吗？

这个只能借用其他第三方并行库做一些加速了，仓库中使用到了OpenMP做一些并行加速，只要计算量稍大的地方都可以试一试，博主凭经验只试了三处地方，树莓派的核就快满了，至于其他芯片，建议多试试~

FAQ环节：

为啥我测静态图的时候跑不到14帧？

这个和开发板的新旧程度，磨损程度，以及处理细节有关，比如博主用的静态图尺寸在【480-720】之间，如果使用更大的尺寸做测试，resize的耗时会随着图片尺寸而增加。

怎么启动程序后，每隔一段时间帧率就下跌一点？

正常情况，性能和功耗有很大关系，建议多做做散热方面的相关措施。

一定要超频才能发挥树莓派更好的性能？

正常情况下是，本文中博主使用的树莓派一直是在超频状态下运行，具体为1.8GHZ，但如果你们开发板性能足够了，最好使用官方推荐的频率在定频下使用。

为啥量化后的模型比fp32还慢？

老生常谈的问题，看架构，看指令，看厂家支持，看过大内密探零零发的应该知道，不是后宫三千就一定幸福，这是看质还是看量的问题。

假设买的开发板只有四颗核，那永远无法达到四颗都100%，如果达到了，程序会跳出，利用率能无限接近99%，已经是非常逆天了。

结尾：

如果你还有疑问，那就请加模型部署&轻量化交流群：993965802，入群 Password：量化

交流群提倡言论自由，当出现不良广告，不善言论，踢出本群！

交流群友好的话题：模型轻量化＆部署和编程技术，模型训练，深度学习前沿知识；MNN、NCNN、TNN、ONNXRUNTIME、OPENVINO、RKNN、QNN、SPNE、TENSORRT等三方推理框架采坑心得；瑞芯微，地平线，爱芯，君正，嘉楠，英伟达，德州仪器等国内外芯片部署经验交流，其他领域的知识，各种技术博客和干货等！

参考：

https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/ppogg/YOLOv5-Lite
https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/techshoww/mnn-yolov5
https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/DefTruth/lite.ai.toolkit
https://github.com/hpc203/yolov5-v6.1-opencv-onnxrun
https://zhuanlan.zhihu.com/p/400545131
https://zhuanlan.zhihu.com/p/478630138
https://openbenchmarking.org/result/2202058-NE-RASPBERRY79&sgm=1
https://github.com/alibaba/MNN/issues/2231
https://github.com/WongKinYiu/yolov7/blob/main/tools/YOLOv7onnx.ipynb
https://mnn-docs.readthedocs.io/en/latest/tools/convert.html
https://mnn-docs.readthedocs.io/en/latest/intro/releases.html?highlight=Precision_Low_BF16#id31

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_45829462/article/details/135210327
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