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目标检测框架网络模型分析(一 魔戒归来)

　　我很长一段时间一直都在做自动驾驶的物体检测性能调优，所以想总结整理一些小网络和检测框架的经验。

　　文章会分成三个部分:

　　第一部分将参照知乎@YaqiLYU 对小网络（经典网络）的分析并且结合的自己的理解。

　　第二部分详细介绍目前state-of-art的主流检测框架。

　　第三部分介绍了目标检测的问题及解决方案，目标检测在其他领域的拓展应用 

 

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第一部分  经典小网络性能分析

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　　对于早期经典模型SqueezeNet, MobileNet(V1), 和CVPR 2018最新模型ShuffleNet, IGCV2, MobileNetV2, 探究短小精悍的秘密，学习设计理念和技术。

　　问题：

　　通过一张ncnn框架的高端ARM高通820和低端ARM海思3519硬件实测速度对比。ImageNet上的top-1准确率 vs 理论计算量 vs 模型大小的对比提出

　　1 MobileNetV2到底优化了什么，能做到比MobileNetV1既好又快？

　　2 为什么理论计算很高的SqueezeNet反而非常快？为什么ShuffleNet要比架构技术接*的MobileNetV1和MobileNetV2快那么多？

　　

　　背景介绍：　

　　首先介绍CNN中不同层的参数数量和理论计算量，简单起见小写代表下标，卷积核Kh*Kw，输入通道数Cin，输出通道数Cout，输出特征图的分辨率为宽H高W。

　　参数数量：用params表示，关系到模型大小，单位通常为M，通常参数用float32表示，所以模型大小是参数数量的4倍。

　　理论计算量：用FLOPs或者M-Adds表示，这里用FLOPs写起来简单，关系到算法速度，大模型的单位通常为G，小模型通道为M。注意两点：

  1. 理论计算量通常只考虑乘加操作(Multi-Adds)的数量，而且只考虑CONV和FC等参数层的计算量，忽略BatchNorm和PReLU等等。一般情况，CONV和FC层也会忽略仅纯加操作的计算量，如bias偏置加和shotcut残差加等，目前技术有BN的CNN可以不加bias。
  2. 理论计算量通常和实际ARM实测速度会有不一致，主要是理论计算量太过理论化，没有考虑不同硬件IO速度和计算力差异，最重要的是inference framework部署框架优化水*和程度差异，不同框架的优化的关注点不一样，同一框架对不同层的优化程度也不一样。Inference Framework以的ncnn为代表。

CONV标准卷积层：

  • #params： \left( k_{h}\times k_{w}\times c_{in}+1 \right)\times c_{out} ，没有bias为 k_{h}\times k_{w}\times c_{in} \times c_{out}
  • #FLOPs： k_{h}\times k_{w}\times c_{in} \times c_{out}\times H\times W

FC全连接层，卷积核k=1：

  • #params： \left( c_{in}+1 \right)\times c_{out} ，没有bias为 c_{in}\times c_{out}
  • #FLOPs： c_{in}\times c_{out}*H*W

CONV和FC是经典CNN架构(如VGGNet和ResNet)中最重要的组件，CONV一般位于前面，作用类似特征提取，FC位于后面，作用类似分类决策。我们还需要两个卷积的变种。

首先在比较流行的高效卷积核（GCONV和DWCONV）上做个对比

GCONV分组(Group)卷积层，输入按通道数划分为g组，每小组独立分别卷积，结果联结到一起作为输出，如图中上面部分，Output channels作为GCONV的输入，分了3组分别CONV3x3，组内有信息流通，但不同分组之间没有信息流通。

 

 

  • #params： (k_{h}\times k_{w}\times c_{in}/g \times c_{out}/g)\times g=k_{h}\times k_{w}\times c_{in} \times c_{out}/g
  • #FLOPs： k_{h}\times k_{w}\times c_{in} \times c_{out}\times H\times W/g

（Xception版本）DWCONV深度分离(DepthWise)卷积层，是GCONV的极端情况，分组数量等于输入通道数量，即每个通道作为一个小组分别进行卷积，结果联结作为输出，Cin = Cout = g，没有bias项，如图中上面部分，Output channels作为DWCONV的输入，划分了输入通道数量相等的分组，通道之间完全没有信息流通。

 

 

  • #params： k_{h}\times k_{w}\times c_{in} \times c_{out}/c_{in}=k_{h}\times k_{w}\times c_{out}
  • #FLOPs： k_{h}\times k_{w} \times c_{out}\times H\times W
  • 注意:Xception的DW组织方式和MobileNet的设计稍微不同，这里会首先将1x1的卷积提到depthwise convolution之前。

综合对比：

  1. CONV层主要贡献了计算量，如VGGNet第二个CONV层贡献了1.85G的计算量，参数数量仅37k
  2. FC层主要贡献了参数数量，如VGGNet第一个FC层25088-4096就有接*98M参数，贡献模型大小392M，计算量仅103M
  3. GCONV和DWCONV层参数量和计算量都非常小，GCONV参数数量减少g倍，计算量降低g倍，g越大压缩加速越明显；DWCONV是g=Cin的极端情况，压缩加速比是Cin倍，如MobileNet中第一个DWCONV层参数数量不到0.3k，计算量仅3.2M，这两者是高效CNN的核心构成要素。

 

Block分析：设计CNN目前都采用堆block的方式，后面对每个模型只集中分析其block的设计。堆Block简化了网络设计问题：只要设计好block结构，对于典型224x224输入，设计CNN只需要考虑112x112、56x56、28x28、14x14、7x7 这5个分辨率阶段(stage)的block数量和通道数量就可以了。

CNN加深度一般都选择14x14这个分辨率阶段，多堆几个block，这一层的参数数量和计算量占比最大，所以我们选这一层作为特例分析每种block的参数数量和计算量，量化说明选择14x14x该层通道数的输入和输出情况。

传统网络分析：

NIN（net in network）

 

最早的的小网络要从Network in Network说起，NiN是Shuicheng Yan组ICLR 2014的论文，提出在CONV3x3中插入CONV1x1层，和Global Average Pooling (GAP)层，虽然论文并没有强调这两个组件对减小CNN体积的作用，但它们确实成为CNN压缩加速的核心：

  • 同等输入CONV1x1比CONV3x3参数数量少9倍，理论计算量降低9倍（可以去看1*1卷积核对于减少参数量的作用，升维，降维，跨通道的信息融合等等）
  • GAP层没有参数，计算量可以忽略不计，是压缩模型的关键技术

GoogLeNet

就大量使用CONV 1\times1层和GAP，与同时期性能相*的VGG-19相比，22层GoogLeNet模型参数少20倍以上，速度快10倍以上。GoogLeNet是最早的高效小网络，Inception系列沿袭这一架构理念，在均衡网络深度和模型大小方面都比较优秀。

 

　　（提问：截止2018.5.27，VGGNet论文的引用量是11499，GoogLeNet的应用量是7440次，同一时期的两个经典结构，看起来明显更好的GoogLeNet影响力为何反而不如VGGNet？早期检测、跟踪和分割等方向的经典方法，如SSD, C-COT, FCN，骨架网络BackBone默认都是VGGNet，为什么都没有选更小更快的GoogLeNet？）

　　（模型的推理速度也就是计算量其实不仅仅和参数量有关，计算次数，还和MAC内存带宽的交互，以及GPU的底层支持的友好程度都相关，再其次更深的网络在imagenet上的训练效果会更好一些）

　　Resnet:

　　除了conv1*1 和GAP，ResNet还采用了另一项常用技术：

  • 用CONV/s2（步进2的卷积）代替CONV+MaxPool，将Pool层合并到上一个CONV层，*似减少一半参数数量和计算量

综合以上技术，即使152层的ResNet，也比VGGNet小7倍，快12倍以上。目标检测的YOLO系列中，YOLOv2中提出的DarkNet-19采用了CONV1x1和GAP设计，YOLOv3的DarkNet-53加入了CONV/s2设计，两个CNN都是以上压缩加速技术的实例。

 SqueezeNet

　　

 

论文非常的标题党：同等精度比AlexNet小50倍，<0.5M的模型大小。SqueezeNet的核心设计理念是模型可以不快但一定要小，分析三个设计策略：

  1. 用CONV1x1代替CONV3x3，大量CONV3x3被替换，大幅减少参数和计算量
  2. 用squeeze层减少输入到CONV3x3的通道数，继续减少剩余CONV3x3层的参数数量和计算量
  3. 延迟下采样，保持激活的分辨率较大，同等参数数量效果更好，但这样会严重增加计算量

此外，保证conv10的通道数是1000，这样GAP后直接是1000个输出，这样连接到输出的最后一个FC层也省了，仅0.5M参数就完成了收尾部分，简直丧心病狂，但这种做法非常低效，仅conv10这一层的计算量就有100M。

SqueezeNet共8个Fire Module，2个CONV和4个POOL，没有BN，最终模型4.8M，在ImageNet上top-1 acc 57.5%, top-5 acc 80.3%，性能是AlexNet水*，经过DeepCompression进一步压缩后模型大小可以达到逆天的0.47M，但DeepCompression方法也是仅关心压缩不关心加速的。最后实验还测试了shotcut，证明类似ResNet那样最简单的shotcut最好，top-1和top-5分别提升2.9%和2.2%，性能提升明显且不会增加参数数量，几乎不会影响计算量 (ResNet赛高)

论文描述的模型是SqueezeNet v1.0，后来代码又更新了SqueezeNet v1.1，模型大小和性能不变的情况下快了2.4倍：

 

主要修改了第一层的卷积核大小和通道数，把下采样提前了，即抛弃了策略3。

SqueezeNet的计算量在MobileNet论文中是1700M，在ShuffleNet论文中是833，根据最新论文结果，SqueezeNet v1.0的理论计算量是837M，SqueezeNet v1.1的理论计算量是352M，ncnn-benchmark中所用测试模型就是SqueezeNet v1.1，所以在benchmark中SqueezeNet确实应该比MobileNet和AlexNet快。

stage的通道数量：【128 256 384-512 0】

stage的block数量：【2 2 4 0】

Block分析：加shotcut的一个典型SqueezeNet block，即论文中的Fire module

 

 

  • #params： 3/4\times C^{2}
  • #FLOPs： 3/4\times C^{2}\times H\times W
  • （C*C/8*1*1 + C/8*C/2*3*3 + C/8 * C/2 * 1*1 ） = 3/4 * C^2

　　第一个CONV1x1将输入通道数压缩(squeeze)到1/8送给CONV3x3，上下两路CONV扩展(expand)四倍后联结，还原输入通道数量。block中CONV1x1和CONV3x3的参数数量之比是1:3，计算量之比也是1:3。

　　SqueezeNet中虽然大量使用CONV1x1，但CONV3x3占比依然在75%以上，inferece framework中CONV3x3的优化对速度影响更大。

　　在part2 中会介绍作者最新的SqueezeDet

MobileNet

　　

　　

　　MobileNet是第一个面向移动端的小网络，设计兼顾模型小和速度快，提出了Depthwise Separable Convolution深度分离卷积，由DWCONV3x3 + CONV1x1组成，DWCONV3x3将CONV3x3的计算量降低到恐怖程度，后面的CONV1x1帮助信息在通道之间流通。这种结构非常高效，代替CONV后性能微小下降换取速度数倍提升。

　　MobileNet参数数量4.2M，计算量569M，top-1 70.6%，性能是GoogLeNet和VGG16水*，比最庞大的VGG16模型小32倍，计算量低27倍，比设计高效的GoogLeNet模型更小，计算量低2.5倍。

　　第一层是CONV，之后堆叠DWCONV3x3 + CONV1x1, 每层都加BN没有shotcut，DWCONV/S2方式下采样，GAP后连FC到1000个分类输出，仅这个1024-1000的FC层就有1M参数。

 

论文提供了两个用户定制参数：

  • Width Multiplier宽度乘子：所有层的通道数乘 \alpha，即CNN变瘦，模型大小*似下降 \alpha^{2} 倍，计算量下降\alpha^{2} 倍
  • Resolution Multiplier分辨率乘子：输入分辨率乘 \rho ，等价于所有层的分辨率乘 \rho，模型大小不变，计算量下降 \rho^{2} 倍

减少网络的层数也可以减少模型大小和计算量，即CNN变浅，实验给出同等参数和计算量，变浅比边瘦性能要差很多，强烈建议不要减深度！

（提问：很多论文都证明，同等参数和计算量，深度模型比宽度模型更好，深度也是一种正则方式？）

　　论文统计了不同类型层的计算量和参数数量，仅一个CONV一个FC，计算量可以忽略，前面也提到FC层参数占比较大，重点关注，大量使用的DWCONV3\times3计算量仅3%，参数数量仅1%，其貌不扬的CONV1x1竟然是罪魁祸首，CONV1x1计算量占95%，参数数量占75%，所以MobileNet速度快不快，与inferece framework中CONV1x1的优化程度密切相关（其实是因为depthwise的3*3卷积只计算一次，而pointwise层会疯狂的计算Cout次和sequeezenet 不同，seq虽然1*1卷积核很多，但本质还是由于3*3与1*1的占比所导致）。

　　　　

 

Block分析：MobileNet虽然没有明确指出，Depthwise Separable Convolution也可以看做block

　　

 

  • #params： 9\times C + C^{2}
  • #FLOPs： (9\times C + C^{2})\times H\times W

DWCONV3x3以极低代价卷积产生特征，CONV1x1辅助通道信息流通，两者完美配合。block中CONV1x1和DWCONV3x3的计算量、参数数量比例是C:9，以疯狂加深度层14x14x512为例，二者比例是512:9=56.89，依然很震惊有木有，SqueezeNet中核心压缩加速手段CONV1x1，在MobileNet中反倒成了开销大户。

进一步优化MobileNet，降低CONV1x1的占比是关键，在mobilenetV2中针对于conv1*1的占比进行了优化。

DWCONV-bottleneck block

MobileNet的结构是类似VGGNet的直筒形式，目前ResNet已经取代了VGGNet，我们是不是按照ResNet中比较高效的bottleneck block构建更先进的DWCONV-bottleneck block呢？当然很简单，按照ResNet论文，CONV3x3换成DWCONV3x3就完成了。

 

  • #params： 9\times C +8\times C^{2}
  • #FLOPs： (9\times C + 8\times C^{2})\times H\times W

 

ResNet代替VGGNet的历史告诉我们，这样做一定比MobileNet更好，要试一试吗？别着急，仔细看参数数量和计算量都增加了数倍（约8倍），block中CONV1x1和DWCONV3x3的计算量、参数数量比例是8C:9，还是以深度层14x14x512为例，二者比例高达8*512:9=455.11，再次震惊，这样做性能是上去了，但模型大小和速度都严重下降了，对于移动端这是我们最不愿看到的结果。

 ShuffleNet

 继MobileNet挂出来之后三个月，旷世科技挂出了ShuffleNet：解决了DWCONV-bottleneck block中CONV1x1占比高、计算量大的问题；但是并没有开源代码。

类似DWCONV-bottleneck block中DWCONV3x3代替CONV3x3，其中的CONV1x1是标准卷积，这部分是否也能通过分组卷积或深度分离卷积来加速压缩呢？ShuffleNet第一步就是把block中的CONV1x1变成了分组卷积GCONV1x1降低计算量和参数数量，按照分组数量(g=2,3,4,8)加速g倍。但这带来一个很严重的问题，通道之间信息不能流通：DWCONV3x3没有通道间信息流通，而GCONV1x1信息只在分组内部流通，会严重影响性能。ShuffleNet给出解决方案，就是题目中'Shuffle'代表的Channel Shuffle操作，交错重排，混叠通道以辅助（强制）信息流通。

从理论计算量的公式可以看出，feature map的分辨率对计算量影响非常大，所以一般CNN结构都有输入图像快速降维模块，常用CONV3x3s2+CONV3x3s2阶梯降维，或CONV7x7s2 + MaxPools2，实现输入图像快速降维4倍。在ShuffleNet中采用了非常非常激进的CONV3x3s2 + MaxPools2结构，虽然这样参数更少速度更快，但CONV3x3的感受野不足以支撑4倍降维，会造成信息丢失(猜测这可能是ShuffleNet难以复现的原因之一)。

　　ShuffleNet发现深度分离卷积虽然参数数量和计算量都很低，但与其他密集操作相比计算/内存访问比很差，在实际硬件上较难优化，所以采用了大量GCONV1x1加少量DWCONV3x3的设计方式，后面MobileNetV2中会看到截然不同的处理方式。

　　

分组数量g越大，对应压缩加速比率越大，论文增加通道数量以保持不同g设置的计算量接*，公*对比性能；用户定制参数仅通道乘子s，压缩加速 s^{2} 倍。常用两个版本是ShuffleNetx1g8和ShuffleNetx2g3：

  • ShuffleNetx1g8版本参数数量1.4M(?)，计算量140M，top-1 67.6%，优于0.5-MobileNet-224，仅比GoogLeNet低1.1%但快10倍以上
  • ShuffleNetx2g3版本(2**2=4，大约是x1g8的4倍) 参数数量5.4M，计算量524M，top-1 73.7%，优于1.0MobileNet-224，计算量低45M，性能超出3.1%
  • ShuffleNet还尝试了最新技术，与同为CVPR 2018 SENet中的SE modules结合，在几乎不影响理论计算量的同时能大幅提升性能，但，实测在移动设备上减速了25%~40%，这就很可怕了

（提问：还有哪些类似SE的“黑科技”，能在基本保持理论计算量不变的情况下能大幅提升性能，表面上看起来非常“便宜”，但实际上大幅降低了部署速度）

ncnn-benchmark中ShuffleNet是x1g8版本，理论计算量140，当然比理论计算量352M的SqueezeNet v1.1和理论计算量569M的MobileNet更快。

为保持公*比较，接下来分析x2g3版本：

每个stage的通道数量：【0 480 960 1920】

每个stage的block数量：【0 4 8 4】

Block分析：shuffle block即论文中的ShuffleNet Unit，非stride=2版本

 

  • #params： 8/3\times C^{2}+9C
  • #FLOPs： (8/3\times C^{2}+9C)\times H\times W

block中CONV1x1和DWCONV3x3的计算量、参数数量比例是8/3C:9，以深度层14x14x960 (c=240)为例，二者比例8/3*240:9=71.11，比DWCONV-bottleneck block中的455.11，GCONV1x1依然是主力但占比已经降低很多很多了。与MobileNet相比，DWCONV3x3的通道数少了很多（猜测是难以复现的原因之二），但GCONV1x1通道数多了很多，所以上面4C-C-C4的通道数表示不一定客观。

其他需要注意的：ShuffleNet Unit中，仅第一个GCONV1x1后面加了Channel Shuffle，DWCONV3x3后面没有ReLU，stride=2版本用联结输入AVGPools2的方式实现通道翻倍。

（HELP：有能完美复现CVPR版本ShuffleNet论文结果的同学，欢迎慷慨分享你的模型和训练方式，功德无量！）

IGCV2

 

看到这个很多同学第一时间都会想：这个和Channel Shuffle好像啊，而且是今年4月才挂出来。。其核心部分的交错分组卷积Interleaved Group Convolutions发表在ICCV 2017，所以是ShuffleNet同时期的工作(或更早)。交错分组卷积IGC，把CONV1x1变成分组卷积，然后加上交错重排操作Permutation，作用类似Channel Shuffle。

IGCV2在MobileNet的基础上改进，两个GCONV1x1中间加Permutation，分组数量g=8，每层的通道数量都翻倍，这样参数数量和计算量都基本保持不变（更胖）。IGCV2和MobileNet对比，1.0版本的参数、计算量和性能都非常相似，但0.5和0.25版本IGCV2优势非常明显。

每个stage的通道数量：【256 512 1024 2048】

每个stage的block数量：【2 2 6 2】

Block分析：IGCV2 block，类似MobileNet没有加shotcut

 

  • #params： 1/4\times C^{2}+9C
  • #FLOPs： (1/4\times C^{2}+9C)\times H\times W

block中CONV1x1和DWCONV3x3的计算量、参数数量比例是1/4C:9，以深度层14x14x1024为例，二者比例1/4*1024:9=28.44，比MobileNet block中的56.89的占比降低。网络设计方面，IGCV2只在MobileNet的基础上改进，验证了IGC的可行性，没有太大的结构变动。

MobileNetV2

 

降低DWCONV-bottleneck block中CONV1x1的占比，除了ShuffleNet和IGCV2用GCONV+shuffle/permutation方法，还有其他好办法吗？MobileNet采用了两种新技术来解决这个问题，按照论文来说：

  • Inverted Residuals 逆残差：把原来两头大中间小的bottleneck block变成两头小中间大的形式，强行降低了CONV1x1与DWCONV3x3的比例，这里有个超参数expansion factor扩展因子t，推荐是5~10，参数设置小网络小一点，大网络大一点，V2中是t=6。
  • Linear Bottlenecks 线性瓶颈：去掉了第二个CONV1x1后面的ReLU，改为线性神经元，其实就是没有非线性激活函数，论文解释是在低维度空间ReLU会破坏信息。

没有分组卷积，那MobileNetV2到底优化了什么？观察网络发现，bottleneck的输出通道数非常小[24 32 64-96 160-320]，这在以前的结构中容量是远远不够的。再来看经expand layer扩展以后的DWCONV3x3层，baseline版本通道数是[144 192 384-576 960-1920]，比较接*ShuffleNetx2的配置，略高于V1，从这个角度来看，MobileNetV2设计上是保持DWCONV3x3层通道数基本不变或轻微增加，将bottleneck的输入和输出通道数直接减小t倍，扩展因子其实更像是压缩因子，将CONV1x1层的参数数量和计算量直接减小t倍，轻微增加DWCONV3x3的通道数以保证的网络容量。ShuffleNet中标准卷积更多、深度分离卷积更少的优化思路完全相反，MobileNetV2中标准卷积更少、深度分离卷积更多（相对的，计算量占比CONV1x1依然绝对优势）。

  • baseline版本MobileNetV2，参数数量3.4M，计算量300M，top-1 72%，这个理论计算量与SqueezeNet是同一等级，比MobileNetV1更好更小更快
  • MobileNetV2-1.4版本（1.4**2=1.96，大约是baseline的2倍）参数数量6.9M，计算量585M，top-1 74.7%，这个计算量与1.0-MobileNet-224和ShuffleNetx2g3同一等级，性能超过ShuffleNet 1%
  • 甚至超过了NASNet，是目前最好的高效小网络结构，更重要的是开源了模型和代码，github上有各个*台的模型复现

（温馨提示：由于论文arXiv第一版有几处笔误，导致之前github上复现的模型结构都或多或少有错误，请仔细对照tensorflow官方代码和模型结构。比如：

发现第一个t=1的bottleneck结构实际上是dwconv3x3-conv1x1，没有前面expansion layer的conv1x1，对照代码验证确实如此）

 

结构方面，每个bottleneck里面两个ReLU6，方便量化；输入图像以s2方式逐阶*滑降维；用户定制依然是宽度乘子和分辨率乘子，同MobileNetV1；通道数量分布前期少后期多，在14x14和7x7阶段通道数量额外增加了一次，分别上升50%和100%。

ncnn-benchmark中MobileNetV2是caffe复现的baseline，但由于标准卷积比深度分离卷积优化更好，且CONV3x3比CONV1x1优化更好，导致部分ARM上MobileNetV2与MobileNet速度接*，但性能差距还是存在的，期待进一步优化后能接*SqueezeNetv1.1速度。

每个stage的通道数量：【24 32 64-96 160-320】*6

每个stage的block数量：【2 3 7 4】

Block分析：MobileNetV2 block，类似MobileNet没有加shotcut

 

  • #params： 1/3\times C^{2}+9C
  • #FLOPs： (1/3\times C^{2}+9C)\times H\times W

block中CONV1x1和DWCONV3x3的计算量、参数数量比例是C:27，以深度层14x14x64(C=384)或14x14x96(C=576)为例，二者比例为14.22或21.33 ，这个占比是目前最低的，所以MobileNetV2是目前能看到的最好的小网络结构。

IGCV3

 

MobileNetV2中直接压缩CONV1x1的方法与前面GCONV+Shuffle/Permutation的方法能否结合优化呢？IGCV3在MobileNetV2的基础上改进，block中两个GCONV1x1后面都加了Permutation，分组数量g=2，通道数量保持不变，但深度大幅增加，多了15个block（更高）。

1.0和1.4版本IGCV3都比同样条件复现的MobileNetV2分别高了接*0.9%和0.8%，但如果与论文中MobileNetV2结果相比，优势就不明显了。消融实验表明，同等参数，加深度版本的性能比加宽度版本更好（同等质量，高比胖要好。。恍然大悟），block中仅在DWCONV3x3后面加ReLU更好。

每个stage的通道数量：【24 32 64-96 160-320】

每个stage的block数量：【4 6 14 7】

block分析略，g=2的block非常相似，主要变化是增加了深度。

SqueezeNext

 

DWCONV这种压缩加速“大杀器”在某些移动设备上很难优化，并不总是像理论上那么高效，SqueezeNext延续SqueezeNet模型小的优良传统，但这次更加注重硬件部署速度，采用两级sqeeze+分解CONV3x3的方式压缩加速，两级CONV1x1压缩输入通道数，类似Inception-v3将CONV3x3分解为CONV3x1和CONV1x3，加了ResNet类型的shotcut（避开了DenseNet类型连接，会增加通道数和需要费时耗能的联结激活）。最后通过硬件模拟找到瓶颈，优化调整网络结构。

硬件模拟的结果很有参考价值：降维模块中CONV7x7的计算量占比非常高，即使改成了5x5后总计算量仍然比14x14这一深度层14个block的总计算量还高；分组卷积可以进一步减少模型参数，但会损失性能；同样21个block，不同分布[6 6 8 1], [4 8 8 1], [2 10 8 1], [2 4 14 1]计算量和参数数量非常接*，实验结果表明[2 4 14 1]这种在14x14深度层加block的方式性能最好、更快更节能，符合以前所有模型的设计趋势（加深度层名副其实，我不是乱叫的）。

（提问：DWCONV已证明确实是不好优化，但非对称卷积CONV1x3和CONV3x1就很好优化吗？）

  • 最小版本1.0-G-SqNxt-23是23个block，CONV1x1加分组卷积优化的结构，仅0.54M参数，top-1 56.88%, top-5 80.83%，接*AlexNet水*，这次比 AlexNet小112倍（上一版SqueezeNet小51倍）
  • baseline版本1.0-SqNxt-23v5仅0.94M参数，228M计算量，top-1 59.24%，比AlexNet高2%，比SqueezeNetv1.1更好更小更快
  • 加宽版本2.0-SqNxt-23v5是3.23M参数，708M计算量，top-1 67.44%，接*复现版本的MobileNet（论文模型是70.6%），模型小1M但优势不明显。

每个stage的通道数量：【32 64 128 256】

每个stage的block数量：【2 4 14 1】

Block分析：

 

  • #params： 9/4\times C^{2}
  • #FLOPs： 9/4\times C^{2}\times H\times W

block中CONV1x1和CONV3x1+CONV1x3的计算量、参数数量比例是1:1。总体上，通道数较少，体积小是优势，但性能水*不高，且部署速度还需要良好优化的CONV3x1和CONV1x3支撑。

 

未完待续--

posted @ 2018-09-25 14:03  Bob·li  阅读(7067)  评论(0)  编辑  收藏  举报