Классификация категорий изображений при помощи глубокого обучения
В этом примере показано, как создать, скомпилировать и развернуть dlhdl.Workflow объект с alexnet в качестве сетевого объекта при помощи пакета поддержки Deep Learning HDL Toolbox™ для Xilinx FPGA и SoC. Используйте MATLAB ®, чтобы получить результаты предсказания с целевого устройства. Alexnet является предварительно обученной сверточной нейронной сетью, которая была обучена на более чем миллионе изображений и может классифицировать изображения в 1000 категорий объектов (таких как клавиатура, кофе, кружка, карандаш и многие животные). Можно также использовать VGG-19 и Darknet-19 в качестве сетевых объектов.
Необходимые условия
Набор для разработки Xilinx ZCU102 SoC
Пакет поддержки Deep Learning HDL Toolbox™ для Xilinx FPGA и SoC
Модель Deep Learning Toolbox™ для Alexnet
Deep Learning Toolbox™
Deep Learning HDL Toolbox™
Загрузка предварительно обученной последовательной сети
Чтобы загрузить предварительно обученную сеть серии alexnet, введите:
snet = alexnet;
Для загрузки предварительно обученной сети серии vg19 введите:
% snet = vgg19;Чтобы загрузить предварительно обученную сеть серии darknet19, введите:
% snet = darknet19;Чтобы просмотреть слои предварительно обученной последовательной сети, введите:
analyzeNetwork(snet) % The saved network contains 25 layers including input, convolution, ReLU, cross channel normalization, % max pool, fully connected, and the softmax output layers.
Создайте целевой объект
Используйте dlhdl.Target Класс создать целевой объект с пользовательским именем для целевого устройства и интерфейсом для подключения целевого устройства к хосту-компьютеру. Опции интерфейса JTAG и Ethernet. Чтобы использовать JTAG, Установите Xilinx™ Vivado™ Design Suite 2019.2. Чтобы задать траекторию инструмента Xilinx Vivado, введите:
% hdlsetuptoolpath('ToolName', 'Xilinx Vivado', 'ToolPath', 'C:\Xilinx\Vivado\2019.2\bin\vivado.bat');
hTarget = dlhdl.Target('Xilinx','Interface','Ethernet');
Создайте объект рабочий процесс
Используйте dlhdl.Workflow класс, чтобы создать объект. Когда вы создаете объект, задайте сеть и имя битового потока. Укажите сохраненную предварительно обученную нейронную сеть alexnet в качестве сети. Убедитесь, что имя битового потока соответствует типу данных и плате FPGA, на которую вы нацелены. В этом примере целевой платой FPGA является плата Xilinx ZCU102 SoC. Битовый поток использует один тип данных.
hW = dlhdl.Workflow('Network', snet, 'Bitstream', 'zcu102_single','Target',hTarget);
Скомпилируйте сеть серии Alexnet
Чтобы скомпилировать сеть серии Alexnet, запустите метод компиляции dlhdl.Workflow объект. Вы можете опционально задать максимальное количество входных кадров.
dn = hW.compile('InputFrameNumberLimit',15) offset_name offset_address allocated_space
_______________________ ______________ _________________
"InputDataOffset" "0x00000000" "12.0 MB"
"OutputResultOffset" "0x00c00000" "4.0 MB"
"SystemBufferOffset" "0x01000000" "28.0 MB"
"InstructionDataOffset" "0x02c00000" "4.0 MB"
"ConvWeightDataOffset" "0x03000000" "16.0 MB"
"FCWeightDataOffset" "0x04000000" "224.0 MB"
"EndOffset" "0x12000000" "Total: 288.0 MB"
dn = struct with fields:
Operators: [1×1 struct]
LayerConfigs: [1×1 struct]
NetConfigs: [1×1 struct]
Программа Bitstream на FPGA и загрузка сетевых весов
Чтобы развернуть сеть на оборудовании Xilinx ZCU102, запустите функцию развертывания dlhdl.Workflow объект. Эта функция использует выход функции компиляции, чтобы запрограммировать плату FPGA с помощью файла программирования. Он также загружает веса и смещения сети. Функция развертывания начинает программировать устройство FPGA, отображает сообщения о прогрессе и времени развертывания сети.
hW.deploy
### FPGA bitstream programming has been skipped as the same bitstream is already loaded on the target FPGA. ### Deep learning network programming has been skipped as the same network is already loaded on the target FPGA.
Загрузка изображения для предсказания
Загрузите пример изображения.
imgFile = 'espressomaker.jpg';
inputImg = imresize(imread(imgFile), [227,227]);
imshow(inputImg)
Запуск предсказания для одного изображения
Выполните метод предсказания на dlhdl.Workflow Объект и затем отобразите метку в командном окне MATLAB.
[prediction, speed] = hW.predict(single(inputImg),'Profile','on');
### Finished writing input activations. ### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 33531964 0.15242 1 33531979 6.6
conv_module 8965629 0.04075
conv1 1396567 0.00635
norm1 622836 0.00283
pool1 226593 0.00103
conv2 3409730 0.01550
norm2 378491 0.00172
pool2 233223 0.00106
conv3 1139273 0.00518
conv4 892869 0.00406
conv5 615895 0.00280
pool5 50267 0.00023
fc_module 24566335 0.11167
fc6 15819119 0.07191
fc7 7030644 0.03196
fc8 1716570 0.00780
* The clock frequency of the DL processor is: 220MHz
[val, idx] = max(prediction);
snet.Layers(end).ClassNames{idx}ans = 'espresso maker'
Запуск предсказания для нескольких изображений
Загрузите несколько изображений и получите их предсказание reults с помощью функции поддержки многофазного кадра. Для получения дополнительной информации см. раздел Поддержка нескольких систем координат.
The demoOnImage функция загружает несколько изображений и извлекает их результаты предсказания. The annotateresults функция отображает результат предсказания изображения поверх изображений, которые собраны в массив 3 на 5.
imshow(inputImg)
demoOnImage;
### Finished writing input activations. ### Running single input activations.
FPGA PREDICTION: envelope FPGA PREDICTION: file FPGA PREDICTION: folding chair FPGA PREDICTION: mixing bowl FPGA PREDICTION: toilet seat FPGA PREDICTION: dining table FPGA PREDICTION: envelope FPGA PREDICTION: espresso maker FPGA PREDICTION: computer keyboard FPGA PREDICTION: monitor FPGA PREDICTION: mouse FPGA PREDICTION: ballpoint FPGA PREDICTION: letter opener FPGA PREDICTION: analog clock FPGA PREDICTION: ashcan
