RKNN模型训练转换部署

1. 背景

做了一个手机版本的人流量计数，显然不能最终真实环境实施，因为数据集不够，并且硬件还需要搭载其他设备，所以使用的是安卓工控机，但推理速度非常慢，接近500ms，换一个好的CPU,比如3568工控机等，速度也是在150ms左右，但是发现了 Firefly相关文档，瑞芯微，可以用NPU做计算，那开始吧。

2. 先快速体验一下NPU

ROC-RK3568-PC板子这是一款次旗舰级，3588性能会更高，目前使用的3568做的开发。

rknn-toolkit 主要是针对RK1808/RK1806/RV1109/RV1126，对应需要的库地址 rknpu ，所以这个忽略，使用下面的工具。

rknn-toolkit2 主要是针对RK3566/RK3568/RK3588/RK3588S/RV1103/RV1106，对应需要的库地址 rknpu2 。

使用说明可以参考 NPU使用。

下载rknpu2 ，将so库导入到对应的目录，这是为了简单的测试NPU功能，后面安卓使用，还是会放到项目的jnilib下。

adb root && adb remount
adb push rknpu2_1.4.0/runtime/RK356X/Android/librknn_api/arm64-v8a/* /vendor/lib64
adb push rknpu2_1.4.0/runtime/RK356X/Android/librknn_api/arm64-v8a/* /vendor/lib

将 demo 放入 ROC-RK3568-PC ，运行 demo 如下

:/ # cd /data/rknn_ssd_demo_Android/    (Linux 系统使用 rknn_ssd_demo_Linux 即可)
:/data/rknn_ssd_demo_Android # chmod 777 rknn_ssd_demo
:/data/rknn_ssd_demo_Android # export LD_LIBRARY_PATH=./lib
:/data/rknn_ssd_demo_Android # ./rknn_ssd_demo model/RK356X/ssd_inception_v2.rknn model/road.bmp (Linux 为 bus.jpg)
Loading model ...
rknn_init ...
model input num: 1, output num: 2
input tensors:
  index=0, name=Preprocessor/sub:0, n_dims=4, dims=[1, 300, 300, 3], n_elems=270000, size=270000, fmt=NHWC, type=UINT8, qnt_type=AFFINE, zp=0, scale=0.007812
output tensors:
  index=0, name=concat:0, n_dims=4, dims=[1, 1917, 1, 4], n_elems=7668, size=30672, fmt=NHWC, type=FP32, qnt_type=AFFINE, zp=53, scale=0.089455
  index=1, name=concat_1:0, n_dims=4, dims=[1, 1917, 91, 1], n_elems=174447, size=697788, fmt=NHWC, type=FP32, qnt_type=AFFINE, zp=53, scale=0.143593
rknn_run
loadLabelName
ssd - loadLabelName ./model/coco_labels_list.txt
loadBoxPriors
person @ (13 125 59 212) 0.984696
person @ (110 119 152 197) 0.969119
bicycle @ (171 165 278 234) 0.969119
person @ (206 113 256 216) 0.964519
car @ (146 133 216 170) 0.959264
person @ (49 133 58 156) 0.606060
person @ (83 134 92 158) 0.606060
person @ (96 135 106 162) 0.464163

这就体验完成了。接下来模型转换环境搭建。

3. RKNN模型转换

下载 rknn-toolkit2 ,
RKNN-Toolkit2 目前版本适用系统Ubuntu，建议使用Docker, 我装的是双系统, 切换起来难受。必须是
Ubuntu 18.04 python 3.6 / Ubuntu 20.04 python 3.8，只能选其一，只能选其一，只能选其一
装好系统后，安装需要的Python环境，以18.04为例

#Python3.6
cat doc/requirements_cp36-1.3.0.txt
numpy==1.16.6
onnx==1.7.0
onnxoptimizer==0.1.0
onnxruntime==1.6.0
tensorflow==1.14.0
tensorboard==1.14.0
protobuf==3.12.0
torch==1.6.0
torchvision==0.7.0
psutil==5.6.2
ruamel.yaml==0.15.81
scipy==1.2.1
tqdm==4.27.0
requests==2.21.0
opencv-python==4.4.0.46
PuLP==2.4
scikit_image==0.17.2
# if install bfloat16 failed, please install numpy manually first. "pip install numpy==1.16.6"
bfloat16==1.1
flatbuffers==1.12

建议使用 virtualenv 管理 Python 环境，因为系统中可能同时有多个版本的 Python 环境，以 Python3.6 为例

# 1）安装virtualenv 环境、Python3.6 和 pip3
sudo apt-get install virtualenv \
sudo apt-get install python3 python3-dev python3-pip
# 2）安装相关依赖
sudo apt-get install libxslt1-dev zlib1g zlib1g-dev libglib2.0-0 libsm6 \
libgl1-mesa-glx libprotobuf-dev gcc
# 3）使用 virtualenv 管理 Python 环境并安装 Python 依赖，Python3.6用requirements_cp36-1.3.0.txt
virtualenv -p /usr/bin/python3 venv
source venv/bin/activate
pip3 install -r doc/requirements_cp36-*.txt
# 4）安装 RKNN-Toolkit2，如rknn_toolkit2-1.3.0_11912b58-cp36-cp36m-linux_x86_64.whl
sudo pip3 install packages/rknn_toolkit2*cp36*.whl
# 5）检查RKNN-Toolkit2是否安装成功，可按ctrl+d组合键退出
(venv) firefly@T-chip:~/rknn-toolkit2$ python3
>>> from rknn.api import RKNN
>>>

我使用的是yolov5模型, 不使用rknn-toolkit2进行转换，yolo模型使用官方推荐的rknn_model_zoo ，使用 airockchip 修改后的 yolov5/ yolov7/ YOLOX 仓库进行模型训练，并导出对应的onnx，这样在输入输出时与Demo能保持一致。如下图所示，左边是支持的转换模型结构，右边是yolov5官方的，我们需要得到左边的这种，而不是右边的。除非你很了解模型结构，并能够正确处理输出结果。
使用 airockchip 修改后的 yolov5 模型训练, 人头数据集 ,权重也可以使用他提供的yolov5s_relu.pt。
导出onnx模型

导出模型时 python export.py --rknpu {rk_platform} 即可导出优化模型
(rk_platform支持 rk1808, rv1109, rv1126, rk3399pro, rk3566, rk3568, rk3588, rv1103, rv1106)

模型转换参考rknn_model_zoo/models/CV/object_detection/yolo/RKNN_model_convert
推理测试参考rknn_model_zoo/models/CV/object_detection/yolo/RKNN_python_demo

4. 安卓上使用RKNN模型

方式 1. 使用 rknn_yolov5_android_apk_demo , 图像输入时，数据的处理缺少对应的rga库，我这个板子底层驱动应该被联想改过,想让他们集成，说要加钱，没弄了。

方式 2. 使用RK356X NPU Demo 对比上面的Demo，图像的输入只用direct_texture处理的data，只需要修改一下后处理函数，参照rknn_yolo_demo ，可以看出并没有使用sigmoid处理。

static int process_i8(int8_t *input, int *anchor, int grid_h, int grid_w, int height,
           int width, int stride,
           std::vector<float> &boxes, std::vector<float> &boxScores, std::vector<int> &classId,
           float threshold, int32_t zp, float scale) {
    int validCount = 0;
    int grid_len = grid_h * grid_w;
    float thres = threshold;
    auto thres_i8 = qnt_f32_to_affine(thres, zp, scale);
    // puts("==================================");
    // printf("threash %f\n", thres);
    // printf("thres_i8 %u\n", thres_i8);
    // printf("scale %f\n", scale);
    // printf("zp %d\n", zp);
    // puts("==================================");

    //printf("it goes here: file %s, at line %d\n", __FILE__, __LINE__);
    for (int a = 0; a < 3; a++) {
        for (int i = 0; i < grid_h; i++) {

            for (int j = 0; j < grid_w; j++) {

                int8_t box_confidence = input[(YOLOV5_PROP_BOX_SIZE * a + 4) * grid_len +
                                              i * grid_w + j];
                //printf("The box confidence in i8: %d\n", box_confidence);
                if (box_confidence >= thres_i8) {
                    // printf("box_conf %u, thres_i8 %u\n", box_confidence, thres_i8);
                    int offset = (YOLOV5_PROP_BOX_SIZE * a) * grid_len + i * grid_w + j;
                    int8_t *in_ptr = input + offset;

                    int8_t maxClassProbs = in_ptr[5 * grid_len];
                    int maxClassId = 0;
                    for (int k = 1; k < YOLOV5_OBJ_CLASS_NUM; ++k) {
                        int8_t prob = in_ptr[(5 + k) * grid_len];
                        if (prob > maxClassProbs) {
                            maxClassId = k;
                            maxClassProbs = prob;
                        }
                    }

                    float box_conf_f32 = deqnt_affine_to_f32(box_confidence, zp, scale);
                    float class_prob_f32 = deqnt_affine_to_f32(maxClassProbs, zp, scale);
                    float limit_score = box_conf_f32 * class_prob_f32;
//                    LOGI("limit score: %f\n", limit_score);
                    if (limit_score > YOLOV5_CONF_THRESHOLD) {
                        float box_x, box_y, box_w, box_h;

                        box_x = deqnt_affine_to_f32(*in_ptr, zp, scale) * 2.0 - 0.5;
                        box_y = deqnt_affine_to_f32(in_ptr[grid_len], zp, scale) * 2.0 - 0.5;
                        box_w = deqnt_affine_to_f32(in_ptr[2 * grid_len], zp, scale) * 2.0;
                        box_h = deqnt_affine_to_f32(in_ptr[3 * grid_len], zp, scale) * 2.0;
                        box_w = box_w * box_w;
                        box_h = box_h * box_h;

                        box_x = (box_x + j) * (float) stride;
                        box_y = (box_y + i) * (float) stride;
                        box_w *= (float) anchor[a * 2];
                        box_h *= (float) anchor[a * 2 + 1];
                        box_x -= (box_w / 2.0);
                        box_y -= (box_h / 2.0);

                        boxes.push_back(box_x);
                        boxes.push_back(box_y);
                        boxes.push_back(box_w);
                        boxes.push_back(box_h);
                        boxScores.push_back(box_conf_f32 * class_prob_f32);
                        classId.push_back(maxClassId);
                        validCount++;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return validCount;
}

遇到的问题

rknn-toolkit2/examples/onnx/yolov5/ 使用这个转换,也是可以的，但是YOLO模型最好使用 rknn_model_zoo 进行转换，因为包含了训练-导出-转换-测试一系列套餐。
推理结果出现花屏问题，是sigmoid函数造成的，因为模型结果中没有sigmoid的处理，而你的测试方法用到了，可以查看上面的第8步的，去掉相关函数。
连扳进行模型转换时，需要启动rknn-server，具体操作参考rknpu2/rknn_server_proxy
尝试直接将摄像的数据，转成bitmap,转cv Mat，作为输入，但是没有效果，失败了。

总结

凡事都试一试。

其他的一些AI库。
TensorflowLite
腾讯TNN
小米Mace
阿里MNN
计算机视觉学习视频，极力推荐北京邮电大学鲁鹏讲的
计算机视觉与深度学习

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