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精选 TensorFlow 算子

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由于 TensorFlow Lite 内置算子库仅支持有限数量的 TensorFlow 算子,所以并非所有模型都可以转换。有关详细信息,请参阅算子兼容性

为了允许进行转换,用户可以在 TensorFlow Lite 模型中启用特定 TensorFlow 算子的使用。但是,运行带 TensorFlow 算子的 TensorFlow Lite 模型需要引入核心 TensorFlow 运行时,这会增加 TensorFlow Lite 解释器的二进制文件大小。对于 Android,您可以通过有选择地仅构建所需 Tensorflow 算子来避免这种情况。有关详情,请参阅缩减二进制文件大小

本文档概述了如何在您选择的平台上转换运行包含 TensorFlow 算子的 TensorFlow Lite 模型。此外,它还探讨了性能和大小指标以及已知的限制

转换模型

以下示例显示了如何使用精选 TensorFlow 算子生成 TensorFlow Lite 模型。

import tensorflow as tf

converter = tf.lite.TFLiteConverter.from_saved_model(saved_model_dir)
converter.target_spec.supported_ops = [
  tf.lite.OpsSet.TFLITE_BUILTINS, # enable TensorFlow Lite ops.
  tf.lite.OpsSet.SELECT_TF_OPS # enable TensorFlow ops.
]
tflite_model = converter.convert()
open("converted_model.tflite", "wb").write(tflite_model)

运行推断

使用已转换并支持精选 TensorFlow 算子的 TensorFlow Lite 模型时,客户端还必须使用包含必要的 TensorFlow 算子库的 TensorFlow Lite 运行时。

Android AAR

要缩减二进制文件的大小,请按照下一部分中的指导构建您自己的自定义 AAR 文件。如果二进制文件大小不是特别大的问题,我们建议使用预构建的 AAR,其中 TensorFlow 算子托管在 MavenCentral 中

您可以在 build.gradle 依赖项中进行指定,方法是将其与标准 TensorFlow Lite AAR 一起添加,如下所示:

dependencies {
    implementation 'org.tensorflow:tensorflow-lite:0.0.0-nightly-SNAPSHOT'
    // This dependency adds the necessary TF op support.
    implementation 'org.tensorflow:tensorflow-lite-select-tf-ops:0.0.0-nightly-SNAPSHOT'
}

要使用 Nightly 快照,请确保您已添加 Sonatype 快照存储库

在添加依赖项后,用于处理计算图的 TensorFlow 算子的所需委托应对需要它们的计算图自动安装。

:TensorFlow 算子依赖项相对较大,因此,您可能需要通过设置 abiFilters.gradle 文件中滤除不必要的 x86 ABI。

android {
    defaultConfig {
        ndk {
            abiFilters 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a'
        }
    }
}

构建 Android AAR

为了缩减二进制文件大小或其他高级情况,您也可以手动构建库。假设 TensorFlow Lite 构建环境正常运行,请使用以下 TensorFlow 算子构建 Android AAR:

sh tensorflow/lite/tools/build_aar.sh \
  --input_models=/a/b/model_one.tflite,/c/d/model_two.tflite \
  --target_archs=x86,x86_64,arm64-v8a,armeabi-v7a

这将为 TensorFlow Lite 内置算子和自定义算子生成 AAR 文件 bazel-bin/tmp/tensorflow-lite.aar;并为 TensorFlow 算子生成 AAR 文件 bazel-bin/tmp/tensorflow-lite-select-tf-ops.aar。如果没有正在运行的构建环境,您也可以使用 Docker 构建上述文件

在 Docker 中,您可以将 AAR 文件直接导入项目,或者将自定义 AAR 文件发布到您的本地 Maven 仓库:

mvn install:install-file \
  -Dfile=bazel-bin/tmp/tensorflow-lite.aar \
  -DgroupId=org.tensorflow \
  -DartifactId=tensorflow-lite -Dversion=0.1.100 -Dpackaging=aar
mvn install:install-file \
  -Dfile=bazel-bin/tmp/tensorflow-lite-select-tf-ops.aar \
  -DgroupId=org.tensorflow \
  -DartifactId=tensorflow-lite-select-tf-ops -Dversion=0.1.100 -Dpackaging=aar

最后,请确保在应用的 build.gradle 中添加了 mavenLocal() 依赖项,并将标准 TensorFlow Lite 依赖项替换为支持精选 TensorFlow 算子的依赖项:

allprojects {
    repositories {
        mavenCentral()
        maven {  // Only for snapshot artifacts
            name 'ossrh-snapshot'
            url 'https://oss.sonatype.org/content/repositories/snapshots'
        }
        mavenLocal()
    }
}

dependencies {
    implementation 'org.tensorflow:tensorflow-lite:0.1.100'
    implementation 'org.tensorflow:tensorflow-lite-select-tf-ops:0.1.100'
}

iOS

使用 CocoaPods

TensorFlow Lite 提供适用于 arm64 的 Nightly 预构建精选 TF 算子 CocoaPods,您可以将其与 TensorFlowLiteSwiftTensorFlowLiteObjC CocoaPods 一起使用。

:如果需要在 x86_64 模拟器中使用精选 TF 算子,则可以自己构建精选算子框架。请参阅使用 Bazel + Xcode 部分了解详细信息。

# In your Podfile target:
  pod 'TensorFlowLiteSwift'   # or 'TensorFlowLiteObjC'
  pod 'TensorFlowLiteSelectTfOps', '~> 0.0.1-nightly'

运行 pod install 后,您需要提供一个附加的链接器标志,以将精选 TF 算子框架强制加载到您的项目中。在您的 Xcode 项目中,转到 Build Settings -> Other Linker Flags,然后添加:

-force_load $(SRCROOT)/Pods/TensorFlowLiteSelectTfOps/Frameworks/TensorFlowLiteSelectTfOps.framework/TensorFlowLiteSelectTfOps

然后,您应该能够在您的 iOS 应用中运行任何使用 SELECT_TF_OPS 转换的模型。例如,您可以修改图像分类 iOS 应用来测试精选 TF 算子功能。

  • 将模型文件替换为已启用 SELECT_TF_OPS 的模型文件。
  • 按照说明将 TensorFlowLiteSelectTfOps 依赖项添加到 Podfile 中。
  • 按照上述方法添加附加的链接器标志。
  • 运行示例应用,然后查看模型是否正常工作。

使用 Bazel + Xcode

可以使用 Bazel 构建带有适用于 iOS 的精选 TensorFlow 算子的 TensorFlow Lite。首先,按照 iOS 构建说明正确配置您的 Bazel 工作区和 .bazelrc 文件。

在启用 iOS 支持的情况下配置工作区后,您可以使用以下命令构建精选 TF 算子加载项框架,该框架可以添加到常规的 TensorFlowLiteC.framework 之上。请注意,不能为 i386 架构构建精选 TF 算子框架,因此您需要显式提供除 i386 之外的目标架构列表。

bazel build -c opt --config=ios --ios_multi_cpus=arm64,x86_64 \
  //tensorflow/lite/ios:TensorFlowLiteSelectTfOps_framework

这将在 bazel-bin/tensorflow/lite/ios/ 目录下生成框架。您可以按照 iOS 构建指南的 Xcode 项目设置部分中所述的类似步骤,将此新框架添加到您的 Xcode 项目中。

将框架添加到您的应用项目后,应在您的应用项目中指定一个附加的链接器标志,以强制加载精选 TF 算子框架。在您的 Xcode 项目中,转到 Build Settings -> Other Linker Flags,然后添加:

-force_load <path/to/your/TensorFlowLiteSelectTfOps.framework/TensorFlowLiteSelectTfOps>

C/C++

如果您使用 Bazel 或 CMake 构建 TensorFlow Lite 解释器,则可以通过链接 TensorFlow Lite Flex 委托共享库来启用 Flex 委托。您可以使用 Bazel 构建它,命令如下。

bazel build -c opt --config=monolithic tensorflow/lite/delegates/flex:tensorflowlite_flex

此命令会在 bazel-bin/tensorflow/lite/delegates/flex 中生成以下共享库。

平台 库名称
Linux libtensorflowlite_flex.so
macOS libtensorflowlite_flex.dylib
Windows tensorflowlite_flex.dll

请注意,只要链接了共享库,在运行时创建解释器时,就会自动安装必要的 TfLiteDelegate。不需要像其他委托类型通常要求的那样显式安装委托实例。

:此功能从 2.7 版本开始提供。

Python

包含精选 TensorFlow 算子的 TensorFlow Lite 将自动与 TensorFlow pip 软件包一起安装。此外,您也可以选择仅安装 TensorFlow Lite Interpreter pip 软件包

注:在自 2.3(适用于 Linux)和 2.4(适用于其他环境)起的 TensorFlow pip 软件包版本中,可以使用包含精选 TensorFlow 算子的 TensorFlow Lite。

各种指标

性能

混合使用内置和精选 TensorFlow 算子时,所有相同的 TensorFlow Lite 优化和优化后的内置算子都将可用并可与转换后的模型一起使用。

下表给出了在 Pixel 2 的 MobileNet 上运行推断所需的平均时间。列出的时间是运行 100 次的平均值。这些目标是使用以下标志为 Android 构建的:--config=android_arm64 -c opt

构建 时间(毫秒)
仅内置算子 (TFLITE_BUILTIN) 260.7
仅使用 TF 算子 (SELECT_TF_OPS) 264.5

二进制文件大小

下表给出了每个构建的 TensorFlow Lite 的二进制文件大小。这些目标是使用 --config=android_arm -c opt 为 Android 构建的。

构建 C++ 二进制文件大小 Android APK 大小
仅内置算子 796 KB 561 KB
内置算子 + TF 算子 23.0 MB 8.0 MB
内置算子 + TF 算子 (1) 4.1 MB 1.8 MB

(1) 这些库是为包含 8 个 TFLite 内置算子和 3 个 TensorFlow 算子的 i3d-kinetics-400 模型选择性构建的。有关详情,请参阅缩减 TensorFlow Lite 二进制文件大小部分。

已知限制

  • 不支持的类型:某些 TensorFlow 算子可能不支持 TensorFlow 中通常可用的全套输入​​/输出类型。

更新

  • 版本 2.6
    • 改进了对基于 GraphDef 特性的算子和 HashTable 资源初始化的支持。
  • 版本 2.5
  • 版本 2.4
    • 改进了与硬件加速委托的兼容性