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TensorFlow 演算子を選択する

注意: これは実験的な機能です。

TensorFlow Lite のビルトイン演算子ライブラリがサポートする TensorFlow 演算子は制限されているため、すべてのモデルが互換しているわけではありません。詳細は、演算子の互換性をご覧ください。

変換を可能するために、TensorFlow Lite モデルで特定の TensorFlow 演算子を使用できるようにします。ただし、TensorFlow 演算子を使って TensorFlow Lite モデルを実行するには、コア TensorFlow ランタイムをプルする必要があるため、TensorFlow Lite インタプリタのバイナリサイズが増大してしまいます。Android では、必要な TensorFlow 演算子のみを選択的に構築することで、このサイズの増大を回避できます。詳細については、バイナリサイズを縮小するをご覧ください。

このドキュメントでは、選択したプラットフォームで、TensorFlow 演算子を含む TensorFlow Lite モデルを変換および実行する方法を説明します。また、パフォーマンスとサイズメトリックおよび既知の制限についても記載しています。

モデルを変換する

次の例では、セレクト TensorFlow 演算子を使って TensorFLow Lite モデルを生成する方法を示します。

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)

推論を実行する

セレクト TensorFlow 演算子のサポートによって変換済みの TensorFlow Lite モデルを使用する場合、クライアントは、TensorFlow 演算子の必要なライブラリを含む TensorFlow Lite ランタイムも使用する必要があります。

Android AAR

バイナリサイズを縮小するには、次のセクションに示す方法で、独自のカスタム AAR ファイルを構築してください。バイナリサイズがそれほど大きいわけではない場合は、事前構築された、JCenter でホストされている TensorFlow 演算子を使用した AAR を使用することをお勧めします。

これは、次のように、build.gradle 依存関係に標準の TensorFlow Lite AAR とともに追加することで、指定できます。

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

依存関係を追加したら、グラフの TensorFlow 演算子を処理するために必要なデリゲートが、それを必要とするグラフに自動的にインストールされます。

注意: TensorFlow 演算子の依存関係は比較的に大きいため、abiFilters をセットアップして、.gradle ファイルの不要な x86 ABI を除外するとよいでしょう。

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

Android AAR を構築する

バイナリサイズを縮小するケースやより高度なケースでは、手動でライブラリを構築することもできます。稼働中の TensorFlow Lite ビルド環境がある場合、次のように、セレクト TensorFlow 演算子を使用して Android AAR を構築することができます。

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

上記のコードは、TensorFlow Lite のビルトインとカスタム演算子用に、AAR ファイル bazel-bin/tmp/tensorflow-lite.aar を生成します。稼働中のビルド環境がない場合は、Docker を使って上記のファイルを作成することも可能です。

生成したら、AAR ファイルを直接プロジェクトにインポートするか、カスタム AAR ファイルをローカルの Maven リポジトリに公開することが可能です。

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

最後に、アプリの build.gradle で、mavenLocal() 依存関係があることを確認し、標準の TensorFlow Lite 依存関係を、セレクト TensorFlow 演算子をサポートする依存関係に置き換えます。

allprojects {
    repositories {
        jcenter()
        mavenLocal()
    }
}

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

iOS

CocoaPods を使用する

構築済みのセレクト TF 演算子 CocoaPods をナイトリーで提供しており、TensorFlowLiteSwift または TensorFlowLiteObjC CocoaPods とともに利用することができます。

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

pod install を実行後、セレクト TF 演算子フレームワークをプロジェクトに強制読み込みできるように、追加のリンカーフラグを指定する必要があります。Xcode プロジェクトで、Build Settings -> Other Linker Flags に移動し、次を追加します。

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

すると、SELECT_TF_OPS で変換されたモデルを iOS アプリで実行できるようになります。たとえば、Image Classification iOS アプリを変更して、セレクト TF 演算子の機能をテストすることができます。

  • モデルファイルを SELECT_TF_OPS が有効化された状態で変換されたファイルと置き換えます。
  • 指示されたとおりに、TensorFlowLiteSelectTfOps 依存関係を Podfile に追加します。
  • 上記のように、リンカーフラグを追加します。
  • サンプルアプリを実行し、モデルが正しく機能するかどうかを確認します。

Bazel + Xcode を使用する

iOS 用のセレクト TensorFlow 演算子を使った TensorFlow Lite は Bazel を使って構築できます。まず、iOS の構築手順に従って、 Bazel ワークスペースと .bazelrc ファイルを正しく構成します。

iOS サポートを有効化したワークスペースを構成したら、次のコマンドを使用して、セレクト TF 演算子のアドオンフレームワークを構築します。これは、通常の TensorFlowLiteC.framework の上に追加されるフレームワークです。セレクト TF 演算子フレームワークは、i386 アーキテクチャには構築できまないため、i386 を除くターゲットアーキテクチャのｎリストを明示的に指定する必要があります。

bazel build -c opt --config=ios --ios_multi_cpus=armv7,arm64,x86_64 \
  //tensorflow/lite/experimental/ios:TensorFlowLiteSelectTfOps_framework

これにより、bazel-bin/tensorflow/lite/experimental/ios/ ディレクトリにフレームワークが生成されます。iOS 構築ガイドの Xcode プロジェクト設定セクションに説明された手順と同様の手順を実行し、この新しいフレームワークを Xcode プロジェクトに追加することができます。

フレームワークをアプリのプロジェクトに追加したら、セレクト TF 演算子フレームワークを強制読み込みできるように、追加のリンカーフラグをアプリのプロジェクトに指定する必要があります。Xcode プロジェクトで、Build Settings -> Other Linker Flags に移動し、次を追加します。

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

C++

bazel パイプラインを使用して TensorFlow Lite ライブラリを構築する際に、追加の TensorFlow 演算子ライブラリを含めて次のように有効化することができます。

  • 必要に応じて、--config=monolithic ビルドフラグを追加して、モノリシックビルドを有効化します。
  • 次のように、TensorFlow 演算子デリゲートライブラリの依存関係をビルド依存関係に追加します。 tensorflow/lite/delegates/flex:delegate

デリゲートがクライアントライブラリにリンクされている限り、必要な TfLiteDelegate は、ランタイム時にインタプリタを作成するときに自動的にインストールされます。通常ほかのデリゲートタイプでも必要とされるため、明示的にデリゲートインスタンスをインストールする必要はありません。

Python

セレクト TensorFlow 演算子を使用する TensorFlow Lite は、自動的に TensorFlow pip パッケージと合わせてインストールされます。TensorFlow Lite Interpreter pip パッケージのみをインストールするように選択することも可能です。

注意: セレクト TensorFlow 演算子を使った TensorFlow Lite は、Linux の場合はバージョン 2.3 以降、その他の環境の場合はバージョン 2.4 以降の TensorFlow pip パッケージで利用可能です。

メトリック

パフォーマンス

ビルトインとセレクトの両方の TensorFlow 演算子を使用する場合、すべての同一の TensorFlow Lite 最適化と最適化済みのビルトイン演算子を利用できるようになり、変換済みモデルで使用できます。

次のテーブルは、Pixel 2 の MobileNet で推論を実行するためにかかる平均時間を示します。リストされている時間は、100 回の実行の平均に基づきます。これらのターゲットは、フラグ --config=android_arm64 -c opt を使用して、Android 向けに構築されています。

ビルド 時間（ミリ秒）
ビルトイン演算子のみ（TFLITE_BUILTIN） 260.7
TF 演算子のみを使用（SELECT_TF_OPS） 264.5

バイナリサイズ

次のテーブルは、TensorFlow Lite の各ビルドのバイナリサイズを示します。これらのターゲットは --config=android_arm -c opt を使って Android 向けに構築されています。

ビルド C++ バイナリサイズ Android APK サイズ
ビルトイン演算子のみ 796 KB 561 KB
ビルトイン演算子 + TF 演算子 23.0 MB 8.0 MB
ビルトイン演算子 + TF 演算子（1） 4.1 MB 1.8 MB

（1）上記のライブラリは、8 個の TFLite ビルトイン演算子と 3 個の TensorFLow 演算子を使って、i3d-kinetics-400 モデル向けに選択的に構築されています。詳細については、TensorFlow Lite のバイナリサイズを縮小するセクションをご覧ください。

既知の制限

  • 特定の TensorFlow 演算子は、ストック TensorFlow で通常利用可能な全セットの入力型/出力型をサポートしていない場合があります。
  • サポートされていない演算: 制御フロー演算とHashTableV2 など、リソースから明示的な初期化が必要な演算は、まだサポートされていません。
  • サポートされていない最適化: ポストトレーニング量子化として知られる再帰化を適用する場合、量子化されるのは TensorFlow Lite 演算子のみであり、TensorFlow 演算は浮動小数点のまま（未最適化）になります。

今後の予定

次の項目は、現在取り組み中となっている、このパイプラインへの機能強化です。

  • パフォーマンスの改善 - TensorFlow 演算子を使った TensorFlow Lite が、NNPI や GPU デリゲートなどのハードウェアアクセラレーションによるデリゲートとうまく動作できるように作業が進められています。