仅需一步将人脸检测算法从30FPS提升到120FPS

算法加速瓶颈
可行性验证
模型手术
推理速度及实验结果
下一步计划

算法加速瓶颈

目前，各种卷积神经网络算法在Tensorrt的加速下，inference时间已大幅度的缩短，但后处理部分依然需要在CPU端进行，特别是用于剔除冗余检测框的NMS计算，后处理的耗时往往是inference部分的10倍甚至更多。为了加快算法的整体运算速度，尝试将后处理操作同样迁移至GPU处理。在加速算法的同时，这样做还有一个额外的好处，如果需要在设备上部署系统（算法只是其中一部分），CPU使用率及内存占用的降低可以使系统运行的更流畅。

可行性验证

Nv的官方博客Creating an Object Detection Pipeline for GPUs介绍了如何使用C++完成RetinaNet的训练与加速，其中包含了DALI(GPU端图像预处理)、Automatic Mixed Precision on Tensor Cores(混合精度训练)、TensorRT加速与添加NMS_TRT插件等。
上述方式只支持c++，官方论坛python添加nms插件中的回答，验证了使用python在ONNX模型添加NMS插件的可能性。

得益于python的便捷性，选择技术路线2对ONNX模型进行修改。完成.trt引擎构建后，考虑到c++与python的运算速度差异，使用C++编写引擎部署代码。由于推理以及后处理操作已经被包含至trt引擎中，GPU的计算结果即所需的算法输出，这使得引擎部署代码十分简单。
TensorRT完美的Python、C++接口支持，使得Python修改模型，C++部署引擎这一检测流程最大化的提升了效率，充分利用设备资源。

模型手术

感谢ShiqiYu大佬开源的人脸检测代码并提供源码及ONNX文件。再此基础上，本实验使用onnx graphsurgeon对原始onnx模型进行修改并添加NMS插件以使得inference以及后处理部分在GPU端被计算。完整的技术路线可以被分为模型手术、引擎构建、算法部署三个部分。

模型手术

确定ShiqiYu大佬所提供模型的opset版本后，依据后处理代码并查看onnx支持的op对ONNX模型的计算图进行修改，即使用onnx graphsurgeon添加相应的节点以及NMS插件等。完成模型手术后，使用Netron可视化网络结构，关键结构图如下图所示：

引擎构建
构建的.trt引擎视部署设备的不同而不同，不能将不同设备的引擎文件迁移至其他设备使用。本实验所使用的Jetson NX已经默认安装了TensorRT，可以使用trtexec完成引擎的构建，有几个经常使用的参数：
1. --explicitBatch 在构建引擎时使用明确的batchsize
2. --workspace 以兆字节为单位设置工作区大小，根据模型大小及设备资源设置
3. --fp16 使用FP16精度以提升推理速度
4. --best 自动选择性能最好的精度(FP32，FP16，int8)以提升性能，有坑需谨慎
5. --verbose 引擎转换过程中输出详细的log，不知道报错原因时特别好用！
6. --batch= 如果硬件支持的话，batchsize为32的倍数对于FP16和INT8推断往往具有最佳性能，因为可以使用Tensor Core。
算法部署

该步骤需要注意的是：由于使用了trt插件，读取引擎前需要提前导入，避免找不到插件而报错。
```
trt.init_libnvinfer_plugins(TRT_LOGGER, '')
```

推理速度及实验结果

实验1：Jetson NX启用15W-6Core模式并开启 jetson_clocks

model	FP	H(0.75*W)	W	inference_time	total_time	备注	描述
YuFaceDetectNet_320	32	240	320	15.1ms	30.0ms	opencv_dnn	GPU使用率低
YuFaceDetectNet_320	32	240	320	15.0ms	29.5ms	opencv_dnn	onnx-simplifier精简网络结构
YuFaceDetectNet_320-trt	32	240	320	3.4ms	14.6ms	python	仅推理部分使用trt加速

注：-trt 表示 onnx-slim2tensorrt

实验2：YuFaceDetectNet_320算法的推理及后处理（包含NMS）全部在GPU端进行。

平台	FP	H(0.75*W)	W	inference_time	total_time
Jetson NX	FP32	240	320	3.5ms	8.2ms
Jetson Nano	FP32	240	320		9.8ms

注：total_time包含了图像预处理及绘制detections到原图的过程

下一步计划

YOLOv3，YOLOv5的模型转换在路上，未来会逐步分享模型加速实验