Optimized Convolutional Neural Network at the IoT edge for image detection using pruning and quantization

计算机科学 卷积神经网络 量化(信号处理) 修剪 人工智能 物联网 GSM演进的增强数据速率 图像(数学) 模式识别(心理学) 人工神经网络 机器学习 计算机视觉 嵌入式系统 农学 生物
作者
Soumyalatha Naveen,Manjunath R Kounte
出处
期刊:Multimedia Tools and Applications [Springer Science+Business Media]
卷期号:84 (9): 5435-5455 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s11042-024-20523-1
摘要

Abstract Most real-time computer vision applications heavily rely on Convolutional Neural Network (CNN) based models, for image classification and recognition. Due to the computationally and memory-intensive nature of the CNN model, it’s challenging to deploy on resource-constrained Internet of Things (IoT) devices to enable Edge intelligence for real-time decision-making. Edge intelligence requires minimum inference latency, memory footprint, and energy-efficient model. This work aims to develop an energy-efficient deep learning accelerator using a 3-stage pipeline: Training, Weight-pruning, and Quantization to reduce the model size and optimize the resources. First, we employ YOLOv3, a CNN architecture to detect objects in an image on the trained data. In addition, a sparse network of YOLO has been created by using pruning, which helps to improve the network’s performance and efficiency by reducing the computational requirements. Finally, we utilize 8-bit quantization to reduce the precision of the weights and activations, in a neural network. The evaluation of our proposed model shows that combining pruning and 8-bit quantization improves the efficiency and performance of the model. While pruning shows a decline of 80.39% in model parameters. The combination of 8-bit quantization results in an improvement in inference latency by 22.72% compared to existing SQuantization approach and a reduction of energy consumption by 29.41%.
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