實(shí)用深度學(xué)習(xí)AI在汽車(chē)中的應(yīng)用

作者：德州儀器Joe Folkens

在未來(lái)的某個(gè)時(shí)候，人們必定能夠相對(duì)自如地運(yùn)用人工智能，安全地駕車(chē)出行。這個(gè)時(shí)刻何時(shí)到來(lái)我無(wú)法預(yù)見(jiàn)；但我相信，彼時(shí)“智能”會(huì)顯現(xiàn)出更“切實(shí)”的意義。

與此同時(shí)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法，人工智能的實(shí)際應(yīng)用能夠在汽車(chē)安全系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)步中發(fā)揮重要的作用。而這些系統(tǒng)遠(yuǎn)不止僅供典型消費(fèi)者群體掌握和使用。

深度學(xué)習(xí)這一概念在幾十年前就已提出，但如今它與特定的應(yīng)用程序、技術(shù)以及通用計(jì)算平臺(tái)上的可用性能更密切相關(guān)。深度學(xué)習(xí)的“深度”層面源于輸入層和輸出層之間實(shí)現(xiàn)的隱含層數(shù)目，隱含層利用數(shù)學(xué)方法處理（篩選/卷積）各層之間的數(shù)據(jù)，從而得出最終結(jié)果。在視覺(jué)系統(tǒng)中，深度（vs.寬度）網(wǎng)絡(luò)傾向于利用已識(shí)別的特征，通過(guò)構(gòu)建更深的網(wǎng)絡(luò)最終來(lái)實(shí)現(xiàn)更通用的識(shí)別。這些多層的優(yōu)點(diǎn)是各種抽象層次的學(xué)習(xí)特征。

例如，若訓(xùn)練深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行分類(lèi)，則第一層學(xué)習(xí)識(shí)別邊緣等最基本的東西。下一層學(xué)習(xí)識(shí)別成形的邊緣的集合。后續(xù)圖層學(xué)習(xí)識(shí)別諸如眼或鼻這樣的形狀的集合，而最后一層將學(xué)習(xí)甚至更高階（如面部）的特征。多層更擅長(zhǎng)進(jìn)行歸納，因?yàn)樗鼈兛梢詫W(xué)習(xí)原始數(shù)據(jù)和高級(jí)分類(lèi)之間的所有中間特征。如圖1所示，這種跨越多層的歸納對(duì)于最終用例是有利的，如對(duì)交通標(biāo)志進(jìn)行分類(lèi)，或者盡管存在墨鏡、帽子和/或其他類(lèi)型的障礙物，也可能識(shí)別特定面部。

圖1：簡(jiǎn)易交通標(biāo)志示例

深度學(xué)習(xí)的“學(xué)習(xí)”層面源于對(duì)分層網(wǎng)絡(luò)如何在給定大量已知輸入及其期望輸出的情況下產(chǎn)生更準(zhǔn)確結(jié)果（圖2）所需的訓(xùn)練（反向傳播）的迭代。這種學(xué)習(xí)減少了那些迭代產(chǎn)生的錯(cuò)誤，并最終獲得分層函數(shù)的結(jié)果，以滿足整體系統(tǒng)需求，并為目標(biāo)應(yīng)用程序提供極其穩(wěn)健的解決方案。這種學(xué)習(xí)/分層/互連類(lèi)型類(lèi)似于生物神經(jīng)系統(tǒng)，因此支持人工智能的概念。

圖2：簡(jiǎn)易反向傳播示例

盡管深度學(xué)習(xí)具有效力，但其在實(shí)際應(yīng)用中也遇到了一些挑戰(zhàn)。對(duì)于容易受到系統(tǒng)限制因素（如總體成本、功耗和擴(kuò)展計(jì)算能力）影響的嵌入式應(yīng)用程序而言，在設(shè)計(jì)支持深度學(xué)習(xí)功能的系統(tǒng)時(shí)必須考慮這些限制因素。開(kāi)發(fā)人員可以使用前端工具，如Caffe（最初由加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)的深度學(xué)習(xí)框架）或TensorFlow（谷歌的發(fā)明）來(lái)開(kāi)發(fā)總網(wǎng)絡(luò)、層和相應(yīng)的功能，以及目標(biāo)最終結(jié)果的培訓(xùn)和驗(yàn)證。完成此操作后，針對(duì)嵌入式處理器的工具可將前端工具的輸出轉(zhuǎn)換為可在該嵌入式器件上或該嵌入式器件中執(zhí)行的軟件。

TI深度學(xué)習(xí)（TIDL）框架（圖3）支持在TI TDAx汽車(chē)處理器上運(yùn)行的深度學(xué)習(xí)/基于CNN的應(yīng)用程序，以在高效的嵌入式平臺(tái)上提供極具吸引力的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能。

TIDL框架為軟件可擴(kuò)展性提供快速嵌入式開(kāi)發(fā)和平臺(tái)抽象；在TI硬件上實(shí)現(xiàn)用于加速CNN的高度優(yōu)化的內(nèi)核，以及支持從開(kāi)放框架（如Caffe和TensorFlow）到使用TIDL應(yīng)用程序編程界面的嵌入式框架進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器。

有關(guān)此解決方案的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)閱讀白皮書(shū)“TIDL：嵌入式低功耗深度學(xué)習(xí)，” 并查看其它資源中的視頻。

審核編輯：何安