Pelajari lebih lanjut pengumuman dari I/O Google AI Edge kami

Halaman ini diterjemahkan oleh Cloud Translation API.

Menambahkan metadata ke model TensorFlow Lite

Metadata TensorFlow Lite menyediakan standar untuk deskripsi model. Metadata adalah sumber pengetahuan yang penting tentang apa yang dilakukan model dan informasi input / outputnya. {i>Metadata<i} terdiri dari

bagian yang dapat dibaca manusia, yang menyampaikan praktik terbaik saat menggunakan model, dan
bagian yang dapat dibaca mesin dan dapat dimanfaatkan oleh generator kode, seperti generator kode Android TensorFlow Lite dan fitur ML Binding Android Studio.

Semua model gambar yang dipublikasikan di Model Kaggle telah diisi dengan metadata.

Model dengan format metadata

Gambar 1. Model TFLite dengan metadata dan file terkait.

Metadata model ditentukan dalam metadata_schema.fbs, file FlatBuffer. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, data ini disimpan di kolom metadata dari skema model TFLite, dengan namanya, "TFLITE_METADATA". Beberapa model mungkin dilengkapi dengan file terkait, seperti file label klasifikasi. File ini digabungkan ke akhir file model asli sebagai ZIP menggunakan mode"tambahkan" ZipFile (mode 'a'). Penerjemah TFLite dapat menggunakan format file baru dengan cara yang sama seperti sebelumnya. Lihat Memaketkan file terkait untuk mengetahui informasi selengkapnya.

Lihat petunjuk di bawah tentang cara mengisi, memvisualisasikan, dan membaca metadata.

Menyiapkan alat metadata

Sebelum menambahkan metadata ke model, Anda perlu menyiapkan lingkungan pemrograman Python untuk menjalankan TensorFlow. Panduan terperinci tentang cara menyiapkannya tersedia di sini.

Setelah menyiapkan lingkungan pemrograman Python, Anda perlu menginstal alat tambahan:

pip install tflite-support

Alat metadata TensorFlow Lite mendukung Python 3.

Menambahkan metadata menggunakan Flatbuffers Python API

Ada tiga bagian metadata model dalam skema:

Informasi model - Deskripsi keseluruhan model serta item seperti persyaratan lisensi. Lihat ModelMetadata.
1. Informasi input - Deskripsi input dan prapemrosesan yang diperlukan seperti normalisasi. Lihat SubGraphMetadata.input_tensor_metadata.
  1. Informasi output - Deskripsi output dan pascapemrosesan diperlukan seperti pemetaan ke label. Lihat SubGraphMetadata.output_tensor_metadata.

Karena TensorFlow Lite hanya mendukung subgrafik tunggal pada tahap ini, generator kode TensorFlow Lite dan fitur ML Binding Android Studio akan menggunakan ModelMetadata.name dan ModelMetadata.description, bukan SubGraphMetadata.name dan SubGraphMetadata.description, saat menampilkan metadata dan membuat kode.

Jenis Input / Output yang didukung

Metadata TensorFlow Lite untuk input dan output tidak dirancang dengan mempertimbangkan jenis model tertentu, melainkan jenis input dan output. Tidak masalah fungsi model, selama jenis input dan output terdiri dari hal berikut atau kombinasi dari hal berikut, hal tersebut didukung oleh metadata TensorFlow Lite:

Fitur - Angka yang merupakan bilangan bulat tanpa tanda tangan atau float32.
Gambar - Metadata saat ini mendukung gambar RGB dan hitam putih.
Kotak pembatas - Kotak pembatas bentuk persegi panjang. Skema ini mendukung berbagai skema penomoran.

Mengemas file terkait

Model TensorFlow Lite mungkin dilengkapi dengan file terkait yang berbeda. Misalnya, model bahasa alami biasanya memiliki file kosakata yang memetakan potongan kata ke ID kata; model klasifikasi mungkin memiliki file label yang menunjukkan kategori objek. Tanpa file terkait (jika ada), model tidak akan berfungsi dengan baik.

File terkait kini dapat digabungkan dengan model melalui library Python metadata. Model TensorFlow Lite baru menjadi file ZIP yang berisi model dan file terkait. File dapat dibongkar dengan alat zip umum. Format model baru ini tetap menggunakan ekstensi file yang sama, .tflite. Alat ini kompatibel dengan framework TFLite dan Penerjemah yang sudah ada. Lihat Memaketkan metadata dan file terkait ke dalam model untuk mengetahui detail selengkapnya.

Informasi file terkait dapat direkam dalam metadata. Bergantung pada jenis file dan tempat file dilampirkan (yaitu ModelMetadata, SubGraphMetadata, dan TensorMetadata), pembuat kode Android TensorFlow Lite dapat menerapkan pra/pasca-pemrosesan yang sesuai secara otomatis ke objek. Lihat bagian <Codegen usage> untuk setiap jenis file pengaitan dalam skema untuk mengetahui detail selengkapnya.

Parameter normalisasi dan kuantisasi

Normalisasi adalah teknik pra-pemrosesan data yang umum dalam {i>machine learning<i}. Tujuan normalisasi adalah untuk mengubah nilai ke skala yang sama, tanpa mendistorsi perbedaan dalam rentang nilai.

Kuantisasi model adalah teknik yang memungkinkan pengurangan representasi bobot yang presisi dan secara opsional, aktivasi untuk penyimpanan dan komputasi.

Terkait prapemrosesan dan pascapemrosesan, normalisasi dan kuantisasi adalah dua langkah independen. Berikut detailnya.

	Normalisasi	Kuantisasi
Contoh parameter value gambar input di MobileNet untuk model float dan quant.	Model mengambang: - rata-rata: 127,5 - std: 127,5 Model kuantitas: - rata-rata: 127,5 - std: 127,5	Model mengambang: - zeroPoint: 0 - skala: 1.0 Model kuantitas: - zeroPoint: 128.0 - scale:0.0078125f
Kapan harus memanggilnya?	Input: Jika data input dinormalkan dalam pelatihan, data input dari inferensi perlu dinormalkan sesuai dengan itu. Output: data output tidak akan dinormalisasi secara umum.	Model mengambang tidak memerlukan kuantisasi. Model terkuantisasi mungkin atau mungkin tidak memerlukan kuantisasi dalam pra/pasca-pemrosesan. Metode ini bergantung pada jenis data tensor input/output. - tensor float: tidak diperlukan kuantisasi dalam pemrosesan pra/pasca. Quant op dan dequant op dimasukkan ke dalam grafik model. - tensor int8/uint8: perlu kuantisasi dalam pra/sesudah pemrosesan.
Rumus	normalized_input = (input - mean) / std	Quantisasi untuk input: q = f / scale + zeroPoint Dequantisasi untuk output: f = (q - zeroPoint) * skala
Di mana parameternya	Diisi oleh pembuat model dan disimpan di metadata model, sebagai `NormalizationOptions`	Diisi secara otomatis oleh konverter TFLite, dan disimpan dalam file model tflite.
Bagaimana cara mendapatkan parameternya?	Melalui `MetadataExtractor` API [2]	Melalui TFLite `Tensor` API [1] atau melalui `MetadataExtractor` API [2]
Apakah model {i>float<i} dan {i>quant <i} memiliki nilai yang sama?	Ya, model float dan quant memiliki parameter Normalisasi yang sama	Tidak, model float tidak perlu kuantisasi.
Apakah generator Kode TFLite atau binding ML Android Studio otomatis menghasilkannya dalam pemrosesan data?	Ya	Ya

[1] TensorFlow Lite Java API dan TensorFlow Lite C++ API.
[2] Library ekstraktor metadata

Saat memproses data gambar untuk model uint8, normalisasi dan kuantisasi terkadang dilewati. Tidak masalah jika nilai piksel berada dalam rentang [0, 255]. Namun secara umum, Anda harus selalu memproses data sesuai dengan parameter normalisasi dan kuantisasi jika berlaku.

Contoh

Anda dapat menemukan contoh tentang cara mengisi metadata untuk berbagai jenis model di sini:

Klasifikasi gambar

Download skrip di sini, yang mengisi metadata ke mobilenet_v1_0.75_160_quantized.tflite. Jalankan skrip seperti ini:

python ./metadata_writer_for_image_classifier.py \
    --model_file=./model_without_metadata/mobilenet_v1_0.75_160_quantized.tflite \
    --label_file=./model_without_metadata/labels.txt \
    --export_directory=model_with_metadata

Untuk mengisi metadata bagi model klasifikasi gambar lainnya, tambahkan spesifikasi model seperti ini ke dalam skrip. Bagian selanjutnya dari panduan ini akan menyoroti beberapa bagian penting dalam contoh klasifikasi gambar untuk mengilustrasikan elemen utama.

Mempelajari lebih dalam contoh klasifikasi gambar

Informasi model

Metadata dimulai dengan membuat info model baru:

from tflite_support import flatbuffers
from tflite_support import metadata as _metadata
from tflite_support import metadata_schema_py_generated as _metadata_fb

""" ... """
"""Creates the metadata for an image classifier."""

# Creates model info.
model_meta = _metadata_fb.ModelMetadataT()
model_meta.name = "MobileNetV1 image classifier"
model_meta.description = ("Identify the most prominent object in the "
                          "image from a set of 1,001 categories such as "
                          "trees, animals, food, vehicles, person etc.")
model_meta.version = "v1"
model_meta.author = "TensorFlow"
model_meta.license = ("Apache License. Version 2.0 "
                      "http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0.")

Informasi input / output

Bagian ini menunjukkan cara mendeskripsikan tanda tangan input dan output model Anda. Metadata ini dapat digunakan oleh generator kode otomatis untuk membuat kode pra-pemrosesan dan pasca-pemrosesan. Untuk membuat informasi input atau output tentang tensor:

# Creates input info.
input_meta = _metadata_fb.TensorMetadataT()

# Creates output info.
output_meta = _metadata_fb.TensorMetadataT()

Input gambar

Gambar adalah jenis input umum untuk machine learning. Metadata TensorFlow Lite mendukung informasi seperti ruang warna dan informasi pra-pemrosesan seperti normalisasi. Dimensi gambar tidak memerlukan spesifikasi manual karena sudah disediakan oleh bentuk tensor input dan dapat disimpulkan secara otomatis.

input_meta.name = "image"
input_meta.description = (
    "Input image to be classified. The expected image is {0} x {1}, with "
    "three channels (red, blue, and green) per pixel. Each value in the "
    "tensor is a single byte between 0 and 255.".format(160, 160))
input_meta.content = _metadata_fb.ContentT()
input_meta.content.contentProperties = _metadata_fb.ImagePropertiesT()
input_meta.content.contentProperties.colorSpace = (
    _metadata_fb.ColorSpaceType.RGB)
input_meta.content.contentPropertiesType = (
    _metadata_fb.ContentProperties.ImageProperties)
input_normalization = _metadata_fb.ProcessUnitT()
input_normalization.optionsType = (
    _metadata_fb.ProcessUnitOptions.NormalizationOptions)
input_normalization.options = _metadata_fb.NormalizationOptionsT()
input_normalization.options.mean = [127.5]
input_normalization.options.std = [127.5]
input_meta.processUnits = [input_normalization]
input_stats = _metadata_fb.StatsT()
input_stats.max = [255]
input_stats.min = [0]
input_meta.stats = input_stats

Output label

Label dapat dipetakan ke tensor output melalui file terkait menggunakan TENSOR_AXIS_LABELS.

# Creates output info.
output_meta = _metadata_fb.TensorMetadataT()
output_meta.name = "probability"
output_meta.description = "Probabilities of the 1001 labels respectively."
output_meta.content = _metadata_fb.ContentT()
output_meta.content.content_properties = _metadata_fb.FeaturePropertiesT()
output_meta.content.contentPropertiesType = (
    _metadata_fb.ContentProperties.FeatureProperties)
output_stats = _metadata_fb.StatsT()
output_stats.max = [1.0]
output_stats.min = [0.0]
output_meta.stats = output_stats
label_file = _metadata_fb.AssociatedFileT()
label_file.name = os.path.basename("your_path_to_label_file")
label_file.description = "Labels for objects that the model can recognize."
label_file.type = _metadata_fb.AssociatedFileType.TENSOR_AXIS_LABELS
output_meta.associatedFiles = [label_file]

Membuat Flatbuffer metadata

Kode berikut menggabungkan informasi model dengan informasi input dan output:

# Creates subgraph info.
subgraph = _metadata_fb.SubGraphMetadataT()
subgraph.inputTensorMetadata = [input_meta]
subgraph.outputTensorMetadata = [output_meta]
model_meta.subgraphMetadata = [subgraph]

b = flatbuffers.Builder(0)
b.Finish(
    model_meta.Pack(b),
    _metadata.MetadataPopulator.METADATA_FILE_IDENTIFIER)
metadata_buf = b.Output()

Mengemas metadata dan file terkait ke dalam model

Setelah Flatbuffer metadata dibuat, metadata dan file label akan ditulis ke dalam file TFLite melalui metode populate:

populator = _metadata.MetadataPopulator.with_model_file(model_file)
populator.load_metadata_buffer(metadata_buf)
populator.load_associated_files(["your_path_to_label_file"])
populator.populate()

Anda dapat mengemas file terkait sebanyak yang diinginkan ke dalam model melalui load_associated_files. Namun, Anda harus mengemas setidaknya file tersebut yang didokumentasikan dalam metadata. Dalam contoh ini, pengemasan file label bersifat wajib.

Memvisualisasikan metadata

Anda dapat menggunakan Netron untuk memvisualisasikan metadata, atau membaca metadata dari model TensorFlow Lite ke dalam format json menggunakan MetadataDisplayer:

displayer = _metadata.MetadataDisplayer.with_model_file(export_model_path)
export_json_file = os.path.join(FLAGS.export_directory,
                                os.path.splitext(model_basename)[0] + ".json")
json_file = displayer.get_metadata_json()
# Optional: write out the metadata as a json file
with open(export_json_file, "w") as f:
  f.write(json_file)

Android Studio juga mendukung tampilan metadata melalui fitur ML Binding Android Studio.

Pembuatan versi metadata

Skema metadata dibuat berdasarkan nomor pembuatan versi Semantik, yang melacak perubahan file skema, dan menurut identifikasi file Flatbuffers, yang menunjukkan kompatibilitas versi yang sebenarnya.

Nomor pembuatan versi Semantik

Skema metadata dibuat versi berdasarkan Nomor pembuatan versi semantik, seperti MAJOR.MINOR.PATCH. Alat ini melacak perubahan skema sesuai dengan aturan di sini. Lihat histori kolom yang ditambahkan setelah versi 1.0.0.

Identifikasi file Flatbuffers

Pembuatan versi semantik menjamin kompatibilitas jika mengikuti aturan, tetapi tidak menyiratkan inkompatibilitas yang sebenarnya. Saat meningkatkan nomor MAJOR, bukan berarti kompatibilitas mundur tidak berfungsi. Oleh karena itu, kami menggunakan identifikasi file Flatbuffer, file_identifier, untuk menunjukkan kompatibilitas sebenarnya dari skema metadata. ID file memiliki persis 4 karakter. Atribut ini ditetapkan ke skema metadata tertentu dan tidak dapat diubah oleh pengguna. Jika kompatibilitas mundur skema metadata harus rusak karena alasan tertentu, file_ID akan meningkat, misalnya, dari “M001” menjadi “M002”. File_identifier diharapkan akan jauh lebih jarang diubah daripada metadata_version.

Versi parser metadata minimum yang diperlukan

Versi parser metadata minimum yang diperlukan adalah versi minimum parser metadata (kode yang dihasilkan Flatbuffer) yang dapat membaca Flatbuffer metadata secara penuh. Versi ini secara efektif adalah nomor versi terbesar di antara versi semua kolom yang diisi dan versi terkecil yang kompatibel yang ditunjukkan oleh ID file. Versi parser metadata minimum yang diperlukan akan otomatis diisi oleh MetadataPopulator saat metadata diisi ke dalam model TFLite. Lihat pengekstrak metadata untuk informasi selengkapnya tentang cara penggunaan versi parser metadata minimum yang diperlukan.

Membaca metadata dari model

Library Metadata Extractor adalah alat yang mudah digunakan untuk membaca metadata dan file terkait dari suatu model di berbagai platform (lihat versi Java dan versi C++). Anda dapat membuat alat ekstraktor metadata Anda sendiri dalam bahasa lain menggunakan library Flatbuffers.

Membaca metadata di Java

Untuk menggunakan library Ekstraktor Metadata di aplikasi Android Anda, sebaiknya gunakan AAR Metadata TensorFlow Lite yang dihosting di MavenCentral. Paket ini berisi class MetadataExtractor, serta binding Java FlatBuffers untuk skema metadata dan skema model.

Anda dapat menentukannya dalam dependensi build.gradle sebagai berikut:

dependencies {
    implementation 'org.tensorflow:tensorflow-lite-metadata:0.1.0'
}

Untuk menggunakan snapshot setiap malam, pastikan Anda telah menambahkan repositori snapshot Sonatype.

Anda dapat melakukan inisialisasi objek MetadataExtractor dengan ByteBuffer yang mengarah ke model:

public MetadataExtractor(ByteBuffer buffer);

ByteBuffer tidak boleh berubah selama masa aktif objek MetadataExtractor. Inisialisasi mungkin gagal jika ID file Flatbuffers pada metadata model tidak cocok dengan parser metadata. Lihat pembuatan versi metadata untuk informasi selengkapnya.

Dengan ID file yang cocok, ekstraktor metadata akan berhasil membaca metadata yang dihasilkan dari semua skema sebelumnya dan mendatang karena mekanisme kompatibilitas maju dan mundur Flatbuffers. Namun, kolom dari skema mendatang tidak dapat diekstrak oleh ekstraktor metadata lama. Versi parser minimum yang diperlukan metadata menunjukkan versi minimum parser metadata yang dapat membaca Flatbuffer metadata secara penuh. Anda dapat menggunakan metode berikut untuk memverifikasi apakah kondisi versi parser minimum yang diperlukan telah terpenuhi:

public final boolean isMinimumParserVersionSatisfied();

Meneruskan model tanpa metadata diizinkan. Namun, memanggil metode yang membaca dari metadata akan menyebabkan error runtime. Anda dapat memeriksa apakah model memiliki metadata dengan memanggil metode hasMetadata:

public boolean hasMetadata();

MetadataExtractor menyediakan fungsi yang mudah digunakan untuk mendapatkan metadata tensor input/output. Misalnya,

public int getInputTensorCount();
public TensorMetadata getInputTensorMetadata(int inputIndex);
public QuantizationParams getInputTensorQuantizationParams(int inputIndex);
public int[] getInputTensorShape(int inputIndex);
public int getoutputTensorCount();
public TensorMetadata getoutputTensorMetadata(int inputIndex);
public QuantizationParams getoutputTensorQuantizationParams(int inputIndex);
public int[] getoutputTensorShape(int inputIndex);

Meskipun skema model TensorFlow Lite mendukung beberapa subgrafik, Penerjemah TFLite saat ini hanya mendukung subgrafik tunggal. Oleh karena itu, MetadataExtractor menghilangkan indeks subgrafik sebagai argumen input dalam metodenya.

Membaca file terkait dari model

Model TensorFlow Lite dengan metadata dan file terkait pada dasarnya adalah file zip yang dapat diekstrak dengan alat zip umum untuk mendapatkan file terkait. Misalnya, Anda dapat mengekstrak mobilenet_v1_0.75_160_quantized dan mengekstrak file label dalam model sebagai berikut:

$ unzip mobilenet_v1_0.75_160_quantized_1_metadata_1.tflite
Archive:  mobilenet_v1_0.75_160_quantized_1_metadata_1.tflite
 extracting: labels.txt

Anda juga dapat membaca file terkait melalui library Metadata Extractor.

Di Java, teruskan nama file ke dalam metode MetadataExtractor.getAssociatedFile:

public InputStream getAssociatedFile(String fileName);

Demikian pula, di C++, hal ini dapat dilakukan dengan metode, ModelMetadataExtractor::GetAssociatedFile:

tflite::support::StatusOr<absl::string_view> GetAssociatedFile(
      const std::string& filename) const;