paddle ocr模型量化实践

参考：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/blob/main/deploy/slim/quantization/README.md

https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/blob/release/2.7.1/doc/doc_ch/FAQ.md

蒸馏 剪枝 量化

参考：https://blog.csdn.net/mddCSDN/article/details/134644869
https://blog.csdn.net/mddCSDN/article/details/134644869
https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR

CML知识蒸馏策略
知识蒸馏的方法在部署中非常常用，通过使用大模型指导小模型学习的方式，在通常情况下可以使得小模型 在预测耗时不变的情况下，精度得到进一步的提升，从而进一步提升实际部署的体验。 标准的蒸馏方法是通过一个大模型作为 Teacher 模型来指导 Student 模型提升效果，而后来又发展出 DML 互 学习蒸馏方法，即通过两个结构相同的模型互相学习，相比于前者，DML 脱离了对大的 Teacher 模型的依赖， 蒸馏训练的流程更加简单，模型产出效率也要更高一些。 PP-OCRv2 文字检测模型中使用的是三个模型之间的 CML (Collaborative Mutual Learning) 协同互蒸馏方法，既 包含两个相同结构的 Student 模型之间互学习，同时还引入了较大模型结构的 Teacher 模型。

量化

复杂的模型有利于提高模型的性能，但也导致模型中存在一定冗余，模型量化将全精度缩减到定点数减少这种冗余，达到减少模型计算复杂度，提高模型推理性能的目的。 模型量化可以在基本不损失模型的精度的情况下，将FP32精度的模型参数转换为Int8精度，减小模型参数大小并加速计算，使用量化后的模型在移动端等部署时更具备速度优势。

模型量化主要包括五个步骤：

安装 https://github.com/PaddlePaddle/PaddleSlim

pip3 install paddleslim==2.3.2
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1.准备训练好的模型
2.量化训练
3.导出量化推理模型
4.量化模型预测部署

1. 模型列表：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/blob/main/doc/doc_ch/models_list.md
   可以下载预训练模型

  python deploy/slim/quantization/quant.py -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml -o Global.pretrained_model='./ch_PP-OCRv3_det_distill_train/best_accuracy'   Global.save_model_dir=./output/quant_model_distill_det/
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报错：

Traceback (most recent call last):
  File "/data1/Projects/OCR_Online/PaddleOCR/deploy/slim/quantization/quant.py", line 42, in <module>
    from paddleslim.dygraph.quant import QAT
  File "/data1/miniconda/envs/OCR/lib/python3.9/site-packages/paddleslim/__init__.py", line 20, in <module>
    from paddleslim import quant
  File "/data1/miniconda/envs/OCR/lib/python3.9/site-packages/paddleslim/quant/__init__.py", line 42, in <module>
    from . import nn
  File "/data1/miniconda/envs/OCR/lib/python3.9/site-packages/paddleslim/quant/nn/__init__.py", line 15, in <module>
    from .conv_bn import QuantedConv2DBatchNorm, Conv2DBatchNormWrapper
  File "/data1/miniconda/envs/OCR/lib/python3.9/site-packages/paddleslim/quant/nn/conv_bn.py", line 21, in <module>
    from paddle.nn.quant.format import ConvertibleQuantedLayer
ModuleNotFoundError: No module named 'paddle.nn.quant.format'
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2.4.2版本中还未支持paddle.nn.quant.format，建议升级到2.5或者 develop

2.命令：
识别模型：

python deploy/slim/quantization/quant.py -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml -o Global.pretrained_model='./ch_PP-OCRv3_det_distill_train/best_accuracy'   Global.save_model_dir=./output/quant_model_distill_det/
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FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: ‘./train_data/icdar2015/text_localization/train_icdar2015_label.txt’
下载数据集：https://gitee.com/paddlepaddle/PaddleOCR/blob/release/2.4/doc/doc_ch/detection.md

检测模型量化类似：

 python deploy/slim/quantization/quant.py -c configs/rec/PP-OCRv4/ch_PP-OCRv4_rec.yml -o Global.pretrained_model='./ch_PP-OCRv3_rec_slim_train/best_accuracy'   Global.save_model_dir=./output/quant_model_distill_rec/
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3.导出模型

在得到量化训练保存的模型后，我们可以将其导出为inference_model，用于预测部署：

python deploy/slim/quantization/export_model.py -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml -o Global.checkpoints=output/quant_model_distill/best_accuracy Global.save_inference_dir=./output/quant_inference_model
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为了方便，只训练了10轮
4.预测数据：

下载量化好的模型

python tools/infer/predict_system.py  --image_dir="./doc/demo/build.png" --rec_model_dir="/root/.paddleocr/whl/rec/ch/ch_PP-OCRv3_rec_infer" --det_model_dir="output/ch_PP-OCRv3_det_slim_infer"
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使用自己的模型

python tools/infer/predict_system.py  --image_dir="./doc/demo/build.png" --rec_model_dir="./output/quant_inference_model/Teacher" --det_model_dir="/root/.paddleocr/whl/det/ch/ch_PP-OCRv3_det_infer"
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报错：

ValueError: (InvalidArgument) input and filter data type should be consistent, but received input data type is float and filter type is int8_t
  [Hint: Expected input_data_type == filter_data_type, but received input_data_type:5 != filter_data_type:21.] (at ../paddle/fluid/operators/generator/get_expected_kernel_func.cc:431)
  [operator < conv2d > error]
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模型精度是float32,大小是int8,不匹配。

转换为移动端nb类型

paddle_lite_opt  --model_dir="./output/quant_model_distill"  --optimize_out= "./output/quant_model_distill_opt" --enable_fp16= true   --quant_model= true   --quant_type= QUANT_INT8 
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https://www.paddlepaddle.org.cn/lite/develop/api_reference/python_api_doc.html

from PIL import Image
from paddlelite.lite import *
import numpy as np
# 1. Set config information
config = MobileConfig()
# 2. Set the path to the model generated by opt tools
config.set_model_from_file("./output/quant_model_distill_opt.nb")
# 3. Create predictor by config
predictor = create_paddle_predictor(config)
input_tensor = predictor.get_input(0)
image = Image.open('./doc/imgs/11.jpg')
resized_image = image.resize((224, 224), Image.BILINEAR)
image_data = np.array(resized_image).transpose(2, 0, 1).reshape(1, 3, 224, 224).astype(float)

input_tensor.from_numpy(image_data)#.to(dtype=torch.float)
predictor.run()
output_tensor = predictor.get_output(0)
output_data = output_tensor.numpy()
print(output_data)

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部署到服务器cpu上参考：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleSlim/blob/develop/docs/zh_cn/FAQ/quantization_FAQ.md

https://github.com/PaddlePaddle/PaddleSlim/blob/release/2.6/demo/mkldnn_quant/README.md

模型剪裁

复杂的模型有利于提高模型的性能，但也导致模型中存在一定冗余，模型裁剪通过移出网络模型中的子模型来减少这种冗余，达到减少模型计算复杂度，提高模型推理性能的目的。
教程参考：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleSlim/blob/release%2F2.0.0/docs/zh_cn/tutorials/pruning/dygraph/filter_pruning.md

模型裁剪主要包括四个步骤：
1.安装 PaddleSlim
2.准备训练好的模型
3.敏感度分析、裁剪训练

python  deploy/slim/prune/sensitivity_anal.py -c configs/det/ch_ppocr_v2.0/ch_det_mv3_db_v2.0.yml -o Global.pretrained_model="ch_PP-OCRv3_det_distill_train" Global.save_model_dir=./output/prune_model/

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报错：ValueError: The size of input is too big. Please consider saving it to file and ‘load_op’ to load it

输入太大，待解决

4.导出模型、预测部署

python deploy/slim/prune/export_prune_model.py -c configs/det/ch_ppocr_v2.0/ch_det_mv3_db_v2.0.yml -o Global.pretrained_model=./output/det_db/best_accuracy  Global.save_inference_dir=./prune/prune_inference_model
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