已经提出了高效和自适应计算机视觉系统以使计算机视觉任务，例如图像分类和对象检测，针对嵌入或移动设备进行了优化。这些解决方案最近的起源，专注于通过设计具有近似旋钮的自适应系统来优化模型（深神经网络，DNN）或系统。尽管最近的几项努力，但我们表明现有解决方案遭受了两个主要缺点。首先，系统不考虑模型的能量消耗，同时在制定要运行的模型的决定时。其次，由于其他共同居民工作负载，评估不考虑设备上的争用的实际情况。在这项工作中，我们提出了一种高效和自适应的视频对象检测系统，这是联合优化的精度，能量效率和延迟。底层Virtuoso是一个多分支执行内核，它能够在精度 - 能量 - 延迟轴上的不同运行点处运行，以及轻量级运行时调度程序，以选择最佳的执行分支以满足用户要求。要与Virtuoso相当比较，我们基准于15件最先进的或广泛使用的协议，包括更快的R-CNN（FRCNN），YOLO V3，SSD，培训台，SELSA，MEGA，REPP，FastAdapt和我们的内部FRCNN +，YOLO +，SSD +和高效+（我们的变体具有增强的手机效率）的自适应变体。通过这种全面的基准，Virtuoso对所有上述协议显示出优势，在NVIDIA Jetson Mobile GPU上的每一项效率水平上引领精度边界。具体而言，Virtuoso的准确性为63.9％，比一些流行的物体检测模型高于10％，51.1％，yolo为49.5％。

Video, as a key driver in the global explosion of digital information, can create tremendous benefits for human society. Governments and enterprises are deploying innumerable cameras for a variety of applications, e.g., law enforcement, emergency management, traffic control, and security surveillance, all facilitated by video analytics (VA). This trend is spurred by the rapid advancement of deep learning (DL), which enables more precise models for object classification, detection, and tracking. Meanwhile, with the proliferation of Internet-connected devices, massive amounts of data are generated daily, overwhelming the cloud. Edge computing, an emerging paradigm that moves workloads and services from the network core to the network edge, has been widely recognized as a promising solution. The resulting new intersection, edge video analytics (EVA), begins to attract widespread attention. Nevertheless, only a few loosely-related surveys exist on this topic. A dedicated venue for collecting and summarizing the latest advances of EVA is highly desired by the community. Besides, the basic concepts of EVA (e.g., definition, architectures, etc.) are ambiguous and neglected by these surveys due to the rapid development of this domain. A thorough clarification is needed to facilitate a consensus on these concepts. To fill in these gaps, we conduct a comprehensive survey of the recent efforts on EVA. In this paper, we first review the fundamentals of edge computing, followed by an overview of VA. The EVA system and its enabling techniques are discussed next. In addition, we introduce prevalent frameworks and datasets to aid future researchers in the development of EVA systems. Finally, we discuss existing challenges and foresee future research directions. We believe this survey will help readers comprehend the relationship between VA and edge computing, and spark new ideas on EVA.

The ubiquity of camera-embedded devices and the advances in deep learning have stimulated various intelligent mobile video applications. These applications often demand on-device processing of video streams to deliver real-time, high-quality services for privacy and robustness concerns. However, the performance of these applications is constrained by the raw video streams, which tend to be taken with small-aperture cameras of ubiquitous mobile platforms in dim light. Despite extensive low-light video enhancement solutions, they are unfit for deployment to mobile devices due to their complex models and and ignorance of system dynamics like energy budgets. In this paper, we propose AdaEnlight, an energy-aware low-light video stream enhancement system on mobile devices. It achieves real-time video enhancement with competitive visual quality while allowing runtime behavior adaptation to the platform-imposed dynamic energy budgets. We report extensive experiments on diverse datasets, scenarios, and platforms and demonstrate the superiority of AdaEnlight compared with state-of-the-art low-light image and video enhancement solutions.

在监控和搜索和救援应用程序中，重要的是在低端设备上实时执行多目标跟踪（MOT）。今天的MOT解决方案采用深度神经网络，往往具有高计算复杂性。识别帧大小对跟踪性能的影响，我们提出了深度，一种模型不可知框架尺寸选择方法，可在现有的全卷积网络基跟踪器之上进行操作，以加速跟踪吞吐量。在培训阶段，我们将可检测性分数纳入单次跟踪器架构，使得DeepScale以自我监督的方式学习不同帧大小的表示估计。在推理期间，它可以根据基于用户控制参数根据视觉内容的复杂性来调整帧大小。为了利用边缘服务器上的计算资源，我们提出了两个计算分区模式，即仅使用自适应帧大小传输和边缘服务器辅助跟踪仅适用于MOT，即边缘服务器。 MOT数据集的广泛实验和基准测试证明了深度的有效性和灵活性。与最先进的追踪器相比，DeepScale ++，DeepScale的变种实现1.57倍加速，仅在一个配置中的MOT15数据集上跟踪准确性。我们已经实现和评估了DeepScale ++，以及由NVIDIA JETSON TX2板和GPU服务器组成的小型测试平台上所提出的计算分区方案。实验显示与仅服务器或智能相机的解决方案相比跟踪性能和延迟之间的非琐碎权衡。

边缘计算广泛用于视频分析。为了减轻准确性和成本之间的固有张力，已经提出了各种视频分析管道，以优化GPU在边缘节点上的使用。但是，我们发现，由于视频内容的变化，在管道的不同位置的视频内容变化，亚次采样和过滤，因此为边缘节点提供的GPU计算资源通常被低估了。与模型和管道优化相反，在这项工作中，我们使用非确定性和分散的闲置GPU资源研究了机会数据增强的问题。具体而言，我们提出了一个特定于任务的歧视和增强模块以及一种模型感知的对抗性训练机制，提供了一种以准确有效的方式识别和转换特定于视频管道的低质量图像的方法。在延迟和GPU资源限制下，进一步开发了多个EXIT模型结构和资源感知调度程序，以做出在线增强决策和细粒度的执行。多个视频分析管道和数据集的实验表明，通过明智地分配少量的空闲资源，这些框架上倾向于通过增强而产生更大的边际收益，我们的系统将DNN对象检测准确性提高了7.3-11.3 \％，而不会产生任何潜行成本。

深神网络的对象探测器正在不断发展，并用于多种应用程序，每个应用程序都有自己的要求集。尽管关键安全应用需要高准确性和可靠性，但低延迟任务需要资源和节能网络。不断提出了实时探测器，在高影响现实世界中是必需的，但是它们过分强调了准确性和速度的提高，而其他功能（例如多功能性，鲁棒性，资源和能源效率）则被省略。现有网络的参考基准不存在，设计新网络的标准评估指南也不存在，从而导致比较模棱两可和不一致的比较。因此，我们对广泛的数据集进行了多个实时探测器（基于锚点，关键器和变压器）的全面研究，并报告了一系列广泛指标的结果。我们还研究了变量，例如图像大小，锚固尺寸，置信阈值和架构层对整体性能的影响。我们分析了检测网络的鲁棒性，以防止分配变化，自然腐败和对抗性攻击。此外，我们提供了校准分析来评估预测的可靠性。最后，为了强调现实世界的影响，我们对自动驾驶和医疗保健应用进行了两个独特的案例研究。为了进一步衡量关键实时应用程序中网络的能力，我们报告了在Edge设备上部署检测网络后的性能。我们广泛的实证研究可以作为工业界对现有网络做出明智选择的指南。我们还希望激发研究社区的设计和评估网络的新方向，该网络着重于更大而整体的概述，以实现深远的影响。

通过在图像传感器设计中加入可编程的兴趣区域（ROI）读数来提高嵌入式视觉系统的能量效率的巨大范围。在这项工作中，我们研究如何利用ROI可编程性，以便通过预期ROI将位于未来帧中的位置并在该区域之外切换像素来进行跟踪应用程序。我们将ROI预测的该过程和对应的传感器配置称为自适应限制。我们的自适应数据采样算法包括对象检测器和ROI预测器（卡尔曼滤波器），其结合地操作以优化视觉管道的能量效率，其结束任务是对象跟踪。为了进一步促进现实生活中的自适应算法的实施，我们选择候选算法并将其映射到FPGA上。利用Xilinx血管AI工具，我们设计并加速了基于YOLO对象探测器的自适应数据采样算法。为了进一步改进算法的部署后，我们在OTB100和LASOT数据集中评估了几个竞争的基线。我们发现将ECO跟踪器与Kalman滤波器耦合，在OTB100和Lasot Datasets上具有0.4568和0.3471的竞争性AUC分数。此外，该算法的功率效率与另一个基线优于相同的情况，并且在几个外部的情况下。基于ECO的算法在两个数据集上发生大约4W的功耗，而基于YOLO的方法需要大约6 W的功耗（根据我们的功耗模型）。在精度延迟权衡方面，基于ECO的算法在管理达到竞争跟踪精度的同时提供近实时性能（19.23 FPS）。

深度神经网络（DNN）已成为移动和嵌入式系统中的普遍存在的技术，用于图像/对象识别和分类。执行多个DNN的趋势同时加剧了资源受限移动设备上满足严格延迟/准确性要求的现有限制。现有技术通过根据资源动态缩放模型大小来探索精度资源权衡的光。然而，这种模型缩放方法接近迫在眉睫的挑战：（i）模型尺寸的大空间探索，（ii）对不同模型组合的培训时间非常长。在本文中，我们介绍了Legodnn，一种用于在移动视觉系统中运行多DNN工作负载的轻质块粒度缩放解决方案。 Legodnn仅通过在DNN中提取和培训少数常见块（例如，在VGG和RENET中的VGG和8中的8中）来保证短模型培训时间。在运行时，Legodnn最佳地结合了这些块的后代模型，以最大限度地在特定资源和延迟约束下最大限度地提高精度，同时通过DNN的智能块级缩放来降低切换开销。我们在Tensorflow Lite中实现Legodnn，并通过一组普遍的DNN模型，广泛地评估了最先进的技术（浮标缩放，知识蒸馏和模型压缩）。评估结果表明，乐高达在模型尺寸下提供了1,296倍至279,936倍，而在不增加训练时间的情况下，推断准确性的提高高达31.74％，降低缩放能耗减少了71.07％。

深神经网络（DNNS）在各种机器学习（ML）应用程序中取得了巨大成功，在计算机视觉，自然语言处理和虚拟现实等中提供了高质量的推理解决方案。但是，基于DNN的ML应用程序也带来计算和存储要求的增加了很多，对于具有有限的计算/存储资源，紧张的功率预算和较小形式的嵌入式系统而言，这尤其具有挑战性。挑战还来自各种特定应用的要求，包括实时响应，高通量性能和可靠的推理准确性。为了应对这些挑战，我们介绍了一系列有效的设计方法，包括有效的ML模型设计，定制的硬件加速器设计以及硬件/软件共同设计策略，以启用嵌入式系统上有效的ML应用程序。

最近，使用卷积神经网络（CNNS）存在移动和嵌入式应用的爆炸性增长。为了减轻其过度的计算需求，开发人员传统上揭示了云卸载，突出了高基础设施成本以及对网络条件的强烈依赖。另一方面，强大的SOC的出现逐渐启用设备执行。尽管如此，低端和中层平台仍然努力充分运行最先进的CNN。在本文中，我们展示了Dyno，一种分布式推断框架，将两全其人的最佳框架结合起来解决了几个挑战，例如设备异质性，不同的带宽和多目标要求。启用这是其新的CNN特定数据包装方法，其在onloading计算时利用CNN的不同部分的精度需求的可变性以及其新颖的调度器，该调度器共同调谐分区点并在运行时传输数据精度适应其执行环境的推理。定量评估表明，Dyno优于当前最先进的，通过竞争对手的CNN卸载系统，在竞争对手的CNN卸载系统上提高吞吐量超过一个数量级，最高可达60倍的数据。

对将AI功能从云上的数据中心转移到边缘或最终设备的需求越来越大，这是由在智能手机，AR/VR设备，自动驾驶汽车和各种汽车上运行的快速实时AI的应用程序举例说明的。物联网设备。然而，由于DNN计算需求与边缘或最终设备上的计算能力之间的较大增长差距，这种转变受到了严重的阻碍。本文介绍了XGEN的设计，这是DNN的优化框架，旨在弥合差距。 XGEN将横切共同设计作为其一阶考虑。它的全栈AI面向AI的优化包括在DNN软件堆栈的各个层的许多创新优化，所有这些优化都以合作的方式设计。独特的技术使XGEN能够优化各种DNN，包括具有极高深度的DNN（例如Bert，GPT，其他变形金刚），并生成代码比现有DNN框架中的代码快几倍，同时提供相同的准确性水平。

基于无人机（UAV）基于无人机的视觉对象跟踪已实现了广泛的应用，并且由于其多功能性和有效性而引起了智能运输系统领域的越来越多的关注。作为深度学习革命性趋势的新兴力量，暹罗网络在基于无人机的对象跟踪中闪耀，其准确性，稳健性和速度有希望的平衡。由于开发了嵌入式处理器和深度神经网络的逐步优化，暹罗跟踪器获得了广泛的研究并实现了与无人机的初步组合。但是，由于无人机在板载计算资源和复杂的现实情况下，暹罗网络的空中跟踪仍然在许多方面都面临严重的障碍。为了进一步探索基于无人机的跟踪中暹罗网络的部署，这项工作对前沿暹罗跟踪器进行了全面的审查，以及使用典型的无人机板载处理器进行评估的详尽无人用分析。然后，进行板载测试以验证代表性暹罗跟踪器在现实世界无人机部署中的可行性和功效。此外，为了更好地促进跟踪社区的发展，这项工作分析了现有的暹罗跟踪器的局限性，并进行了以低弹片评估表示的其他实验。最后，深入讨论了基于无人机的智能运输系统的暹罗跟踪的前景。领先的暹罗跟踪器的统一框架，即代码库及其实验评估的结果，请访问https://github.com/vision4robotics/siamesetracking4uav。

In recent years, image and video delivery systems have begun integrating deep learning super-resolution (SR) approaches, leveraging their unprecedented visual enhancement capabilities while reducing reliance on networking conditions. Nevertheless, deploying these solutions on mobile devices still remains an active challenge as SR models are excessively demanding with respect to workload and memory footprint. Despite recent progress on on-device SR frameworks, existing systems either penalize visual quality, lead to excessive energy consumption or make inefficient use of the available resources. This work presents NAWQ-SR, a novel framework for the efficient on-device execution of SR models. Through a novel hybrid-precision quantization technique and a runtime neural image codec, NAWQ-SR exploits the multi-precision capabilities of modern mobile NPUs in order to minimize latency, while meeting user-specified quality constraints. Moreover, NAWQ-SR selectively adapts the arithmetic precision at run time to equip the SR DNN's layers with wider representational power, improving visual quality beyond what was previously possible on NPUs. Altogether, NAWQ-SR achieves an average speedup of 7.9x, 3x and 1.91x over the state-of-the-art on-device SR systems that use heterogeneous processors (MobiSR), CPU (SplitSR) and NPU (XLSR), respectively. Furthermore, NAWQ-SR delivers an average of 3.2x speedup and 0.39 dB higher PSNR over status-quo INT8 NPU designs, but most importantly mitigates the negative effects of quantization on visual quality, setting a new state-of-the-art in the attainable quality of NPU-based SR.

我们呈现恐惧，新颖，快速，高效，准确，强大的暹罗视觉跟踪器。我们介绍了对象模型适配的架构块，称为双模板表示，以及像素 - 明智的融合块，以实现模型的额外灵活性和效率。双模板模块仅包含单个学习参数的时间信息，而像素-Wise融合块与标准相关模块相比，像素-Wise融合块对具有较少参数的判别特征进行了更多的辨别特征。通过用新型模块插入复杂的骨干，恐惧-M和恐惧-L跟踪器在既准确性和效率的几个学术基准上超过大多数暹粒例子。使用轻质骨干，优化的版本恐惧-XS提供了超过10倍的跟踪跟踪，而不是当前暹罗跟踪器，同时保持最先进的结果。 GEAF-XS跟踪器比LightTrack [62]更小2.4倍，比LightTrack [62]更高。此外，我们通过在能量消耗和执行速度上引入基准来扩展模型效率的定义。源代码，预先训练的模型和评估协议将根据要求提供

Emerging real-time multi-model ML (RTMM) workloads such as AR/VR and drone control often involve dynamic behaviors in various levels; task, model, and layers (or, ML operators) within a model. Such dynamic behaviors are new challenges to the system software in an ML system because the overall system load is unpredictable unlike traditional ML workloads. Also, the real-time processing requires to meet deadlines, and multi-model workloads involve highly heterogeneous models. As RTMM workloads often run on resource-constrained devices (e.g., VR headset), developing an effective scheduler is an important research problem. Therefore, we propose a new scheduler, SDRM3, that effectively handles various dynamicity in RTMM style workloads targeting multi-accelerator systems. To make scheduling decisions, SDRM3 quantifies the unique requirements for RTMM workloads and utilizes the quantified scores to drive scheduling decisions, considering the current system load and other inference jobs on different models and input frames. SDRM3 has tunable parameters that provide fast adaptivity to dynamic workload changes based on a gradient descent-like online optimization, which typically converges within five steps for new workloads. In addition, we also propose a method to exploit model level dynamicity based on Supernet for exploiting the trade-off between the scheduling effectiveness and model performance (e.g., accuracy), which dynamically selects a proper sub-network in a Supernet based on the system loads. In our evaluation on five realistic RTMM workload scenarios, SDRM3 reduces the overall UXCost, which is a energy-delay-product (EDP)-equivalent metric for real-time applications defined in the paper, by 37.7% and 53.2% on geometric mean (up to 97.6% and 97.1%) compared to state-of-the-art baselines, which shows the efficacy of our scheduling methodology.

Deep neural networks (DNNs) are currently widely used for many artificial intelligence (AI) applications including computer vision, speech recognition, and robotics. While DNNs deliver state-of-the-art accuracy on many AI tasks, it comes at the cost of high computational complexity. Accordingly, techniques that enable efficient processing of DNNs to improve energy efficiency and throughput without sacrificing application accuracy or increasing hardware cost are critical to the wide deployment of DNNs in AI systems.This article aims to provide a comprehensive tutorial and survey about the recent advances towards the goal of enabling efficient processing of DNNs. Specifically, it will provide an overview of DNNs, discuss various hardware platforms and architectures that support DNNs, and highlight key trends in reducing the computation cost of DNNs either solely via hardware design changes or via joint hardware design and DNN algorithm changes. It will also summarize various development resources that enable researchers and practitioners to quickly get started in this field, and highlight important benchmarking metrics and design considerations that should be used for evaluating the rapidly growing number of DNN hardware designs, optionally including algorithmic co-designs, being proposed in academia and industry.The reader will take away the following concepts from this article: understand the key design considerations for DNNs; be able to evaluate different DNN hardware implementations with benchmarks and comparison metrics; understand the trade-offs between various hardware architectures and platforms; be able to evaluate the utility of various DNN design techniques for efficient processing; and understand recent implementation trends and opportunities.

基于惯性数据的人类活动识别（HAR）是从智能手机到超低功率传感器的嵌入式设备上越来越扩散的任务。由于深度学习模型的计算复杂性很高，因此大多数嵌入式HAR系统基于简单且不那么精确的经典机器学习算法。这项工作弥合了在设备上的HAR和深度学习之间的差距，提出了一组有效的一维卷积神经网络（CNN），可在通用微控制器（MCUS）上部署。我们的CNN获得了将超参数优化与子字节和混合精确量化的结合，以在分类结果和记忆职业之间找到良好的权衡。此外，我们还利用自适应推断作为正交优化，以根据处理后的输入来调整运行时的推理复杂性，从而产生更灵活的HAR系统。通过在四个数据集上进行实验，并针对超低功率RISC-V MCU，我们表明（i）我们能够为HAR获得一组丰富的帕累托（Pareto）最佳CNN，以范围超过1个数量级记忆，潜伏期和能耗； （ii）由于自适应推断，我们可以从单个CNN开始得出> 20个运行时操作模式，分类分数的不同程度高达10％，并且推理复杂性超过3倍，并且内存开销有限； （iii）在四个基准中的三个基准中，我们的表现都超过了所有以前的深度学习方法，将记忆占用率降低了100倍以上。获得更好性能（浅层和深度）的少数方法与MCU部署不兼容。 （iv）我们所有的CNN都与推理延迟<16ms的实时式evice Har兼容。他们的记忆职业在0.05-23.17 kb中有所不同，其能源消耗为0.005和61.59 UJ，可在较小的电池供应中进行多年的连续操作。

深度学习技术在各种任务中都表现出了出色的有效性，并且深度学习具有推进多种应用程序（包括在边缘计算中）的潜力，其中将深层模型部署在边缘设备上，以实现即时的数据处理和响应。一个关键的挑战是，虽然深层模型的应用通常会产生大量的内存和计算成本，但Edge设备通常只提供非常有限的存储和计算功能，这些功能可能会在各个设备之间差异很大。这些特征使得难以构建深度学习解决方案，以释放边缘设备的潜力，同时遵守其约束。应对这一挑战的一种有希望的方法是自动化有效的深度学习模型的设计，这些模型轻巧，仅需少量存储，并且仅产生低计算开销。该调查提供了针对边缘计算的深度学习模型设计自动化技术的全面覆盖。它提供了关键指标的概述和比较，这些指标通常用于量化模型在有效性，轻度和计算成本方面的水平。然后，该调查涵盖了深层设计自动化技术的三类最新技术：自动化神经体系结构搜索，自动化模型压缩以及联合自动化设计和压缩。最后，调查涵盖了未来研究的开放问题和方向。

已知人体大脑能够通过更快的内存编码和在激活的神经元上访问程序来加速反复呈现对象的视觉识别。我们首次借用并将这种能力归入语义记忆设计，即SMTM，以改善设备上的CNN推断。 SMTM采用分层内存架构来利用感兴趣对象的长尾分布，并进一步融合了几种新颖的技术来将其放入效果：（1）它将高维特征映射到低维，语义向量中，用于低 - 成本准确的缓存和查找; （2）它使用一种小型度量来确定考虑不同层的固有特征的退出时间; （3）它自适应地调整缓存大小和语义向量以适应场景动态。 SMTM在商品CNN发动机上原型设计，并在移动CPU和GPU上运行。大规模数据集和模型的广泛实验表明，SMTM可以显着加快标准方法（最多2x）和先前缓存设计（高达1.5倍）的模型推断，可接受的精度损耗。

深度神经网络（DNN）由于其高度的感知，决策和控制而被广泛用于自主驾驶中。在诸如自动驾驶之类的安全至关重要系统中，实时执行感测和感知等任务对于车辆的安全至关重要，这需要应用程序的执行时间才能预测。但是，在DNN推断中观察到不可忽略的时间变化。当前的DNN推理研究要么忽略时间变化问题，要么依靠调度程序来处理它。当前的工作都没有解释DNN推理时间变化的根本原因。了解DNN推理的时间变化成为自动驾驶实时计划的基本挑战。在这项工作中，我们从六个角度分析了DNN推断的时间变化：数据，I/O，模型，运行时，硬件和端到端感知系统。在理解DNN推断的时间变化方面得出了六个见解。