Transform Quantization for CNN Compression

量化(信号处理) 计算机科学 去相关 卷积神经网络 算法 人工智能 矢量量化 数据压缩 率失真理论 变换编码 数学 模式识别(心理学) 离散余弦变换 图像(数学)
作者
Sean D. Young,Zhe Wang,David Taubman,Bernd Girod
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:: 1-1 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tpami.2021.3084839
摘要

In this paper, we compress convolutional neural network (CNN) weights post-training via transform quantization. Previous CNN quantization techniques tend to ignore the joint statistics of weights and activations, producing sub-optimal CNN performance at a given quantization bit-rate, or consider their joint statistics during training only and do not facilitate efficient compression of already trained CNN models. We optimally transform (decorrelate) and quantize the weights post-training using a rate-distortion framework to improve compression at any given quantization bit-rate. Transform quantization unifies quantization and dimensionality reduction (decorrelation) techniques in a single framework to facilitate low bit-rate compression of CNNs and efficient inference in the transform domain. We first introduce a theory of rate and distortion for CNN quantization, and pose optimum quantization as a rate-distortion optimization problem. We then show that this problem can be solved using optimal bit-depth allocation following decorrelation by the optimal End-to-end Learned Transform (ELT) we derive in this paper. Experiments demonstrate that transform quantization advances the state of the art in CNN compression in both retrained and non-retrained quantization scenarios. In particular, we find that transform quantization with retraining is able to compress CNN models such as AlexNet, ResNet and DenseNet to very low bit-rates (1-2 bits).
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