[發明專利]二維卷積實現方法及裝置

在審

• 申請號: 202010011113.7
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111199274A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 鄢貴海;盧文巖
• 申請（專利權）人: 中科馭數（北京）科技有限公司
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/063
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

1.一種二維卷積實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

二維輸入數據一維化，將二維輸入數據按照一設定維度展開成一維數據；

卷積核分解，根據所述二維輸入數據的展開方式，將二維卷積核分解為獨立的行或者列；

子結果計算，將所述一維數據分別與分解后的卷積核進行一維卷積運算，對應得到多個一維子結果序列；以及

子結果合并，將所述多個一維子結果序列中所有的對應數據進行合并，得到并輸出最終二維卷積計算結果。

2.如權利要求1所述的二維卷積實現方法，其特征在于，將所述二維輸入數據按照行、列、對角線或不規則的方式展開成所述一維數據。

3.如權利要求2所述的二維卷積實現方法，其特征在于，所述卷積核分解的方式與將所述二維輸入數據展開成所述一維數據的方式完全一致。

4.如權利要求1、2或3所述的二維卷積實現方法，其特征在于，

所述二維輸入數據一維化進一步包括：將所述二維輸入數據按行的方式展開，相鄰行尾首相連成所述一維數據；

所述卷積核分解進一步包括：將所述二維卷積核同樣以行的形式分解成卷積核第一行和卷積核第二行；

所述子結果計算進一步包括：所述一維數據分別與所述卷積核第一行和卷積核第二行進行一維卷積運算，所述一維數據與所述卷積核第一行進行一維卷積運算時，滑動窗從所述一維數據的第一行開始移動到倒數第二行結束；所述一維數據與所述卷積核第二行進行一維卷積運算時，滑動窗從所述一維數據的第二行開始移動到最后一行結束；以及

所述子結果合并進一步包括：所述一維數據與所述卷積核第一行及卷積核第二行進行一維卷積運算的子結果分別對應相加合并，得到最終計算結果。

5.如權利要求4所述的二維卷積實現方法，其特征在于，所述一維化輸入數據與分解后的卷積核在一維卷積運算時產生的中間卷積結果，在后級子結果合并運算時與之前計算所得的子結果進行累加并緩存，然后與新計算所得的子結果進行累加合并，直至與所有分解后的卷積核相關的子結果計算并合并完成。

6.一種二維卷積實現裝置，其特征在于，包括：

一維卷積運算單元，用于實現通過將二維輸入數據按照一設定維度展開后得到的一維化的輸入數據與通過將二維卷積核按照所述二維輸入數據的展開方式分解后得到的卷積核之間的一維卷積運算，得到多個一維子結果序列；

子結果合并運算單元，用于完成多個一維子結果的合并運算；以及

控制器，分別與所述一維卷積運算單元和子結果合并運算單元連接，用于產生控制信號，以協調所述一維卷積運算單元和子結果合并運算單元之間的運行。

7.如權利要求6所述的二維卷積實現裝置，其特征在于，所述一維卷積運算單元為乘累加樹形式，所述控制器產生相應控制信號，用于實現一維化輸入數據卷積的不連續控制。

8.如權利要求6或7所述的二維卷積實現裝置，其特征在于，還包括多個緩沖單元，所述多個緩沖單元用于同步各數據流，所述多個緩沖單元進一步包括：

輸入數據緩沖單元，用于緩存所述一維化輸入數據，分別與所述控制器和所述一維卷積運算單元連接；

卷積核緩沖單元，用于緩存分解后的卷積核數據，分別與所述控制器和所述一維卷積運算單元連接；以及

子結果緩沖單元，用于緩存所述一維卷積運算單元的計算結果，分別與所述控制器、一維卷積運算單元及所述子結果合并運算單元連接。

9.如權利要求8所述的二維卷積實現裝置，其特征在于，所述多個緩沖單元還包括：

合并結果緩沖單元，用于重新讀入并緩存上次的一維化輸入數據與卷積核第一行的卷積結果，分別與所述控制器和所述子結果合并運算單元連接。

10.如權利要求9所述的二維卷積實現裝置，其特征在于，所述輸入數據緩沖單元重新讀入所述一維化輸入數據并緩存；所述卷積核緩沖單元讀入所述卷積核第一行并緩存；合并結果緩沖單元重新讀入上次的所述一維化輸入數據與所述卷積核第一行的中間卷積結果并緩存；所述一維卷積運算單元分別從所述輸入數據緩沖單元和卷積核緩沖單元中讀取所述一維化輸入數據和卷積核第二行的數據進行一維卷積運算，并將運算結果緩存到所述子結果緩沖單元中；所述子結果合并運算單元從所述子結果緩沖單元讀取本次一維卷積運算單元計算輸出的子結果，從所述合并結果緩沖單元讀取所述中間卷積結果，并進行累加合并后輸出最終計算結果，直至完成最終的二維卷積運算。