Human Activity Recognition (HAR) is a relevant inference task in many mobile applications. State-of-the-art HAR at the edge is typically achieved with lightweight machine learning models such as decision trees and Random Forests (RFs), whereas deep learning is less common due to its high computational complexity. In this work, we propose a novel implementation of HAR based on deep neural networks, and precisely on Binary Neural Networks (BNNs), targeting low-power general purpose processors with a RISC-V instruction set. BNNs yield very small memory footprints and low inference complexity, thanks to the replacement of arithmetic operations with bit-wise ones. However, existing BNN implementations on general purpose processors impose constraints tailored to complex computer vision tasks, which result in over-parametrized models for simpler problems like HAR. Therefore, we also introduce a new BNN inference library, which targets ultra-compact models explicitly. With experiments on a single-core RISC-V processor, we show that BNNs trained on two HAR datasets obtain higher classification accuracy compared to a state-of-the-art baseline based on RFs. Furthermore, our BNN reaches the same accuracy of a RF with either less memory (up to 91%) or more energy-efficiency (up to 70%), depending on the complexity of the features extracted by the RF.


翻译:人类活动认识(HAR)在许多移动应用中是一项相关的推论任务。 在边缘,最先进的HAR通常以轻量级的机器学习模型如决策树和随机森林(RFs)实现,而深层次的学习则由于计算复杂性高而不那么常见。在这项工作中,我们提议根据深层神经网络,并准确地根据二元神经网络(BNNS),以低功率通用处理器为对象,并设置RISC-V指令。BNS产生非常小的记忆足迹和低度的推论复杂性,这要归功于以BWE取代算算操作。然而,现有的BNNS在一般目的处理器上的实施对复杂的计算机愿景任务施加了限制,从而导致对像HAR这样的更简单的问题采用过于平衡的模式。因此,我们还推出了一个新的BNNNU(B)推导论图书馆,明确针对超相容模型。通过对一个单一核心的RISC-V处理器进行实验,我们用两个HAR数据集培训的BNNNN的精确度要高于B的精确度,而B-RF的精确度要低于RF的精确度。

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