im2col slightly faster

Joseph Redmon

2014-10-30 1c0fd9bb4726f28b5ccf4491b8d108b00c884ec3

 src/maxpool_layer.c

@@ -27,8 +27,15 @@
    layer->c = c;
    layer->size = size;
    layer->stride = stride;
    layer->output = calloc(((h-1)/stride+1) * ((w-1)/stride+1) * c*batch, sizeof(float));
    layer->delta = calloc(((h-1)/stride+1) * ((w-1)/stride+1) * c*batch, sizeof(float));
    int output_size = ((h-1)/stride+1) * ((w-1)/stride+1) * c * batch;
    layer->indexes = calloc(output_size, sizeof(int));
    layer->output =  calloc(output_size, sizeof(float));
    layer->delta =   calloc(output_size, sizeof(float));
    #ifdef GPU
    layer->indexes_cl = cl_make_int_array(layer->indexes, output_size);
    layer->output_cl  = cl_make_array(layer->output, output_size);
    layer->delta_cl   = cl_make_array(layer->delta, output_size);
    #endif
    return layer;
}

@@ -41,101 +48,126 @@
    layer->delta = realloc(layer->delta, ((h-1)/layer->stride+1) * ((w-1)/layer->stride+1) * c * layer->batch*sizeof(float));
}

float get_max_region(image im, int h, int w, int c, int size)
void forward_maxpool_layer(const maxpool_layer layer, float *input)
{
    int i,j;
    int lower = (-size-1)/2 + 1;
    int upper = size/2 + 1;
    
    int lh = (h-lower < 0)      ? 0 : h-lower;
    int uh = (h+upper > im.h)   ? im.h : h+upper;
    int b,i,j,k,l,m;
    int w_offset = (-layer.size-1)/2 + 1;
    int h_offset = (-layer.size-1)/2 + 1;

    int lw = (w-lower < 0)      ? 0 : w-lower;
    int uw = (w+upper > im.w)   ? im.w : w+upper;
    
    //printf("%d\n", -3/2);
    //printf("%d %d\n", lower, upper);
    //printf("%d %d %d %d\n", lh, uh, lw, uw);
    
    float max = -FLT_MAX;
    for(i = lh; i < uh; ++i){
        for(j = lw; j < uw; ++j){
            float val = get_pixel(im, i, j, c);
            if (val > max) max = val;
        }
    }
    return max;
}
    int h = (layer.h-1)/layer.stride + 1;
    int w = (layer.w-1)/layer.stride + 1;
    int c = layer.c;

void forward_maxpool_layer(const maxpool_layer layer, float *in)
{
    int b;
    for(b = 0; b < layer.batch; ++b){
        image input = float_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, in+b*layer.h*layer.w*layer.c);

        int h = (layer.h-1)/layer.stride + 1;
        int w = (layer.w-1)/layer.stride + 1;
        int c = layer.c;
        image output = float_to_image(h,w,c,layer.output+b*h*w*c);

        int i,j,k;
        for(k = 0; k < input.c; ++k){
            for(i = 0; i < input.h; i += layer.stride){
                for(j = 0; j < input.w; j += layer.stride){
                    float max = get_max_region(input, i, j, k, layer.size);
                    set_pixel(output, i/layer.stride, j/layer.stride, k, max);
        for(k = 0; k < c; ++k){
            for(i = 0; i < h; ++i){
                for(j = 0; j < w; ++j){
                    int out_index = j + w*(i + h*(k + c*b));
                    float max = -FLT_MAX;
                    int max_i = -1;
                    for(l = 0; l < layer.size; ++l){
                        for(m = 0; m < layer.size; ++m){
                            int cur_h = h_offset + i*layer.stride + l;
                            int cur_w = w_offset + j*layer.stride + m;
                            int index = cur_w + layer.w*(cur_h + layer.h*(k + b*layer.c));
                            int valid = (cur_h >= 0 && cur_h < layer.h &&
                                         cur_w >= 0 && cur_w < layer.w);
                            float val = (valid != 0) ? input[index] : -FLT_MAX;
                            max_i = (val > max) ? index : max_i;
                            max   = (val > max) ? val   : max;
                        }
                    }
                    layer.output[out_index] = max;
                    layer.indexes[out_index] = max_i;
                }
            }
        }
    }
}

float set_max_region_delta(image im, image delta, int h, int w, int c, int size, float max, float error)
void backward_maxpool_layer(const maxpool_layer layer, float *delta)
{
    int i,j;
    int lower = (-size-1)/2 + 1;
    int upper = size/2 + 1;
    
    int lh = (h-lower < 0)      ? 0 : h-lower;
    int uh = (h+upper > im.h)   ? im.h : h+upper;

    int lw = (w-lower < 0)      ? 0 : w-lower;
    int uw = (w+upper > im.w)   ? im.w : w+upper;
    
    for(i = lh; i < uh; ++i){
        for(j = lw; j < uw; ++j){
            float val = get_pixel(im, i, j, c);
            if (val == max){
               add_pixel(delta, i, j, c, error);
            }
        }
    }
    return max;
}

void backward_maxpool_layer(const maxpool_layer layer, float *in, float *delta)
{
    int b;
    for(b = 0; b < layer.batch; ++b){
        image input = float_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, in+b*layer.h*layer.w*layer.c);
        image input_delta = float_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, delta+b*layer.h*layer.w*layer.c);
        int h = (layer.h-1)/layer.stride + 1;
        int w = (layer.w-1)/layer.stride + 1;
        int c = layer.c;
        image output = float_to_image(h,w,c,layer.output+b*h*w*c);
        image output_delta = float_to_image(h,w,c,layer.delta+b*h*w*c);
        zero_image(input_delta);

        int i,j,k;
        for(k = 0; k < input.c; ++k){
            for(i = 0; i < input.h; i += layer.stride){
                for(j = 0; j < input.w; j += layer.stride){
                    float max = get_pixel(output, i/layer.stride, j/layer.stride, k);
                    float error = get_pixel(output_delta, i/layer.stride, j/layer.stride, k);
                    set_max_region_delta(input, input_delta, i, j, k, layer.size, max, error);
                }
            }
        }
    int i;
    int h = (layer.h-1)/layer.stride + 1;
    int w = (layer.w-1)/layer.stride + 1;
    int c = layer.c;
    memset(delta, 0, layer.batch*layer.h*layer.w*layer.c*sizeof(float));
    for(i = 0; i < h*w*c*layer.batch; ++i){
        int index = layer.indexes[i];
        delta[index] += layer.delta[i];
    }
}

#ifdef GPU
cl_kernel get_forward_kernel()
{
    static int init = 0;
    static cl_kernel kernel;
    if(!init){
        kernel = get_kernel("src/maxpool_layer.cl", "forward", 0);
        init = 1;
    }
    return kernel;
}

void forward_maxpool_layer_gpu(maxpool_layer layer, cl_mem input)
{
    int h = (layer.h-1)/layer.stride + 1;
    int w = (layer.w-1)/layer.stride + 1;
    int c = layer.c;
    cl_setup();
    cl_kernel kernel = get_forward_kernel();
    cl_command_queue queue = cl.queue;

    cl_uint i = 0;
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.h), (void*) &layer.h);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.w), (void*) &layer.w);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.c), (void*) &layer.c);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.stride), (void*) &layer.stride);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.size), (void*) &layer.size);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(input), (void*) &input);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.output_cl), (void*) &layer.output_cl);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.indexes_cl), (void*) &layer.indexes_cl);
    check_error(cl);

    const size_t global_size[] = {h*w*c*layer.batch};

    clEnqueueNDRangeKernel(queue, kernel, 1, 0, global_size, 0, 0, 0, 0);
    check_error(cl);
}

cl_kernel get_backward_kernel()
{
    static int init = 0;
    static cl_kernel kernel;
    if(!init){
        kernel = get_kernel("src/maxpool_layer.cl", "backward", 0);
        init = 1;
    }
    return kernel;
}

void backward_maxpool_layer_gpu(maxpool_layer layer, cl_mem delta)
{
    cl_setup();
    cl_kernel kernel = get_backward_kernel();
    cl_command_queue queue = cl.queue;

    cl_uint i = 0;
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.h), (void*) &layer.h);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.w), (void*) &layer.w);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.c), (void*) &layer.c);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.stride), (void*) &layer.stride);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.size), (void*) &layer.size);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.delta_cl), (void*) &layer.delta_cl);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(delta), (void*) &delta);
    cl.error = clSetKernelArg(kernel, i++, sizeof(layer.indexes_cl), (void*) &layer.indexes_cl);
    check_error(cl);

    const size_t global_size[] = {layer.h*layer.w*layer.c*layer.batch};

    clEnqueueNDRangeKernel(queue, kernel, 1, 0, global_size, 0, 0, 0, 0);
    check_error(cl);
}

#endif