KR20230089495A - Spiking neural network input data processing system in GUI-based integrated development environment - Google Patents

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KR20230089495A
KR20230089495A KR1020210178166A KR20210178166A KR20230089495A KR 20230089495 A KR20230089495 A KR 20230089495A KR 1020210178166 A KR1020210178166 A KR 1020210178166A KR 20210178166 A KR20210178166 A KR 20210178166A KR 20230089495 A KR20230089495 A KR 20230089495A
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neural network
gui
development environment
spiking neural
processing system
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KR1020210178166A
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윤영선
박지수
김회남
김경수
한찬식
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한남대학교 산학협력단
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    • GPHYSICS
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    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
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Abstract

본 발명은 스파이킹 신경망의 입력데이터 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율형 IoT 통합 개발환경 NADIE와 같은 뉴로모픽 기반의 개발환경에서 사용자가 필요한 매개변수값을 입력하는 것만으로 인코더와 디코더 컴포넌트를 사용할 수 있는 GUI환경을 제공하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for processing input data of a spiking neural network, and more particularly, in a neuromorphic-based development environment such as NADIE, an autonomous IoT integrated development environment, by simply inputting necessary parameter values by a user, an encoder and a decoder. It relates to a spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment that provides a GUI environment in which components can be used.

Description

GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템{Spiking neural network input data processing system in GUI-based integrated development environment}Spiking neural network input data processing system in GUI-based integrated development environment}

본 발명은 스파이킹 신경망의 입력데이터 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율형 IoT 통합 개발환경 NADIE와 같은 뉴로모픽 기반의 개발환경에서 사용자가 필요한 매개변수값을 입력하는 것만으로 인코더와 디코더 컴포넌트를 사용할 수 있는 GUI환경을 제공하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for processing input data of a spiking neural network, and more particularly, in a neuromorphic-based development environment such as NADIE, an autonomous IoT integrated development environment, by simply inputting necessary parameter values by a user, an encoder and a decoder. It relates to a spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment that provides a GUI environment in which components can be used.

최근 4차 산업혁명의 발달로 사물 인터넷환경에서 인공신경망을 활용하는 사례가 증가하고 있다. 그러나 IoT 환경에서 대부분의 인공신경망 모델의 경우 전력소모의 제한이 존재한다. DNN(Deep Neural Network)는 뉴런 레이어가 최소 2개 이상 존재하고, CNN(Convolution Neural Network)모델은 레이어가 64개 층으로 이루어진 경우도 있다. 뉴런 시냅스 배열형태는 그 자체만으로 하드웨어의 복잡도를 증가시키고 이와 같은 하드웨어의 복잡도 증가는 전력소모 또한 증가시킨다는 문제를 가지고 있다. Recently, with the development of the 4th industrial revolution, the use of artificial neural networks in the Internet of Things environment is increasing. However, in the case of most artificial neural network models in the IoT environment, power consumption is limited. A Deep Neural Network (DNN) has at least two neuron layers, and a Convolution Neural Network (CNN) model may have 64 layers. The neuron-synaptic array type alone increases hardware complexity, and this increase in hardware complexity also increases power consumption.

반면, 스파이킹 신경망(SNN, Spiking Neural Network)은 인간의 뇌 연산과정을 모방하여 펄스 형태로 시냅스에 인가하며, 다층뉴런이 필요하지 않아 하드웨어의 복잡도를 최소화할 수 있고 전력소모를 크게 줄일 수 있다. DNN모델을 포함한 인공신경망(ANN, Artificial Neural Network)모델이 2세대 인공신경망으로 활용되어 왔으며, 자원이 제한된 IoT환경에서 스파이킹 신경망은 차세대 인공신경망으로 주목받고 있다.On the other hand, Spiking Neural Network (SNN) mimics the human brain computational process and applies it to synapses in the form of pulses. It does not require multi-layer neurons, so hardware complexity can be minimized and power consumption can be greatly reduced. . Artificial Neural Network (ANN) models, including DNN models, have been used as second-generation artificial neural networks, and spiking neural networks are attracting attention as next-generation artificial neural networks in the resource-limited IoT environment.

IoT환경과 인공신경망을 접목한 서비스를 제공하기 위해 하나의 플랫폼에서 뉴로모픽 아키텍처를 기반으로 IoT응용 개발을 지원하는 것이 필수적이다. IoT응용 개발을 지원하는 대부분의 플랫폼은 데이터분석 및 통계와 같은 시각화 도구를 제공하지만 기계학습의 사용성은 부족했다. Nengo와 같은 시뮬레이션 도구는 뇌 과학 영역에서 뇌 구조 및 시냅스를 모형화 하고 동작을 분석하는데 초점이 맞춰져 있어 IoT 영역에 기계학습을 적용하는데 한계가 있다. 따라서 IoT 플랫폼에서 뉴로모픽 하드웨어를 지원하고 IoT 응용 개발을 위해 자율형 IoT 통합 개발환경 NAIDE가 개발되었다.In order to provide services that combine the IoT environment and artificial neural networks, it is essential to support IoT application development based on neuromorphic architecture on one platform. Most platforms that support IoT application development provide visualization tools such as data analysis and statistics, but the usability of machine learning is lacking. Simulation tools such as Nengo are focused on modeling brain structures and synapses and analyzing behaviors in the brain science area, so there are limitations in applying machine learning to the IoT area. Therefore, NAIDE, an autonomous IoT integrated development environment, was developed to support neuromorphic hardware in the IoT platform and develop IoT applications.

NAIDE는 뉴로모픽 기반의 자율형 IoT 응용 통합개발환경이며, 사전에 구현된 컴포넌트들을 배치하여 플로우(Flow)를 구성하고 데이터 흐름을 제어하여 프로그램을 구현한다. 또한 지능형 컴포넌트를 배치하는 것으로 인공신경망 모델 구현을 지원한다.NAIDE is a neuromorphic-based autonomous IoT application integrated development environment, and implements a program by configuring a flow by arranging pre-implemented components and controlling data flow. In addition, it supports the implementation of artificial neural network models by deploying intelligent components.

이와 같은 NAIDE가 한국등록특허 제10-2188044호로 제시된 바 있다. 종래의 기술은 스파이킹 신경망 모델을 제공하기 위해 기존의 인공신경망의 정적인 입력데이터를 시계열 정보가 포함된 동적 데이터로 변환하는 과정이 필요하며, 이러한 데이터 변환과정을 수반하는 NAIDE의 응용 개발은 개발 난이도가 높은 편이었다.Such NAIDE has been proposed as Korean Patent Registration No. 10-2188044. Conventional technology requires a process of converting static input data of an existing artificial neural network into dynamic data containing time-series information in order to provide a spiking neural network model, and NAIDE's application development accompanying this data conversion process is The level of difficulty was high.

한국등록특허 제10-2188044호(2020.12.01.)Korean Patent Registration No. 10-2188044 (2020.12.01.)

이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 본 발명은 스파이킹 신경망의 입력데이터 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율형 IoT 통합 개발환경 NADIE와 같은 뉴로모픽 기반의 개발환경에서 사용자가 필요한 매개변수값을 입력하는 것만으로 인코더와 디코더 컴포넌트를 사용할 수 있는 GUI환경을 제공하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템에 관한 것이다.The present invention, which was devised to solve such a problem, relates to an input data processing system for a spiking neural network, and more specifically, parameters required by users in a neuromorphic-based development environment such as NADIE, an autonomous IoT integrated development environment. It relates to a spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment that provides a GUI environment in which encoder and decoder components can be used simply by inputting values.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템은, Spiking neural network input data processing system of GUI-based integrated development environment according to an embodiment of the present invention for achieving the above object,

컴포넌트 정보를 입력받는 입력장치(110); an input device 110 that receives component information;

상기 입력장치에서 입력된 컴포넌트 정보를 처리하는 프로세서(120); 및 a processor 120 processing component information input from the input device; and

상기 프로세서(120)에서 처리된 컴포넌트 정보를 저장하는 기억장치(130)를 포함하고,A memory device 130 for storing component information processed by the processor 120,

상기 프로세서(120)는 인코더 컴포넌트(121) 및 디코더 컴포넌트(122)로 구성되되, The processor 120 is composed of an encoder component 121 and a decoder component 122,

상기 인코더 컴포넌트(121)가 정적-동적 데이터 변환 기능을 제공하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the encoder component 121 provides a static-dynamic data conversion function.

이때, 상기 입력장치(110)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, Graphic User Interface)를 제공할 수 있다.At this time, the input device 110 may provide a graphic user interface (GUI).

또한, 상기 인코더 컴포넌트(121)는 상기 입력장치(110)에서 입력된 파라미터를 기반으로 2차원의 정적 데이터를 시간간격이 포함된 동적데이터로 인코딩하도록 구성될 수 있다.Also, the encoder component 121 may be configured to encode 2D static data into dynamic data including a time interval based on parameters input from the input device 110 .

더불어, 상기 인코더 컴포넌트(121)는 단순 인코딩 방식, Poisson 인코딩 방식 및 Population 인코딩 방식 중 선택되는 하나 이상의 인코딩 방식을 이용하도록 구성될 수 있다.In addition, the encoder component 121 may be configured to use one or more encoding methods selected from a simple encoding method, a Poisson encoding method, and a population encoding method.

또한, 상기 디코더 컴포넌트(122)는 인코딩된 동적데이터를 정적데이터로 재변환 하도록 구성될 수 있다.Additionally, the decoder component 122 may be configured to reconvert encoded dynamic data to static data.

본 발명의 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템은, 입력장치가 그래픽 사용자 인터페이스를 지원하여 별도의 코드입력 없이 필요한 파라미터를 입력하는 것으로 뉴로모픽 아키텍처가 적용된 응용개발이 가능하다. 따라서 종래에 뉴로모픽 아키텍처가 적용된 응용을 개발하기 위해서 개발자가 직접 코딩하는 방식에서 걸리던 시간에 비해 보다 적은 시간을 필요로 하여 개발의 효율을 극대화 할 수 있다. 또한 응용 개발에 숙련된 개발자가 필요하던 종래의 개발환경을 벗어나 기본적인 지식만 있더라도 응용개발을 수행할 수 있어 개발 난이도를 낮출 수 있다는 장점을 갖는다.In the spiking neural network input data processing system of the GUI-based integrated development environment of the present invention, the input device supports a graphic user interface to input necessary parameters without separate code input, enabling application development to which a neuromorphic architecture is applied. Therefore, in order to develop an application to which a neuromorphic architecture is applied, less time is required compared to the time required by a developer to directly code, thereby maximizing development efficiency. In addition, it has the advantage of lowering the difficulty of development because it is possible to perform application development even with basic knowledge outside of the conventional development environment in which a skilled developer is required for application development.

사용자는 필요한 매개변수값을 입력하는 것만으로 인코더와 디코더 컴포넌트를 사용할 수 있으며, GUI 환경에서 사용자의 사전학습 없이 컴포넌트 배치만으로 프로그램을 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 인코더 컴포넌트와 디코더 컴포넌트를 통해 정적 데이터 및 동적 데이터 기반의 응용개발을 모두 지원할 수 있다. The user can use the encoder and decoder components just by inputting the necessary parameter values, and the program can be easily implemented by simply arranging the components without prior learning by the user in the GUI environment. In addition, both application development based on static data and dynamic data can be supported through the encoder component and the decoder component.

아울러 3가지의 인코딩 컴포넌트가 제공되어 필요에 따라 사용할 수 있어 활용도를 극대화 시킬 수 있으며, 인코더를 통한 인코딩된 데이터가 스파이킹 신경망 모델에 따라 3가지 방식 중 적어도 하나 이상의 방식으로 제공될 수 있어 호환성을 극대화 시킬 수 있다.In addition, three types of encoding components are provided so that they can be used as needed to maximize utilization, and the encoded data through the encoder can be provided in at least one of the three ways according to the spiking neural network model, improving compatibility. can be maximized.

또한 디코더 컴퍼넌트를 인코딩 과정에서 사용한 매개변수 값을 이용하여 디코딩을 진행한 결과 매개변수 값을 사용하지 않은 결과에 비해 원본데이터와 유사도가 높은 정적 데이터를 얻을 수 있어 생성된 동적 데이터의 식별 및 정확도 판별이 가능하다.In addition, as a result of performing decoding using the parameter values used in the encoding process of the decoder component, static data with a high similarity to the original data can be obtained compared to the result without using the parameter values, thereby identifying and determining the accuracy of the generated dynamic data. this is possible

도 1은 본 발명의 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템의 일실시예
도 2는 본 발명의 입력장치의 일실시예
도 3은 본 발명의 단순 인코딩 방식의 일실시예
도 4는 본 발명의 Poisson 인코딩 방식의 일실시예
도 5는 본 발명의 Population 인코딩 방식의 일실시예
도 6은 본 발명의 디코더 컴포넌트의 일실시예
1 is an embodiment of a spiking neural network input data processing system of the GUI-based integrated development environment of the present invention.
Figure 2 is an embodiment of the input device of the present invention
3 is an embodiment of a simple encoding scheme of the present invention
4 is an embodiment of the Poisson encoding method of the present invention
5 is an embodiment of the population encoding method of the present invention
6 is one embodiment of a decoder component of the present invention;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately uses the concept of terms in order to explain his/her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention. In addition, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention is described in the following description and accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted. The drawings introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification. It should be noted that like elements in the drawings are indicated by like numerals wherever possible.

도 1은 본 발명의 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템의 일실시예이고, 도 2는 본 발명의 입력장치의 일실시예이며, 도 3은 본 발명의 단순 인코딩 방식의 일실시예이며, 도 4는 본 발명의 Poisson 인코딩 방식의 일실시예이고, 도 5는 본 발명의 Population 인코딩 방식의 일실시예이며, 도 6은 본 발명의 디코더 컴포넌트의 일실시예이다.Figure 1 is an embodiment of the spiking neural network input data processing system of the GUI-based integrated development environment of the present invention, Figure 2 is an example of the input device of the present invention, Figure 3 is one of the simple encoding method of the present invention 4 is an embodiment of the Poisson encoding method of the present invention, FIG. 5 is an embodiment of the Population encoding method of the present invention, and FIG. 6 is an embodiment of the decoder component of the present invention.

본 발명의 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템은, The spiking neural network input data processing system of the GUI-based integrated development environment of the present invention,

컴포넌트 정보를 입력받는 입력장치(110); an input device 110 that receives component information;

상기 입력장치(110)에서 입력된 컴포넌트 정보를 처리하는 프로세서(120); 및 a processor 120 processing component information input from the input device 110; and

상기 프로세서(120)에서 처리된 컴포넌트 정보를 저장하는 기억장치(130)를 포함할 수 있다. A memory device 130 for storing component information processed by the processor 120 may be included.

도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 입력장치(110)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, Graphic User Interface)를 제공하여 사용자가 직접 코딩하는 방식이 아니라, 필요한 파라미터를 입력하는 것으로 뉴로모픽 아키텍처가 적용된 응용개발이 가능하다. As shown in FIG. 1, the input device 110 provides a GUI (Graphic User Interface) so that the user inputs necessary parameters rather than directly coding, which is an application with a neuromorphic architecture. development is possible

따라서 종래에 뉴로모픽 아키텍처가 적용된 응용을 개발하기 위해서 개발자가 직접 코딩하는 방식에서 걸리던 시간에 비해 보다 적은 시간을 필요로 하여 개발의 효율을 극대화 할 수 있다. Therefore, in order to develop an application to which a neuromorphic architecture is applied, less time is required compared to the time required by a developer to directly code, thereby maximizing development efficiency.

또한 응용 개발에 숙련된 개발자가 필요하던 종래의 개발환경을 벗어나 기본적인 지식만 있더라도 응용개발에 투입할 수 있어 개발 난이도를 낮출 수 있다는 장점을 갖는다.In addition, it has the advantage of lowering the difficulty of development because it can be put into application development even with basic knowledge beyond the conventional development environment in which a skilled developer is required for application development.

상기 프로세서(120)는 인코더 컴포넌트(121) 및 디코더 컴포넌트(122)로 구성되며, 상기 인코더 컴포넌트(121)는 정적-동적 데이터 변환 기능을 제공할 수 있다.The processor 120 is composed of an encoder component 121 and a decoder component 122, and the encoder component 121 may provide a static-dynamic data conversion function.

상기 인코더 컴포넌트(121)는 상기 입력장치(110)에서 입력된 파라미터를 기반으로 2차원의 정적 데이터를 시간간격이 포함된 동적데이터로 인코딩하도록 구성될 수 있다(도 2).The encoder component 121 may be configured to encode two-dimensional static data into dynamic data including time intervals based on parameters input from the input device 110 (FIG. 2).

기존의 인공신경망에서 쓰이던 정적 데이터를 스파이킹 신경망에 적용하기 위해서는 시계열 정보가 포함된 동적 데이터로 변환해야 한다. 이러한 작업을 인코딩이라고 칭하며, 인코딩은 인코더를 통하여 이루어진다. In order to apply the static data used in the existing artificial neural network to the spiking neural network, it is necessary to convert it into dynamic data containing time series information. This operation is called encoding, and encoding is performed through an encoder.

본 발명은 3가지의 변환 방식을 제공하며, 매개변수값을 설정하여 데이터 변환을 조절할 수 있다. 매개변수 값인 시간 간격은 스파이크 신호의 발화시점을 조정하며, 시간 간격이 증가할수록 n번째 스파이크와 n+1번째 스파이크 사이의 지연시간이 증가한다.The present invention provides three conversion methods, and data conversion can be controlled by setting parameter values. The time interval, which is a parameter value, adjusts the firing time of the spike signal, and as the time interval increases, the delay between the nth spike and the n+1th spike increases.

이때, 2차원의 이미지 데이터는 이미지의 크기에 따라 N*M의 픽셀수를 갖고 있으며, 각 픽셀은 0~255 사이의 값으로 구성되어 있다. 인코딩 과정을 통해 변환된 동적데이터는 입력된 2차원 데이터에서 시간 간격이 적용되는 3차원 텐서형태의 연속적인 시계열 데이터로 변환된다. 시계열 데이터는 시간 간격별 1 또는 0의 값으로 구성되며, 각각의 시점에서 뉴런의 발화 확률을 나타낸다. At this time, the two-dimensional image data has the number of pixels of N*M according to the size of the image, and each pixel is composed of a value between 0 and 255. The dynamic data converted through the encoding process is converted from input 2D data to continuous time-series data in the form of 3D tensor to which time intervals are applied. Time series data consists of a value of 1 or 0 for each time interval, and represents the firing probability of a neuron at each time point.

상기 인코더 컴포넌트(121)는 단순 인코딩 방식, Poisson 인코딩 방식 및 Population 인코딩 방식에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.The encoder component 121 may use one or more selected from a simple encoding method, a Poisson encoding method, and a population encoding method.

도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 단순 인코딩 방식은 입력받은 이미지를 랜덤하게 생성한 동일 사이즈 필터 값을 통과시켜 임계값을 넘는 픽셀에 해당하는 스파이크 값을 얻는다. 이미지와 동일한 크기의 필터를 생성하고 이미지의 각 픽셀에 1대1로 대응되는 값을 무작위로 생성한다.As shown in FIG. 3, in the simple encoding method, a spike value corresponding to a pixel exceeding a threshold value is obtained by passing an input image through a filter value of the same size randomly generated. Creates a filter with the same size as the image and randomly generates a value corresponding to each pixel in the image on a one-to-one basis.

필터 값의 범위를 조절할 수 있으며, 필터의 임계값이 클수록 확률적 특성을 갖는 스파이크 트레인을 얻을 수 있다. The range of filter values can be adjusted, and a spike train having stochastic characteristics can be obtained as the threshold value of the filter increases.

이때, 스파이크(Spike)는 생물학적인 뉴런이 정보를 교환할 때 발생하는 전기적인 파동을 말한다. SNN 모델은 생물학적인 사실에 의거하여 세 가지 가정으로 출발한다. 첫째, 인공신경세포는 많은 입력을 받고 하나의 스파이크 신호를 출력한다. 둘째, 스파이크가 생성될 확률은 입력이 클수록 증가하고 약할수록 감소한다. 셋째, 오직 하나의 기준점으로 스파이크 생성 여부를 결정한다. 스파이크의 수학적 모델은 디랙-델타 함수이다. 시간에 따라 발생하는 간헐적인 스파이크는 각 스파이크에 해당하는 디랙-델타 함수의 합으로 표현되고, 이 합을 스파이크 트레인(Spike train)이라고 표현한다.At this time, the spike refers to an electrical wave generated when biological neurons exchange information. The SNN model starts with three assumptions based on biological facts. First, artificial nerve cells receive many inputs and output one spike signal. Second, the probability of generating a spike increases as the input becomes larger and decreases as the input becomes weaker. Third, it determines whether spikes are generated with only one reference point. Spike's mathematical model is the Dirac-Delta function. Intermittent spikes that occur over time are expressed as the sum of Dirac-delta functions corresponding to each spike, and this sum is expressed as a spike train.

도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, Poisson 인코딩 방식은, 입력 강도를 기반으로 포아송 분포가 적용된 스파이크 데이터를 생성한다. 음이 아닌 Hz단위의 발화속도를 필요로 하며 스파이크 간 간격이 0 이 될 수 없다. 입력된 데이터 사이즈와 픽셀 값을 받아온 후 강도함수를 이용하여 발사속도를 초단위로 계산한다.As shown in FIG. 4, the Poisson encoding method generates spike data to which a Poisson distribution is applied based on the input intensity. It requires a firing rate in non-negative Hz units, and the interval between spikes cannot be zero. After receiving the input data size and pixel value, the firing speed is calculated in seconds using the intensity function.

이후, 계산된 결과를 통하여 포아송 분포를 생성하고 스파이크 간 구간을 샘플링한다. 0 간격을 피하기 위해 구간은 1씩 증가하며, 시간의 흐름에 따라 구간별 스파이크를 누적 합산하여 스파이크 시간을 계산한다.Then, a Poisson distribution is generated through the calculated result, and the interval between spikes is sampled. To avoid the zero interval, the interval is increased by 1, and the spike time is calculated by accumulating and summing the spikes for each interval over time.

Population 인코딩 방식은 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이, 뉴런의 수가 입력되면 군집벡터 방식으로 서로 다른 뉴런들 사이에서 자극에 대한 각각의 다른 반응 특성을 가진 신경세포들의 반응을 선형 결합(linear combination)형태로 표현하는 방법이다. As shown in FIG. 5, in the population encoding method, when the number of neurons is input, the responses of neurons having different response characteristics to stimuli are linearly combined among different neurons in a cluster vector method. way to express it.

다수의 응답에 대한 평균값은 자극 강도에 따라 선형적으로 변하는 가우스 튜닝 곡선의 형태를 포함하고 있으며, 평균과 유사한 자극에 가장 강하게 반응한다.The average value of a plurality of responses includes the form of a Gaussian tuning curve that changes linearly according to the stimulus intensity, and responds most strongly to a stimulus similar to the average.

상기 인코더 컴포넌트(121)를 통하여 N*M 크기의 이미지와 같은 정적 데이터를 시계열 정보를 포함하는 동적 데이터로 변환하는 기능을 제공할 수 있으며, 스파이킹 신경망 모델에 따라 3가지 방식중 적어도 하나 이상의 방식으로 제공될 수 있어 호환성을 극대화 시킬 수 있다.Through the encoder component 121, a function of converting static data such as an image of size N*M into dynamic data including time-series information may be provided, and at least one of three methods may be provided according to the spiking neural network model. can be provided to maximize compatibility.

본 발명은 상기 인코더 컴포넌트(121)를 이용하여 정적 데이터가 시간에 따라 형태가 상이한 스파이크 데이터로 변환될 수 있다. In the present invention, static data may be converted into spike data having different shapes over time using the encoder component 121 .

도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 디코더 컴포넌트(122)는 상기 인코더 컴포넌트(121)에서 생성된 동적 데이터의 식별 및 정확도 판별을 위해 정적 데이터로 복원하는 기능이다. As shown in FIG. 6, the decoder component 122 is a function of restoring dynamic data generated by the encoder component 121 into static data for identification and accuracy determination.

스파이킹 신경망 모델의 동작결과로 클래스 분류가 아닌 이미지, 음성 등의 입력에서 변환된 데이터가 반환될 수 있으며, 입력과 동일한 스파이크 형태의 시계열 데이터가 생성될 수 있다. As a result of the operation of the spiking neural network model, data converted from inputs such as images and voices rather than class classification may be returned, and time-series data in the same spike form as the inputs may be generated.

스파이킹 신경망 모델에서 생성된 시계열 데이터는 다른 스파이킹 신경망 모델의 입력으로 사용할 수 있으며, IoT 또는 인공지능 컴포넌트의 입력으로 사용될 수 있다. The time-series data generated by the Spiking Neural Network model can be used as an input to other Spiking Neural Network models, and can be used as an input to IoT or artificial intelligence components.

또한 동일한 스파이킹 신경망이 아닌 경우, 원래 시계열 데이터로 변환되기 이전의 입력 데이터와 동일한 형식으로 복원되어야 한다. In addition, if it is not the same spiking neural network, it must be restored in the same format as the input data before being converted to original time series data.

본 발명은 인코딩 과정에서 사용한 매개변수 값을 이용하여 디코딩을 진행한 결과 매개변수 값을 사용하지 않은 결과에 비해 원본데이터와 유사도가 높은 정적 데이터를 얻을 수 있다.According to the present invention, as a result of performing decoding using the parameter values used in the encoding process, static data having a high similarity to the original data can be obtained compared to a result without using the parameter values.

더불어, 신경코딩 기반의 변환방식에 따라 인코더에서 이용한 서로 다른 매개변수를 동일하게 사용하여 입력받은 스파이크 열 데이터 구분을 진행한다. In addition, according to the neural coding-based conversion method, the input spike row data is classified using the same different parameters used in the encoder.

MNIST 데이터셋을 이용하여 변환된 스파이크 열 데이터를 입력으로 사용한 디코더 컴포넌트의 동작 결과, 인코더 컴포넌트에 사용된 원본 데이터와 유사한 정적 데이터로 변환할 수 있다. As a result of the operation of the decoder component using the converted spike column data using the MNIST dataset as an input, it can be converted into static data similar to the original data used in the encoder component.

상기 디코더 컴포넌트(122)는 변환된 동적 데이터의 식별 및 정확도 판별을 위해, 상기 인코더 컴포넌트(121)에서 사용되는 동일한 매개변수값을 이용하여 정적 데이터로 복원하는 기능을 제공할 수 있다. The decoder component 122 may provide a function of restoring the converted dynamic data to static data using the same parameter values used in the encoder component 121 for identification and accuracy determination.

본 발명은 정적-동적 데이터 변환 기능을 제공하는 인코더 컴포넌트 및 디코더 컴포넌트를 이용하여 스파이킹 신경망 모델을 지원하는 정적 및 동적 데이터 기반의 응용개발을 모두 지원할 수 있다. The present invention can support both static and dynamic data-based application development supporting a spiking neural network model by using an encoder component and a decoder component that provide a static-dynamic data conversion function.

110: 입력장치
120: 프로세서
121: 인코더 컴포넌트 122: 디코더 컴포넌트
130: 기억장치
110: input device
120: processor
121: encoder component 122: decoder component
130: storage

Claims (6)

컴포넌트 정보를 입력받는 입력장치(110);
상기 입력장치에서 입력된 컴포넌트 정보를 처리하는 프로세서(120); 및
상기 프로세서(120)에서 처리된 컴포넌트 정보를 저장하는 기억장치(130)를 포함하며,
상기 프로세서(120)는 인코더 컴포넌트(121) 및 디코더 컴포넌트(122)로 구성되는 것을 특징으로 하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템.
an input device 110 that receives component information;
a processor 120 processing component information input from the input device; and
A memory device 130 for storing component information processed by the processor 120,
The processor 120 is a spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment, characterized in that composed of an encoder component 121 and a decoder component 122.
제1항에 있어서,
상기 인코더 컴포넌트(121)는 정적-동적 데이터 변환 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템.
According to claim 1,
The encoder component 121 is a spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment, characterized in that it provides a static-dynamic data conversion function.
제2항에 있어서,
상기 입력장치(110)는
그래픽 사용자 인터페이스(GUI, Graphic User Interface)를 제공하는 것을 특징으로 하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템.
According to claim 2,
The input device 110 is
A spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment, characterized in that it provides a graphical user interface (GUI).
제3항에 있어서,
상기 인코더 컴포넌트(121)는
상기 입력장치(110)에서 입력된 파라미터를 기반으로 2차원의 정적 데이터를 시간간격이 포함된 동적데이터로 인코딩하는 것을 특징으로 하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템.
According to claim 3,
The encoder component 121 is
A spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment, characterized in that for encoding two-dimensional static data into dynamic data including a time interval based on the parameters input from the input device 110.
제4항에 있어서,
상기 인코더 컴포넌트(121)는
단순 인코딩 방식, Poisson 인코딩 방식 및 Population 인코딩 방식 중 선택되는 하나 이상의 인코딩 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템.
According to claim 4,
The encoder component 121 is
A spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment, characterized by using one or more encoding methods selected from simple encoding method, Poisson encoding method, and population encoding method.
제5항에 있어서,
상기 디코더 컴포넌트(122)는
인코딩된 동적데이터를 정적데이터로 재변환 하는 것을 특징으로 하는 GUI 기반 통합 개발환경의 스파이킹 신경망 입력데이터 처리시스템.
According to claim 5,
The decoder component 122 is
A spiking neural network input data processing system of a GUI-based integrated development environment, characterized in that the encoded dynamic data is reconverted into static data.
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