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## 1. 简介 ## 1. 简介
PP-OCRv3在PP-OCRv2的基础上进一步升级。检测模型仍然基于DB算法,优化策略采用了带残差注意力机制的FPN结构RSEFPN、增大感受野的PAN结构LKPAN、基于DML训练的更优的教师模型;识别模型将base模型从CRNN替换成了IJCAI 2022论文[SVTR](),并采用SVTR轻量化、带指导训练CTC、数据增广策略RecConAug、自监督训练的更好的预训练模型、无标签数据的使用进行模型加速和效果提升。更多细节请参考PP-OCRv3[技术报告](./PP-OCRv3_introduction.md)。 PP-OCRv3在PP-OCRv2的基础上进一步升级。检测模型仍然基于DB算法,优化策略采用了带残差注意力机制的FPN结构RSEFPN、增大感受野的PAN结构LKPAN、基于DML训练的更优的教师模型;识别模型将base模型从CRNN替换成了IJCAI 2022论文[SVTR](https://arxiv.org/abs/2205.00159),并采用SVTR轻量化、带指导训练CTC、数据增广策略RecConAug、自监督训练的更好的预训练模型、无标签数据的使用进行模型加速和效果提升。更多细节请参考PP-OCRv3[技术报告](./PP-OCRv3_introduction.md)
PP-OCRv3系统pipeline如下: PP-OCRv3系统pipeline如下:
...@@ -70,61 +70,91 @@ LKPAN(Large Kernel PAN)是一个具有更大感受野的轻量级[PAN](https://a ...@@ -70,61 +70,91 @@ LKPAN(Large Kernel PAN)是一个具有更大感受野的轻量级[PAN](https://a
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## 3. 识别优化 ## 3. 识别优化
[SVTR](https://arxiv.org/abs/2205.00159) 证明了强大的单视觉模型(无需序列模型)即可高效准确完成文本识别任务,在中英文数据上均有优秀的表现。经过实验验证,SVTR_Tiny在自建的 [中文数据集上](https://arxiv.org/abs/2109.03144) ,识别精度可以提升10.7%,网络结构如下所示: PP-OCRv3 识别模型在 PP-OCRv2 的基础上从8个策略上进一步优化,PP-OCRv3系统流程图如下:
<div align="center">
<img src="../ppocr_v3/v3_rec_pipeline.png" width=800>
</div>
总体来讲PP-OCRv3识别主要从网络结构、蒸馏策略、数据增强三个方向做了进一步优化:
<img src="../ppocr_v3/svtr_tiny.jpg" width=800> - 网络结构上:考虑[SVTR](https://arxiv.org/abs/2205.00159) 在中英文效果上的优越性,采用SVTR_Tiny作为base,选取Global Mixing Block和卷积组合提取特征,并将Global Mixing Block位置后移进行加速; 参考 [GTC](https://arxiv.org/pdf/2002.01276.pdf) 策略,使用注意力机制模块指导CTC训练,定位和识别字符,提升不规则文本的识别精度。
- 蒸馏策略上:参考 [SSL](https://github.com/ku21fan/STR-Fewer-Labels) 设计了方向分类前序任务,获取更优预训练模型,加速模型收敛过程,提升精度; 使用UDML蒸馏策略、监督attention、ctc两个分支得到更优模型。
- 数据增强上:基于 [ConCLR](https://www.cse.cuhk.edu.hk/~byu/papers/C139-AAAI2022-ConCLR.pdf) 中的ConAug方法,改进得到 TextConAug 数据增广方法,支持随机结合任意多张图片,提升训练数据的上下文信息丰富度,增强模型鲁棒性
- 无标注数据: 使用 SVTR_large 预测无标签数据,向训练集中补充81w高质量真实数据。
由于 MKLDNN 加速库支持的模型结构有限,SVTR 在CPU+MKLDNN上相比PP-OCRv2慢了10倍。 基于上述策略,PP-OCRv3识别模型相比PP-OCRv2,在速度可比的情况下,精度进一步提升4.6%。 具体消融实验如下所示:
PP-OCRv3 期望在提升模型精度的同时,不带来额外的推理耗时。通过分析发现,SVTR_Tiny结构的主要耗时模块为Mixing Block,因此我们对 SVTR_Tiny 的结构进行了一系列优化(详细速度数据请参考下方消融实验表格): | ID | 策略 | 模型大小 | 精度 | 速度(CPU + MKLDNN)|
|-----|-----|--------|----| --- |
| 01 | PP-OCRv2 | 8M | 74.8% | 8.54ms |
| 02 | SVTR_Tiny | 21M | 80.1% | 97ms |
| 03 | SVTR_LCNet | 12M | 71.9% | 6.6ms |
| 04 | + GTC | 12M | 75.8% | 7.6ms |
| 05 | + TextConAug | 12M | 76.3% | 7.6ms |
| 06 | + TextRotNet | 12M | 76.9% | 7.6ms |
| 07 | + UDML | 12M | 78.4% | 7.6ms |
| 08 | + UIM | 12M | 79.4% | 7.6ms |
1. 将SVTR网络前半部分替换为PP-LCNet的前三个stage,保留4个 Global Mixing Block ,精度为76%,加速69%,网络结构如下所示: 注: 测试速度时,实验01-03输入图片尺寸均为(3,32,320),04-08输入图片尺寸均为(3,48,320)。在实际预测时,图像为变长输入,速度会有所变化。
<img src="../ppocr_v3/svtr_g4.png" width=800>
2. 将4个 Global Attenntion Block 减小到2个,精度为72.9%,加速69%,网络结构如下所示:
<img src="../ppocr_v3/svtr_g2.png" width=800>
3. 实验发现 Global Attention 的预测速度与输入其特征的shape有关,因此后移Global Mixing Block的位置到池化层之后,精度下降为71.9%,速度超越 CNN-base 的PP-OCRv2 22%,网络结构如下所示:
<img src="../ppocr_v3/ppocr_v3.png" width=800>
为了提升模型精度同时不引入额外推理成本,PP-OCRv3参考GTC策略,使用Attention监督CTC训练,预测时完全去除Attention模块,在推理阶段不增加任何耗时, 精度提升3.8%,训练流程如下所示:
<img src="../ppocr_v3/GTC.png" width=800>
在训练策略方面,PP-OCRv3参考 [SSL](https://github.com/ku21fan/STR-Fewer-Labels) 设计了文本方向任务,训练了适用于文本识别的预训练模型,加速模型收敛过程,精度提升了0.6%; 使用UDML蒸馏策略,进一步提升精度1.5%,训练流程所示 下面具体介绍各策略的设计思路
<img src="../ppocr_v3/SSL.png" width="300"> <img src="../ppocr_v3/UDML.png" width="500"> 网络结构上,PP-OCRv3将base模型从CRNN替换成了[SVTR](https://arxiv.org/abs/2205.00159),SVTR证明了强大的单视觉模型(无需序列模型)即可高效准确完成文本识别任务,在中英文数据上均有优秀的表现。经过实验验证,SVTR_Tiny 在自建的 [中文数据集上](https://arxiv.org/abs/2109.03144) ,识别精度可以提升至80.1%,SVTR_Tiny 网络结构如下所示:
<div align="center">
<img src="../ppocr_v3/svtr_tiny.png" width=800>
</div>
由于 MKLDNN 加速库支持的模型结构有限,SVTR 在 CPU+MKLDNN 上相比 PP-OCRv2 慢了10倍。
数据增强方面: PP-OCRv3 期望在提升模型精度的同时,不带来额外的推理耗时。通过分析发现,SVTR_Tiny 结构的主要耗时模块为 Mixing Block,因此我们对 SVTR_Tiny 的结构进行了一系列优化(详细速度数据请参考下方消融实验表格):
1. 基于 [ConCLR](https://www.cse.cuhk.edu.hk/~byu/papers/C139-AAAI2022-ConCLR.pdf) 中的ConAug方法,设计了 RecConAug 数据增强方法,增强数据多样性,精度提升0.5%,增强可视化效果如下所示: 1. 将 SVTR 网络前半部分替换为 PP-LCNet 的前三个stage,保留4个 Global Mixing Block ,精度为76%,加速69%,网络结构如下所示:
<img src="../ppocr_v3/recconaug.png" width=800> <div align="center">
<img src="../ppocr_v3/svtr_g4.png" width=800>
</div>
2. 将4个 Global Mixing Block 减小到2个,精度为72.9%,加速69%,网络结构如下所示:
<div align="center">
<img src="../ppocr_v3/svtr_g2.png" width=800>
</div>
3. 实验发现 Global Mixing Block 的预测速度与输入其特征的shape有关,因此后移 Global Mixing Block 的位置到池化层之后,精度下降为71.9%,速度超越基于CNN结构的PP-OCRv2-baseline 22%,网络结构如下所示:
<div align="center">
<img src="../ppocr_v3/LCNet_SVTR.png" width=800>
</div>
2. 使用训练好的 SVTR_large 预测 120W 的 lsvt 无标注数据,取出其中得分大于0.95的数据,共得到81W识别数据加入到PP-OCRv3的训练数据中,精度提升1%。 具体消融实验如下所示:
总体来讲PP-OCRv3识别从网络结构、训练策略、数据增强三个方向做了进一步优化: | ID | 策略 | 模型大小 | 精度 | 速度(CPU + MKLDNN)|
|-----|-----|--------|----| --- |
| 01 | PP-OCRv2-baseline | 8M | 69.3% | 8.54ms |
| 02 | SVTR_Tiny | 21M | 80.1% | 97ms |
| 03 | SVTR_LCNet(G4) | 9.2M | 76% | 30ms |
| 04 | SVTR_LCNet(G2) | 13M | 72.98% | 9.37ms |
| 05 | SVTR_LCNet | 12M | 71.9% | 6.6ms |
- 网络结构上:考虑[SVTR](https://arxiv.org/abs/2205.00159) 在中英文效果上的优越性,采用SVTR_Tiny作为base,选取Global Mixing Block和卷积组合提取特征,并将Global Mixing Block位置后移进行加速; 参考 [GTC](https://arxiv.org/pdf/2002.01276.pdf) 策略,使用注意力机制模块指导CTC训练,定位和识别字符,提升不规则文本的识别精度。 注: 测试速度时,输入图片尺寸均为(3,32,320); PP-OCRv2-baseline 代表没有借助蒸馏方法训练得到的模型
- 训练策略上:参考 [SSL](https://github.com/ku21fan/STR-Fewer-Labels) 设计了方向分类前序任务,获取更优预训练模型,加速模型收敛过程,提升精度; 使用UDML蒸馏策略、监督attention、ctc两个分支得到更优模型。
- 数据增强上:基于 [ConCLR](https://www.cse.cuhk.edu.hk/~byu/papers/C139-AAAI2022-ConCLR.pdf) 中的ConAug方法,改进得到 RecConAug 数据增广方法,支持随机结合任意多张图片,提升训练数据的上下文信息丰富度,增强模型鲁棒性;使用 SVTR_large 预测无标签数据,向训练集中补充81w高质量真实数据。
基于上述策略,PP-OCRv3识别模型相比PP-OCRv2,在速度可比的情况下,精度进一步提升4.5%。 具体消融实验如下所示: 为了提升模型精度同时不引入额外推理成本,PP-OCRv3 参考 GTC(Guided Training of CTC) 策略,使用 Attention 监督 CTC 训练,预测时完全去除 Attention 模块,在推理阶段不增加任何耗时, 精度提升3.8%,训练流程如下所示:
<div align="center">
<img src="../ppocr_v3/GTC.png" width=800>
</div>
实验细节:
| id | 策略 | 模型大小 | 精度 | 速度(cpu + mkldnn)| 在蒸馏策略方面:
|-----|-----|--------|----| --- |
| 01 | PP-OCRv2 | 8M | 69.3% | 8.54ms | PP-OCRv3参考 [SSL](https://github.com/ku21fan/STR-Fewer-Labels) 设计了文本方向任务,训练了适用于文本识别的预训练模型,加速模型收敛过程,精度提升了0.6%; 使用UDML蒸馏策略,进一步提升精度1.5%,训练流程所示:
| 02 | SVTR_Tiny | 21M | 80.1% | 97ms | <div align="center">
| 03 | LCNet_SVTR_G4 | 9.2M | 76% | 30ms | <img src="../ppocr_v3/SSL.png" width="300"> <img src="../ppocr_v3/UDML.png" width="500">
| 04 | LCNet_SVTR_G2 | 13M | 72.98% | 9.37ms | </div>
| 05 | PP-OCRv3 | 12M | 71.9% | 6.6ms |
| 06 | + large input_shape | 12M | 73.98% | 7.6ms |
| 06 | + GTC | 12M | 75.8% | 7.6ms | 数据增强方面:
| 07 | + RecConAug | 12M | 76.3% | 7.6ms |
| 08 | + SSL pretrain | 12M | 76.9% | 7.6ms | 1. 基于 [ConCLR](https://www.cse.cuhk.edu.hk/~byu/papers/C139-AAAI2022-ConCLR.pdf) 中的ConAug方法,设计了 RecConAug 数据增强方法,增强数据多样性,精度提升0.5%,增强可视化效果如下所示:
| 09 | + UDML | 12M | 78.4% | 7.6ms | <div align="center">
| 10 | + unlabeled data | 12M | 79.4% | 7.6ms | <img src="../ppocr_v3/recconaug.png" width=800>
</div>
注: 测试速度时,实验01-05输入图片尺寸均为(3,32,320),06-10输入图片尺寸均为(3,48,320) 2. 使用训练好的 SVTR_large 预测 120W 的 lsvt 无标注数据,取出其中得分大于0.95的数据,共得到81W识别数据加入到PP-OCRv3的训练数据中,精度提升1%。
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## 4. 端到端评估 ## 4. 端到端评估
...@@ -107,16 +107,17 @@ PaddleOCR提供的可下载模型包括`推理模型`、`训练模型`、`预训 ...@@ -107,16 +107,17 @@ PaddleOCR提供的可下载模型包括`推理模型`、`训练模型`、`预训
|模型名称|字典文件|模型简介|配置文件|推理模型大小|下载地址| |模型名称|字典文件|模型简介|配置文件|推理模型大小|下载地址|
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| korean_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/korean_dict.txt |韩文识别|[korean_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/korean_PP-OCRv3_rec.yml)|11M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/korean_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/korean_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | korean_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/korean_dict.txt |韩文识别|[korean_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/korean_PP-OCRv3_rec.yml)|11M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/korean_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/korean_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| japan_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/japan_dict.txt |日文识别|[japan_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/japan_PP-OCRv3_rec.yml)|11M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/japan_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/japan_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | japan_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/japan_dict.txt |日文识别|[japan_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/japan_PP-OCRv3_rec.yml)|11M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/japan_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/japan_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
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| te_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/te_dict.txt | 泰卢固文识别|[te_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/te_PP-OCRv3_rec.yml)|9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/te_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/te_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | te_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/te_dict.txt | 泰卢固文识别|[te_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/te_PP-OCRv3_rec.yml)|9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/te_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/te_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| ka_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/ka_dict.txt |卡纳达文识别|[ka_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/ka_PP-OCRv3_rec.yml)|9.9M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/ka_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/ka_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | ka_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/ka_dict.txt |卡纳达文识别|[ka_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/ka_PP-OCRv3_rec.yml)|9.9M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/ka_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/ka_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| ta_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/ta_dict.txt |泰米尔文识别|[ta_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/ta_PP-OCRv3_rec.yml)|9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/ta_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/ta_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | ta_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/ta_dict.txt |泰米尔文识别|[ta_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/ta_PP-OCRv3_rec.yml)|9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/ta_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/ta_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| latin_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/latin_dict.txt | 拉丁文识别 | [latin_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/latin_PP-OCRv3_rec.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/latin_ppocr_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/latin_ppocr_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | latin_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/latin_dict.txt | 拉丁文识别 | [latin_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/latin_PP-OCRv3_rec.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/latin_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/latin_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| arabic_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/arabic_dict.txt | 阿拉伯字母 | [arabic_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/rec_arabic_lite_train.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/arabic_ppocr_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/arabic_ppocr_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | arabic_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/arabic_dict.txt | 阿拉伯字母 | [arabic_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/rec_arabic_lite_train.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/arabic_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/arabic_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| cyrillic_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/cyrillic_dict.txt | 斯拉夫字母 | [cyrillic_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/cyrillic_PP-OCRv3_rec.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/cyrillic_ppocr_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/cyrillic_ppocr_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | cyrillic_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/cyrillic_dict.txt | 斯拉夫字母 | [cyrillic_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/cyrillic_PP-OCRv3_rec.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/cyrillic_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/cyrillic_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
| devanagari_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/devanagari_dict.txt |梵文字母 | [devanagari_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/devanagari_PP-OCRv3_rec.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/devanagari_ppocr_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/multilingual/devanagari_ppocr_PP-OCRv3_rec_train.tar) | | devanagari_PP-OCRv3_rec | ppocr/utils/dict/devanagari_dict.txt |梵文字母 | [devanagari_PP-OCRv3_rec.yml](../../configs/rec/PP-OCRv3/multi_language/devanagari_PP-OCRv3_rec.yml) |9.6M|[推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/devanagari_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/multilingual/devanagari_PP-OCRv3_rec_train.tar) |
更多支持语种请参考: [多语言模型](./multi_languages.md) 更多支持语种请参考: [多语言模型](./multi_languages.md)
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  • 2-up
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  • Onion skin
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