examples/imagenet/main.cpp

   1 /******************************************************************************
   2  * Copyright (c) 2018, Texas Instruments Incorporated - http://www.ti.com/
   3  *   All rights reserved.
   4  *
   5  *   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  *   modification, are permitted provided that the following conditions are met:
   7  *       * Redistributions of source code must retain the above copyright
   8  *         notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   9  *       * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  10  *         notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  11  *         documentation and/or other materials provided with the distribution.
  12  *       * Neither the name of Texas Instruments Incorporated nor the
  13  *         names of its contributors may be used to endorse or promote products
  14  *         derived from this software without specific prior written permission.
  15  *
  16  *   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
  17  *   AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18  *   IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19  *   ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE
  20  *   LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
  21  *   CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
  22  *   SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
  23  *   INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
  24  *   CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  25  *   ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF
  26  *   THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  27  *****************************************************************************/
  28 #include <signal.h>
  29 #include <getopt.h>
  30 #include <iostream>
  31 #include <iomanip>
  32 #include <fstream>
  33 #include <cassert>
  34 #include <string>
  35 #include <functional>
  36 #include <algorithm>
  37 #include <time.h>
  38 #include <unistd.h>
  39
  40 #include <queue>
  41 #include <vector>
  42
  43 #include "executor.h"
  44 #include "execution_object.h"
  45 #include "configuration.h"
  46 #include "imagenet_classes.h"
  47 #include "imgutil.h"
  48
  49 #include "opencv2/core.hpp"
  50 #include "opencv2/imgproc.hpp"
  51 #include "opencv2/highgui.hpp"
  52 #include "opencv2/videoio.hpp"
  53
  54
  55 bool __TI_show_debug_ = false;
  56
  57 using namespace tidl;
  58 using namespace tidl::imgutil;
  59 using namespace cv;
  60
  61 #define NUM_VIDEO_FRAMES  100
  62
  63 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, int num_devices,
  64                       DeviceType device_type, std::string& input_file);
  65 bool RunAllConfigurations(int32_t num_devices, DeviceType device_type);
  66
  67 bool ReadFrame(ExecutionObject& eo, int frame_idx,
  68                const Configuration& configuration, int num_frames,
  69                std::string& image_file, VideoCapture &cap);
  70
  71 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo);
  72
  73 static void ProcessArgs(int argc, char *argv[],
  74                         std::string& config,
  75                         int& num_devices,
  76                         DeviceType& device_type,
  77                         std::string& input_file);
  78
  79 static void DisplayHelp();
  80
  81 static double ms_diff(struct timespec &t0, struct timespec &t1)
  82 { return (t1.tv_sec - t0.tv_sec) * 1e3 + (t1.tv_nsec - t0.tv_nsec) / 1e6; }
  83
  84
  85 int main(int argc, char *argv[])
  86 {
  87     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  88     signal(SIGABRT, exit);
  89     signal(SIGTERM, exit);
  90
  91     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
  92     uint32_t num_eve = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
  93     uint32_t num_dsp = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
  94     if (num_eve == 0 && num_dsp == 0)
  95     {
  96         std::cout << "TI DL not supported on this SoC." << std::endl;
  97         return EXIT_SUCCESS;
  98     }
  99
 100     // Process arguments
 101     std::string config      = "j11_v2";
 102     std::string input_file  = "../test/testvecs/input/objects/cat-pet-animal-domestic-104827.jpeg";
 103     int         num_devices = 1;
 104     DeviceType  device_type = (num_eve > 0 ? DeviceType::EVE:DeviceType::DSP);
 105     ProcessArgs(argc, argv, config, num_devices, device_type, input_file);
 106
 107     std::cout << "Input: " << input_file << std::endl;
 108     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 109                               + config + ".txt";
 110     bool status = RunConfiguration(config_file, num_devices, device_type,
 111                                    input_file);
 112
 113     if (!status)
 114     {
 115         std::cout << "imagenet FAILED" << std::endl;
 116         return EXIT_FAILURE;
 117     }
 118
 119     std::cout << "imagenet PASSED" << std::endl;
 120     return EXIT_SUCCESS;
 121 }
 122
 123 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, int num_devices,
 124                       DeviceType device_type, std::string& input_file)
 125 {
 126     DeviceIds ids;
 127     for (int i = 0; i < num_devices; i++)
 128         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 129
 130     // Read the TI DL configuration file
 131     Configuration configuration;
 132     bool status = configuration.ReadFromFile(config_file);
 133     if (!status)
 134     {
 135         std::cerr << "Error in configuration file: " << config_file
 136                   << std::endl;
 137         return false;
 138     }
 139
 140     // setup input
 141     int num_frames = 1;
 142     VideoCapture cap;
 143     std::string image_file;
 144     if (input_file == "camera")
 145     {
 146         cap = VideoCapture(1);  // cap = VideoCapture("test.mp4");
 147         if (! cap.isOpened())
 148         {
 149             std::cerr << "Cannot open camera input." << std::endl;
 150             return false;
 151         }
 152         num_frames = NUM_VIDEO_FRAMES;
 153         namedWindow("ImageNet", WINDOW_AUTOSIZE | CV_GUI_NORMAL);
 154     }
 155     else
 156     {
 157         image_file = input_file;
 158     }
 159
 160     try
 161     {
 162         // Create a executor with the approriate core type, number of cores
 163         // and configuration specified
 164         Executor executor(device_type, ids, configuration);
 165
 166         // Query Executor for set of ExecutionObjects created
 167         const ExecutionObjects& execution_objects =
 168                                                 executor.GetExecutionObjects();
 169         int num_eos = execution_objects.size();
 170
 171         // Allocate input and output buffers for each execution object
 172         std::vector<void *> buffers;
 173         for (auto &eo : execution_objects)
 174         {
 175             size_t in_size  = eo->GetInputBufferSizeInBytes();
 176             size_t out_size = eo->GetOutputBufferSizeInBytes();
 177             ArgInfo in  = { ArgInfo(malloc(in_size),  in_size)};
 178             ArgInfo out = { ArgInfo(malloc(out_size), out_size)};
 179             eo->SetInputOutputBuffer(in, out);
 180
 181             buffers.push_back(in.ptr());
 182             buffers.push_back(out.ptr());
 183         }
 184
 185         #define MAX_NUM_EOS  4
 186         struct timespec t0[MAX_NUM_EOS], t1;
 187
 188         // Process frames with available execution objects in a pipelined manner
 189         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 190         for (int frame_idx = 0;
 191              frame_idx < num_frames + num_eos; frame_idx++)
 192         {
 193             ExecutionObject* eo = execution_objects[frame_idx % num_eos].get();
 194
 195             // Wait for previous frame on the same eo to finish processing
 196             if (eo->ProcessFrameWait())
 197             {
 198                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t1);
 199                 double elapsed_host =
 200                                 ms_diff(t0[eo->GetFrameIndex() % num_eos], t1);
 201                 double elapsed_device = eo->GetProcessTimeInMilliSeconds();
 202                 double overhead = 100 - (elapsed_device/elapsed_host*100);
 203
 204                 std::cout << "frame[" << eo->GetFrameIndex() << "]: "
 205                           << "Time on device: "
 206                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 207                           << elapsed_device << "ms, "
 208                           << "host: "
 209                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 210                           << elapsed_host << "ms ";
 211                 std::cout << "API overhead: "
 212                           << std::setw(6) << std::setprecision(3)
 213                           << overhead << " %" << std::endl;
 214
 215                 WriteFrameOutput(*eo);
 216             }
 217
 218             // Read a frame and start processing it with current eo
 219             if (ReadFrame(*eo, frame_idx, configuration, num_frames,
 220                           image_file, cap))
 221             {
 222                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t0[frame_idx % num_eos]);
 223                 eo->ProcessFrameStartAsync();
 224             }
 225         }
 226
 227         for (auto b : buffers)
 228             free(b);
 229
 230     }
 231     catch (tidl::Exception &e)
 232     {
 233         std::cerr << e.what() << std::endl;
 234         status = false;
 235     }
 236
 237     return status;
 238 }
 239
 240
 241 bool ReadFrame(ExecutionObject &eo, int frame_idx,
 242                const Configuration& configuration, int num_frames,
 243                std::string& image_file, VideoCapture &cap)
 244 {
 245     if (frame_idx >= num_frames)
 246         return false;
 247     eo.SetFrameIndex(frame_idx);
 248
 249     char*  frame_buffer = eo.GetInputBufferPtr();
 250     assert (frame_buffer != nullptr);
 251
 252     Mat image;
 253     if (! image_file.empty())
 254     {
 255         image = cv::imread(image_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 256         if (image.empty())
 257         {
 258             std::cerr << "Unable to read from: " << image_file << std::endl;
 259             return false;
 260         }
 261     }
 262     else
 263     {
 264         Mat v_image;
 265         if (! cap.grab())  return false;
 266         if (! cap.retrieve(v_image)) return false;
 267         // Crop 640x480 camera input to center 256x256 input
 268         image = Mat(v_image, Rect(192, 112, 256, 256));
 269         cv::imshow("ImageNet", image);
 270         waitKey(2);
 271     }
 272
 273     // TI DL image preprocessing, into frame_buffer
 274     return PreProcImage(image, frame_buffer, 1, 3,
 275                         configuration.inWidth, configuration.inHeight,
 276                         configuration.inWidth,
 277                         configuration.inWidth * configuration.inHeight,
 278                         1, configuration.preProcType);
 279 }
 280
 281 // Display top 5 classified imagenet classes with probabilities
 282 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo)
 283 {
 284     const int k = 5;
 285     unsigned char *out = (unsigned char *) eo.GetOutputBufferPtr();
 286     int out_size = eo.GetOutputBufferSizeInBytes();
 287
 288     // sort and get k largest values and corresponding indices
 289     typedef std::pair<unsigned char, int> val_index;
 290     auto constexpr cmp = [](val_index &left, val_index &right)
 291                          { return left.first > right.first; };
 292     std::priority_queue<val_index, std::vector<val_index>, decltype(cmp)>
 293             queue(cmp);
 294     // initialize priority queue with smallest value on top
 295     for (int i = 0; i < k; i++)
 296         queue.push(val_index(out[i], i));
 297
 298     // for rest output, if larger than current min, pop min, push new val
 299     for (int i = k; i < out_size; i++)
 300     {
 301         if (out[i] > queue.top().first)
 302         {
 303           queue.pop();
 304           queue.push(val_index(out[i], i));
 305         }
 306     }
 307
 308     // output top k values in reverse order: largest val first
 309     std::vector<val_index> sorted;
 310     while (! queue.empty())
 311     {
 312       sorted.push_back(queue.top());
 313       queue.pop();
 314     }
 315
 316     for (int i = k - 1; i >= 0; i--)
 317     {
 318         std::cout << k-i << ": " << imagenet_classes[sorted[i].second]
 319                   << ", prob = " << (float) sorted[i].first / 256 << std::endl;
 320     }
 321
 322     return true;
 323 }
 324
 325
 326 void ProcessArgs(int argc, char *argv[], std::string& config,
 327                  int& num_devices, DeviceType& device_type,
 328                  std::string& input_file)
 329 {
 330     const struct option long_options[] =
 331     {
 332         {"config",      required_argument, 0, 'c'},
 333         {"num_devices", required_argument, 0, 'n'},
 334         {"device_type", required_argument, 0, 't'},
 335         {"image_file",  required_argument, 0, 'i'},
 336         {"help",        no_argument,       0, 'h'},
 337         {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
 338         {0, 0, 0, 0}
 339     };
 340
 341     int option_index = 0;
 342
 343     while (true)
 344     {
 345         int c = getopt_long(argc, argv, "c:n:t:i:hv", long_options, &option_index);
 346
 347         if (c == -1)
 348             break;
 349
 350         switch (c)
 351         {
 352             case 'c': config = optarg;
 353                       break;
 354
 355             case 'n': num_devices = atoi(optarg);
 356                       assert (num_devices > 0 && num_devices <= 4);
 357                       break;
 358
 359             case 't': if (*optarg == 'e')
 360                           device_type = DeviceType::EVE;
 361                       else if (*optarg == 'd')
 362                           device_type = DeviceType::DSP;
 363                       else
 364                       {
 365                           std::cerr << "Invalid argument to -t, only e or d"
 366                                        " allowed" << std::endl;
 367                           exit(EXIT_FAILURE);
 368                       }
 369                       break;
 370
 371             case 'i': input_file = optarg;
 372                       break;
 373
 374             case 'v': __TI_show_debug_ = true;
 375                       break;
 376
 377             case 'h': DisplayHelp();
 378                       exit(EXIT_SUCCESS);
 379                       break;
 380
 381             case '?': // Error in getopt_long
 382                       exit(EXIT_FAILURE);
 383                       break;
 384
 385             default:
 386                       std::cerr << "Unsupported option: " << c << std::endl;
 387                       break;
 388         }
 389     }
 390 }
 391
 392 void DisplayHelp()
 393 {
 394     std::cout << "Usage: imagenet\n"
 395                  "  Will run imagenet network to predict top 5 object"
 396                  " classes for the input.\n  Use -c to run a"
 397                  "  different imagenet network. Default is j11_v2.\n"
 398                  "Optional arguments:\n"
 399                  " -c <config>          Valid configs: j11_bn, j11_prelu, j11_v2\n"
 400                  " -n <number of cores> Number of cores to use (1 - 4)\n"
 401                  " -t <d|e>             Type of core. d -> DSP, e -> EVE\n"
 402                  " -i <image>           Path to the image file\n"
 403                  " -i camera            Use camera as input\n"
 404                  " -v                   Verbose output during execution\n"
 405                  " -h                   Help\n";
 406 }
 407