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 tinn;
  58 using namespace tinn::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_dla = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DLA);
  93     uint32_t num_dsp = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
  94     if (num_dla == 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/airshow.jpg";
 103     int         num_devices = 1;
 104     DeviceType  device_type = DeviceType::DLA;
 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     // Determine input frame size from configuration
 161     size_t frame_sz = configuration.inWidth * configuration.inHeight *
 162                       configuration.inNumChannels;
 163
 164     try
 165     {
 166         // Create a executor with the approriate core type, number of cores
 167         // and configuration specified
 168         Executor executor(device_type, ids, configuration);
 169
 170         // Query Executor for set of ExecutionObjects created
 171         const ExecutionObjects& execution_objects =
 172                                                 executor.GetExecutionObjects();
 173         int num_eos = execution_objects.size();
 174
 175         // Allocate input and output buffers for each execution object
 176         std::vector<void *> buffers;
 177         for (auto &eo : execution_objects)
 178         {
 179             ArgInfo in  = { ArgInfo(malloc(frame_sz), frame_sz)};
 180             ArgInfo out = { ArgInfo(malloc(frame_sz), frame_sz)};
 181             eo->SetInputOutputBuffer(in, out);
 182
 183             buffers.push_back(in.ptr());
 184             buffers.push_back(out.ptr());
 185         }
 186
 187         #define MAX_NUM_EOS  4
 188         struct timespec t0[MAX_NUM_EOS], t1;
 189
 190         // Process frames with available execution objects in a pipelined manner
 191         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 192         for (int frame_idx = 0;
 193              frame_idx < num_frames + num_eos; frame_idx++)
 194         {
 195             ExecutionObject* eo = execution_objects[frame_idx % num_eos].get();
 196
 197             // Wait for previous frame on the same eo to finish processing
 198             if (eo->ProcessFrameWait())
 199             {
 200                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t1);
 201                 double elapsed_host =
 202                                 ms_diff(t0[eo->GetFrameIndex() % num_eos], t1);
 203                 double elapsed_device = eo->GetProcessTimeInMilliSeconds();
 204                 double overhead = 100 - (elapsed_device/elapsed_host*100);
 205
 206                 std::cout << "frame[" << eo->GetFrameIndex() << "]: "
 207                           << "Time on device: "
 208                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 209                           << elapsed_device << "ms, "
 210                           << "host: "
 211                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 212                           << elapsed_host << "ms ";
 213                 std::cout << "API overhead: "
 214                           << std::setw(6) << std::setprecision(3)
 215                           << overhead << " %" << std::endl;
 216
 217                 WriteFrameOutput(*eo);
 218             }
 219
 220             // Read a frame and start processing it with current eo
 221             if (ReadFrame(*eo, frame_idx, configuration, num_frames,
 222                           image_file, cap))
 223             {
 224                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t0[frame_idx % num_eos]);
 225                 eo->ProcessFrameStartAsync();
 226             }
 227         }
 228
 229         for (auto b : buffers)
 230             free(b);
 231
 232     }
 233     catch (tinn::Exception &e)
 234     {
 235         std::cerr << e.what() << std::endl;
 236         status = false;
 237     }
 238
 239     return status;
 240 }
 241
 242
 243 bool ReadFrame(ExecutionObject &eo, int frame_idx,
 244                const Configuration& configuration, int num_frames,
 245                std::string& image_file, VideoCapture &cap)
 246 {
 247     if (frame_idx >= num_frames)
 248         return false;
 249     eo.SetFrameIndex(frame_idx);
 250
 251     char*  frame_buffer = eo.GetInputBufferPtr();
 252     assert (frame_buffer != nullptr);
 253
 254     Mat image;
 255     if (! image_file.empty())
 256     {
 257         image = cv::imread(image_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 258         if (image.empty())
 259         {
 260             std::cerr << "Unable to read from: " << image_file << std::endl;
 261             return false;
 262         }
 263     }
 264     else
 265     {
 266         Mat v_image;
 267         if (! cap.grab())  return false;
 268         if (! cap.retrieve(v_image)) return false;
 269         // Crop 640x480 camera input to center 256x256 input
 270         image = Mat(v_image, Rect(192, 112, 256, 256));
 271         cv::imshow("ImageNet", image);
 272         waitKey(2);
 273     }
 274
 275     // TI DL image preprocessing, into frame_buffer
 276     return PreProcImage(image, frame_buffer, 1, 3,
 277                         configuration.inWidth, configuration.inHeight,
 278                         configuration.inWidth,
 279                         configuration.inWidth * configuration.inHeight,
 280                         1, configuration.preProcType);
 281 }
 282
 283 // Display top 5 classified imagenet classes with probabilities
 284 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo)
 285 {
 286     const int k = 5;
 287     unsigned char *out = (unsigned char *) eo.GetOutputBufferPtr();
 288     int out_size = eo.GetOutputBufferSizeInBytes();
 289
 290     // sort and get k largest values and corresponding indices
 291     typedef std::pair<unsigned char, int> val_index;
 292     auto constexpr cmp = [](val_index &left, val_index &right)
 293                          { return left.first > right.first; };
 294     std::priority_queue<val_index, std::vector<val_index>, decltype(cmp)>
 295             queue(cmp);
 296     // initialize priority queue with smallest value on top
 297     for (int i = 0; i < k; i++)
 298         queue.push(val_index(out[i], i));
 299
 300     // for rest output, if larger than current min, pop min, push new val
 301     for (int i = k; i < out_size; i++)
 302     {
 303         if (out[i] > queue.top().first)
 304         {
 305           queue.pop();
 306           queue.push(val_index(out[i], i));
 307         }
 308     }
 309
 310     // output top k values in reverse order: largest val first
 311     std::vector<val_index> sorted;
 312     while (! queue.empty())
 313     {
 314       sorted.push_back(queue.top());
 315       queue.pop();
 316     }
 317
 318     for (int i = k - 1; i >= 0; i--)
 319     {
 320         std::cout << k-i << ": " << imagenet_classes[sorted[i].second]
 321                   << ", prob = " << (float) sorted[i].first / 256 << std::endl;
 322     }
 323
 324     return true;
 325 }
 326
 327
 328 void ProcessArgs(int argc, char *argv[], std::string& config,
 329                  int& num_devices, DeviceType& device_type,
 330                  std::string& input_file)
 331 {
 332     const struct option long_options[] =
 333     {
 334         {"config",      required_argument, 0, 'c'},
 335         {"num_devices", required_argument, 0, 'n'},
 336         {"device_type", required_argument, 0, 't'},
 337         {"image_file",  required_argument, 0, 'i'},
 338         {"help",        no_argument,       0, 'h'},
 339         {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
 340         {0, 0, 0, 0}
 341     };
 342
 343     int option_index = 0;
 344
 345     while (true)
 346     {
 347         int c = getopt_long(argc, argv, "c:n:t:i:hv", long_options, &option_index);
 348
 349         if (c == -1)
 350             break;
 351
 352         switch (c)
 353         {
 354             case 'c': config = optarg;
 355                       break;
 356
 357             case 'n': num_devices = atoi(optarg);
 358                       assert (num_devices > 0 && num_devices <= 4);
 359                       break;
 360
 361             case 't': if (*optarg == 'e')
 362                           device_type = DeviceType::DLA;
 363                       else if (*optarg == 'd')
 364                           device_type = DeviceType::DSP;
 365                       else
 366                       {
 367                           std::cerr << "Invalid argument to -t, only e or d"
 368                                        " allowed" << std::endl;
 369                           exit(EXIT_FAILURE);
 370                       }
 371                       break;
 372
 373             case 'i': input_file = optarg;
 374                       break;
 375
 376             case 'v': __TI_show_debug_ = true;
 377                       break;
 378
 379             case 'h': DisplayHelp();
 380                       exit(EXIT_SUCCESS);
 381                       break;
 382
 383             case '?': // Error in getopt_long
 384                       exit(EXIT_FAILURE);
 385                       break;
 386
 387             default:
 388                       std::cerr << "Unsupported option: " << c << std::endl;
 389                       break;
 390         }
 391     }
 392 }
 393
 394 void DisplayHelp()
 395 {
 396     std::cout << "Usage: imagenet\n"
 397                  "  Will run imagenet network to predict top 5 object"
 398                  " classes for the input.\n  Use -c to run a"
 399                  "  different imagenet network. Default is j11_v2.\n"
 400                  "Optional arguments:\n"
 401                  " -c <config>          Valid configs: j11_bn, j11_prelu, j11_v2\n"
 402                  " -n <number of cores> Number of cores to use (1 - 4)\n"
 403                  " -t <d|e>             Type of core. d -> DSP, e -> DLA\n"
 404                  " -i <image>           Path to the image file\n"
 405                  " -i camera            Use camera as input\n"
 406                  " -v                   Verbose output during execution\n"
 407                  " -h                   Help\n";
 408 }
 409