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     chdir("../test");
 102     std::string config      = "j11_v2";
 103     std::string input_file  = "../test/testvecs/input/airshow.jpg";
 104     int         num_devices = 1;
 105     DeviceType  device_type = DeviceType::DLA;
 106     ProcessArgs(argc, argv, config, num_devices, device_type, input_file);
 107
 108     std::cout << "Input: " << input_file << std::endl;
 109     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 110                               + config + ".txt";
 111     bool status = RunConfiguration(config_file, num_devices, device_type,
 112                                    input_file);
 113
 114     if (!status)
 115     {
 116         std::cout << "imagenet FAILED" << std::endl;
 117         return EXIT_FAILURE;
 118     }
 119
 120     std::cout << "imagenet PASSED" << std::endl;
 121     return EXIT_SUCCESS;
 122 }
 123
 124 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, int num_devices,
 125                       DeviceType device_type, std::string& input_file)
 126 {
 127     DeviceIds ids;
 128     for (int i = 0; i < num_devices; i++)
 129         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 130
 131     // Read the TI DL configuration file
 132     Configuration configuration;
 133     bool status = configuration.ReadFromFile(config_file);
 134     if (!status)
 135     {
 136         std::cerr << "Error in configuration file: " << config_file
 137                   << std::endl;
 138         return false;
 139     }
 140
 141     // setup input
 142     int num_frames = 1;
 143     VideoCapture cap;
 144     std::string image_file;
 145     if (input_file == "camera")
 146     {
 147         cap = VideoCapture(1);  // cap = VideoCapture("test.mp4");
 148         if (! cap.isOpened())
 149         {
 150             std::cerr << "Cannot open camera input." << std::endl;
 151             return false;
 152         }
 153         num_frames = NUM_VIDEO_FRAMES;
 154         namedWindow("ImageNet", WINDOW_AUTOSIZE | CV_GUI_NORMAL);
 155     }
 156     else
 157     {
 158         image_file = input_file;
 159     }
 160
 161     // Determine input frame size from configuration
 162     size_t frame_sz = configuration.inWidth * configuration.inHeight *
 163                       configuration.inNumChannels;
 164
 165     try
 166     {
 167         // Create a executor with the approriate core type, number of cores
 168         // and configuration specified
 169         Executor executor(device_type, ids, configuration);
 170
 171         // Query Executor for set of ExecutionObjects created
 172         const ExecutionObjects& execution_objects =
 173                                                 executor.GetExecutionObjects();
 174         int num_eos = execution_objects.size();
 175
 176         // Allocate input and output buffers for each execution object
 177         std::vector<void *> buffers;
 178         for (auto &eo : execution_objects)
 179         {
 180             ArgInfo in  = { ArgInfo(malloc_ddr<char>(frame_sz), frame_sz)};
 181             ArgInfo out = { ArgInfo(malloc_ddr<char>(frame_sz), frame_sz)};
 182             eo->SetInputOutputBuffer(in, out);
 183
 184             buffers.push_back(in.ptr());
 185             buffers.push_back(out.ptr());
 186         }
 187
 188         #define MAX_NUM_EOS  4
 189         struct timespec t0[MAX_NUM_EOS], t1;
 190
 191         // Process frames with available execution objects in a pipelined manner
 192         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 193         for (int frame_idx = 0;
 194              frame_idx < num_frames + num_eos; frame_idx++)
 195         {
 196             ExecutionObject* eo = execution_objects[frame_idx % num_eos].get();
 197
 198             // Wait for previous frame on the same eo to finish processing
 199             if (eo->ProcessFrameWait())
 200             {
 201                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t1);
 202                 double elapsed_host =
 203                                 ms_diff(t0[eo->GetFrameIndex() % num_eos], t1);
 204                 double elapsed_device = eo->GetProcessTimeInMilliSeconds();
 205                 double overhead = 100 - (elapsed_device/elapsed_host*100);
 206
 207                 std::cout << "frame[" << eo->GetFrameIndex() << "]: "
 208                           << "Time on device: "
 209                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 210                           << elapsed_device << "ms, "
 211                           << "host: "
 212                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 213                           << elapsed_host << "ms ";
 214                 std::cout << "API overhead: "
 215                           << std::setw(6) << std::setprecision(3)
 216                           << overhead << " %" << std::endl;
 217
 218                 WriteFrameOutput(*eo);
 219             }
 220
 221             // Read a frame and start processing it with current eo
 222             if (ReadFrame(*eo, frame_idx, configuration, num_frames,
 223                           image_file, cap))
 224             {
 225                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t0[frame_idx % num_eos]);
 226                 eo->ProcessFrameStartAsync();
 227             }
 228         }
 229
 230         for (auto b : buffers)
 231             __free_ddr(b);
 232
 233     }
 234     catch (tinn::Exception &e)
 235     {
 236         std::cerr << e.what() << std::endl;
 237         status = false;
 238     }
 239
 240     return status;
 241 }
 242
 243
 244 bool ReadFrame(ExecutionObject &eo, int frame_idx,
 245                const Configuration& configuration, int num_frames,
 246                std::string& image_file, VideoCapture &cap)
 247 {
 248     if (frame_idx >= num_frames)
 249         return false;
 250     eo.SetFrameIndex(frame_idx);
 251
 252     char*  frame_buffer = eo.GetInputBufferPtr();
 253     assert (frame_buffer != nullptr);
 254
 255     Mat image;
 256     if (! image_file.empty())
 257     {
 258         image = cv::imread(image_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 259         if (image.empty())
 260         {
 261             std::cerr << "Unable to read from: " << image_file << std::endl;
 262             return false;
 263         }
 264     }
 265     else
 266     {
 267         Mat v_image;
 268         if (! cap.grab())  return false;
 269         if (! cap.retrieve(v_image)) return false;
 270         // Crop 640x480 camera input to center 256x256 input
 271         image = Mat(v_image, Rect(192, 112, 256, 256));
 272         cv::imshow("ImageNet", image);
 273         waitKey(2);
 274     }
 275
 276     // TI DL image preprocessing, into frame_buffer
 277     return PreProcImage(image, frame_buffer, 1, 3,
 278                         configuration.inWidth, configuration.inHeight,
 279                         configuration.inWidth,
 280                         configuration.inWidth * configuration.inHeight,
 281                         1, configuration.preProcType);
 282 }
 283
 284 // Display top 5 classified imagenet classes with probabilities
 285 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo)
 286 {
 287     const int k = 5;
 288     unsigned char *out = (unsigned char *) eo.GetOutputBufferPtr();
 289     int out_size = eo.GetOutputBufferSizeInBytes();
 290
 291     // sort and get k largest values and corresponding indices
 292     typedef std::pair<unsigned char, int> val_index;
 293     auto constexpr cmp = [](val_index &left, val_index &right)
 294                          { return left.first > right.first; };
 295     std::priority_queue<val_index, std::vector<val_index>, decltype(cmp)>
 296             queue(cmp);
 297     // initialize priority queue with smallest value on top
 298     for (int i = 0; i < k; i++)
 299         queue.push(val_index(out[i], i));
 300
 301     // for rest output, if larger than current min, pop min, push new val
 302     for (int i = k; i < out_size; i++)
 303     {
 304         if (out[i] > queue.top().first)
 305         {
 306           queue.pop();
 307           queue.push(val_index(out[i], i));
 308         }
 309     }
 310
 311     // output top k values in reverse order: largest val first
 312     std::vector<val_index> sorted;
 313     while (! queue.empty())
 314     {
 315       sorted.push_back(queue.top());
 316       queue.pop();
 317     }
 318
 319     for (int i = k - 1; i >= 0; i--)
 320     {
 321         std::cout << k-i << ": " << imagenet_classes[sorted[i].second]
 322                   << ", prob = " << (float) sorted[i].first / 256 << std::endl;
 323     }
 324
 325     return true;
 326 }
 327
 328
 329 void ProcessArgs(int argc, char *argv[], std::string& config,
 330                  int& num_devices, DeviceType& device_type,
 331                  std::string& input_file)
 332 {
 333     const struct option long_options[] =
 334     {
 335         {"config",      required_argument, 0, 'c'},
 336         {"num_devices", required_argument, 0, 'n'},
 337         {"device_type", required_argument, 0, 't'},
 338         {"image_file",  required_argument, 0, 'i'},
 339         {"help",        no_argument,       0, 'h'},
 340         {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
 341         {0, 0, 0, 0}
 342     };
 343
 344     int option_index = 0;
 345
 346     while (true)
 347     {
 348         int c = getopt_long(argc, argv, "c:n:t:i:hv", long_options, &option_index);
 349
 350         if (c == -1)
 351             break;
 352
 353         switch (c)
 354         {
 355             case 'c': config = optarg;
 356                       break;
 357
 358             case 'n': num_devices = atoi(optarg);
 359                       assert (num_devices > 0 && num_devices <= 4);
 360                       break;
 361
 362             case 't': if (*optarg == 'e')
 363                           device_type = DeviceType::DLA;
 364                       else if (*optarg == 'd')
 365                           device_type = DeviceType::DSP;
 366                       else
 367                       {
 368                           std::cerr << "Invalid argument to -t, only e or d"
 369                                        " allowed" << std::endl;
 370                           exit(EXIT_FAILURE);
 371                       }
 372                       break;
 373
 374             case 'i': input_file = optarg;
 375                       break;
 376
 377             case 'v': __TI_show_debug_ = true;
 378                       break;
 379
 380             case 'h': DisplayHelp();
 381                       exit(EXIT_SUCCESS);
 382                       break;
 383
 384             case '?': // Error in getopt_long
 385                       exit(EXIT_FAILURE);
 386                       break;
 387
 388             default:
 389                       std::cerr << "Unsupported option: " << c << std::endl;
 390                       break;
 391         }
 392     }
 393 }
 394
 395 void DisplayHelp()
 396 {
 397     std::cout << "Usage: imagenet\n"
 398                  "  Will run imagenet network to predict top 5 object"
 399                  " classes for the input.\n  Use -c to run a"
 400                  "  different imagenet network. Default is j11_v2.\n"
 401                  "Optional arguments:\n"
 402                  " -c <config>          Valid configs: j11_bn, j11_prelu, j11_v2\n"
 403                  " -n <number of cores> Number of cores to use (1 - 4)\n"
 404                  " -t <d|e>             Type of core. d -> DSP, e -> DLA\n"
 405                  " -i <image>           Path to the image file\n"
 406                  " -i camera            Use camera as input\n"
 407                  " -v                   Verbose output during execution\n"
 408                  " -h                   Help\n";
 409 }
 410