examples/mnist/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 <iostream>
  30 #include <iomanip>
  31 #include <fstream>
  32 #include <cassert>
  33 #include <string>
  34 #include <functional>
  35 #include <algorithm>
  36 #include <time.h>
  37 #include <unistd.h>
  38
  39 #include <queue>
  40 #include <vector>
  41 #include <chrono>
  42
  43 #include "executor.h"
  44 #include "execution_object.h"
  45 #include "execution_object_pipeline.h"
  46 #include "configuration.h"
  47 #include "imgutil.h"
  48 #include "../common/video_utils.h"
  49
  50 #include "opencv2/core.hpp"
  51 #include "opencv2/imgproc.hpp"
  52 #include "opencv2/highgui.hpp"
  53 #include "opencv2/videoio.hpp"
  54
  55 using namespace std;
  56 using namespace tidl;
  57 using namespace cv;
  58
  59 #define NUM_VIDEO_FRAMES  300
  60 #define DEFAULT_CONFIG    "mnist"
  61 #define NUM_DEFAULT_INPUTS  1
  62 #define DEFAULT_INPUT_FRAMES 1
  63 const char *default_inputs[NUM_DEFAULT_INPUTS] =
  64 {
  65     "../test/testvecs/input/digit_28x28.y"
  66 };
  67
  68
  69 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c);
  70 bool RunConfiguration(cmdline_opts_t& opts);
  71 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop,
  72                uint32_t frame_idx, const Configuration& c,
  73                const cmdline_opts_t& opts, VideoCapture &cap);
  74 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline &eop);
  75 void DisplayHelp();
  76
  77
  78 int main(int argc, char *argv[])
  79 {
  80     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  81     signal(SIGABRT, exit);
  82     signal(SIGTERM, exit);
  83
  84     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
  85     uint32_t num_eves = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
  86     uint32_t num_dsps = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
  87     if (num_eves == 0 && num_dsps == 0)
  88     {
  89         cout << "TI DL not supported on this SoC." << endl;
  90         return EXIT_SUCCESS;
  91     }
  92
  93     // Process arguments
  94     cmdline_opts_t opts;
  95     opts.config = DEFAULT_CONFIG;
  96     if (num_eves != 0) { opts.num_eves = 1;  opts.num_dsps = 0; }
  97     else               { opts.num_eves = 0;  opts.num_dsps = 1; }
  98     if (! ProcessArgs(argc, argv, opts))
  99     {
 100         DisplayHelp();
 101         exit(EXIT_SUCCESS);
 102     }
 103     assert(opts.num_dsps != 0 || opts.num_eves != 0);
 104     if (opts.num_frames == 0)
 105         opts.num_frames = (opts.is_camera_input || opts.is_video_input) ?
 106                           NUM_VIDEO_FRAMES : 1;
 107     if (opts.input_file.empty())
 108         cout << "Input: " << default_inputs[0] << endl;
 109     else
 110         cout << "Input: " << opts.input_file << endl;
 111
 112     // Run network
 113     bool status = RunConfiguration(opts);
 114     if (!status)
 115     {
 116         cout << "mnist FAILED" << endl;
 117         return EXIT_FAILURE;
 118     }
 119
 120     cout << "mnist PASSED" << endl;
 121     return EXIT_SUCCESS;
 122 }
 123
 124 bool RunConfiguration(cmdline_opts_t& opts)
 125 {
 126     // Read the TI DL configuration file
 127     Configuration c;
 128     string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 129                               + opts.config + ".txt";
 130     bool status = c.ReadFromFile(config_file);
 131     if (!status)
 132     {
 133         cerr << "Error in configuration file: " << config_file << endl;
 134         return false;
 135     }
 136     c.enableApiTrace = opts.verbose;
 137
 138     // setup camera/video input/output
 139     VideoCapture cap;
 140     if (! SetVideoInputOutput(cap, opts, "MNIST"))  return false;
 141
 142     try
 143     {
 144         // Create Executors with the approriate core type, number of cores
 145         // and configuration specified
 146         Executor* e_eve = CreateExecutor(DeviceType::EVE, opts.num_eves, c);
 147         Executor* e_dsp = CreateExecutor(DeviceType::DSP, opts.num_dsps, c);
 148
 149         // Get ExecutionObjects from Executors
 150         vector<ExecutionObject*> eos;
 151         for (uint32_t i = 0; i < opts.num_eves; i++) eos.push_back((*e_eve)[i]);
 152         for (uint32_t i = 0; i < opts.num_dsps; i++) eos.push_back((*e_dsp)[i]);
 153         uint32_t num_eos = eos.size();
 154
 155         // Use duplicate EOPs to do double buffering on frame input/output
 156         //    because each EOP has its own set of input/output buffers,
 157         //    so that host ReadFrame() can be overlapped with device processing
 158         // Use one EO as an example, with different buffer_factor,
 159         //    we have different execution behavior:
 160         // If buffer_factor is set to 1 -> single buffering
 161         //    we create one EOP: eop0 (eo0)
 162         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
 163         //    --------------------- time ------------------->
 164         //    eop0: [RF][eo0.....][WF]
 165         //    eop0:                   [RF][eo0.....][WF]
 166         //    eop0:                                     [RF][eo0.....][WF]
 167         // If buffer_factor is set to 2 -> double buffering
 168         //    we create two EOPs: eop0 (eo0), eop1(eo0)
 169         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
 170         //    --------------------- time ------------------->
 171         //    eop0: [RF][eo0.....][WF]
 172         //    eop1:     [RF]      [eo0.....][WF]
 173         //    eop0:                   [RF]  [eo0.....][WF]
 174         //    eop1:                             [RF]  [eo0.....][WF]
 175         vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
 176         uint32_t buffer_factor = 2;  // set to 1 for single buffering
 177         for (uint32_t j = 0; j < buffer_factor; j++)
 178             for (uint32_t i = 0; i < num_eos; i++)
 179                 eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline({eos[i]}));
 180         uint32_t num_eops = eops.size();
 181
 182         // Allocate input and output buffers for each EOP
 183         AllocateMemory(eops);
 184
 185         float device_time = 0.0f;
 186         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
 187         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
 188
 189         // Process frames with available eops in a pipelined manner
 190         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 191         for (uint32_t frame_idx = 0;
 192              frame_idx < opts.num_frames + num_eops; frame_idx++)
 193         {
 194             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
 195
 196             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
 197             if (eop->ProcessFrameWait())
 198             {
 199                 device_time +=
 200                       eos[frame_idx % num_eos]->GetProcessTimeInMilliSeconds();
 201                 WriteFrameOutput(*eop);
 202             }
 203
 204             // Read a frame and start processing it with current eop
 205             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap))
 206                 eop->ProcessFrameStartAsync();
 207         }
 208
 209         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
 210         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
 211         cout << "Device total time: " << setw(6) << setprecision(4)
 212              << device_time << "ms" << endl;
 213         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
 214              << setw(6) << setprecision(4)
 215              << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
 216
 217         FreeMemory(eops);
 218         for (auto eop : eops)  delete eop;
 219         delete e_eve;
 220         delete e_dsp;
 221     }
 222     catch (tidl::Exception &e)
 223     {
 224         cerr << e.what() << endl;
 225         status = false;
 226     }
 227
 228     return status;
 229 }
 230
 231 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
 232 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c)
 233 {
 234     if (num == 0) return nullptr;
 235
 236     DeviceIds ids;
 237     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
 238         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 239
 240     return new Executor(dt, ids, c);
 241 }
 242
 243 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline &eop,
 244                uint32_t frame_idx, const Configuration& c,
 245                const cmdline_opts_t& opts, VideoCapture &cap)
 246 {
 247     if (frame_idx >= opts.num_frames)
 248         return false;
 249
 250     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
 251
 252     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
 253     assert (frame_buffer != nullptr);
 254     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
 255
 256     Mat image;
 257     if (! opts.is_camera_input && ! opts.is_video_input)
 258     {
 259         if (opts.input_file.empty())
 260         {
 261             ifstream ifs(default_inputs[frame_idx % NUM_DEFAULT_INPUTS],
 262                          ios::binary);
 263             ifs.seekg((frame_idx % DEFAULT_INPUT_FRAMES) * channel_size);
 264             ifs.read(frame_buffer, channel_size);
 265             memcpy(frame_buffer+channel_size, frame_buffer, channel_size);
 266             bool ifs_status = ifs.good();
 267             ifs.close();
 268             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 269         }
 270         else
 271         {
 272             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 273             if (image.empty())
 274             {
 275                 cerr << "Unable to read input image" << endl;
 276                 return false;
 277             }
 278         }
 279     }
 280     else
 281     {
 282         Mat v_image;
 283         if (! cap.grab())  return false;
 284         if (! cap.retrieve(v_image)) return false;
 285         #define DISPLAY_SIZE 112
 286         int orig_width  = v_image.cols;
 287         int orig_height = v_image.rows;
 288         // Crop camera/video input to center DISPLAY_SIZE x DISPLAY_SIZE input
 289         if (orig_width > DISPLAY_SIZE && orig_height > DISPLAY_SIZE)
 290         {
 291             image = Mat(v_image, Rect((orig_width-DISPLAY_SIZE)/2,
 292                                       (orig_height-DISPLAY_SIZE)/2,
 293                                       DISPLAY_SIZE, DISPLAY_SIZE));
 294         }
 295         else
 296             image = v_image;
 297         cv::imshow("MNIST", image);
 298         waitKey(2);
 299     }
 300
 301     // Convert to Gray image, resize to 28x28, copy into frame_buffer
 302     Mat s_image, bgr_frames[3];
 303     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
 304                0, 0, cv::INTER_AREA);
 305     cv::split(s_image, bgr_frames);
 306     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 307     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 308     return true;
 309 }
 310
 311 // Display top 5 classified imagenet classes with probabilities
 312 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline &eop)
 313 {
 314     unsigned char *out = (unsigned char *) eop.GetOutputBufferPtr();
 315     int out_size = eop.GetOutputBufferSizeInBytes();
 316
 317     unsigned char maxval = 0;
 318     int           maxloc = -1;
 319     for (int i = 0; i < out_size; i++)
 320     {
 321         // cout << (int) out[i] << " ";
 322         if (out[i] > maxval)
 323         {
 324             maxval = out[i];
 325             maxloc = i;
 326         }
 327     }
 328     cout << maxloc << endl;
 329
 330     return true;
 331 }
 332
 333 void DisplayHelp()
 334 {
 335     cout <<
 336     "Usage: imagenet\n"
 337     "  Will run imagenet network to predict top 5 object"
 338     " classes for the input.\n  Use -c to run a"
 339     "  different imagenet network. Default is j11_v2.\n"
 340     "Optional arguments:\n"
 341     " -c <config>          Valid configs: j11_bn, j11_prelu, j11_v2\n"
 342     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
 343     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
 344     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
 345     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
 346     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
 347     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
 348     " -l <objects_list>    Path to the object classes list file\n"
 349     " -f <number>          Number of frames to process\n"
 350     " -v                   Verbose output during execution\n"
 351     " -h                   Help\n";
 352 }
 353