Merge tag 'v01.01.00.00' into develop
[tidl/tidl-api.git] / examples / segmentation / 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>
39 #include <queue>
40 #include <vector>
41 #include <cstdio>
42 #include <chrono>
44 #include "executor.h"
45 #include "execution_object.h"
46 #include "configuration.h"
47 #include "object_classes.h"
48 #include "../common/utils.h"
49 #include "../common/video_utils.h"
51 using namespace std;
52 using namespace tidl;
53 using namespace cv;
56 #define NUM_VIDEO_FRAMES  300
57 #define DEFAULT_CONFIG    "jseg21_tiscapes"
58 #define DEFAULT_INPUT     "../test/testvecs/input/000100_1024x512_bgr.y"
59 #define DEFAULT_INPUT_FRAMES  (9)
61 object_class_table_t *object_class_table;
62 uint32_t orig_width;
63 uint32_t orig_height;
66 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts);
67 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c);
68 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop,
69                uint32_t frame_idx, const Configuration& c,
70                const cmdline_opts_t& opts, VideoCapture &cap);
71 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline &eop,
72                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts);
73 void DisplayHelp();
76 int main(int argc, char *argv[])
77 {
78     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
79     signal(SIGABRT, exit);
80     signal(SIGTERM, exit);
82     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
83     uint32_t num_eves = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
84     uint32_t num_dsps = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
85     if (num_eves == 0 && num_dsps == 0)
86     {
87         cout << "TI DL not supported on this SoC." << endl;
88         return EXIT_SUCCESS;
89     }
91     // Process arguments
92     cmdline_opts_t opts;
93     opts.config = DEFAULT_CONFIG;
94     if (num_eves != 0) { opts.num_eves = 1;  opts.num_dsps = 0; }
95     else               { opts.num_eves = 0;  opts.num_dsps = 1; }
96     if (! ProcessArgs(argc, argv, opts))
97     {
98         DisplayHelp();
99         exit(EXIT_SUCCESS);
100     }
101     assert(opts.num_dsps != 0 || opts.num_eves != 0);
102     if (opts.num_frames == 0)
103         opts.num_frames = (opts.is_camera_input || opts.is_video_input) ?
104                           NUM_VIDEO_FRAMES :
105                           (opts.input_file.empty() ? DEFAULT_INPUT_FRAMES : 1);
106     if (opts.input_file.empty())
107         cout << "Input: " << DEFAULT_INPUT << endl;
108     else
109         cout << "Input: " << opts.input_file << endl;
111     // Get object class table
112     if ((object_class_table = GetObjectClassTable(opts.config)) == nullptr)
113     {
114         cout << "No object classes defined for this config." << endl;
115         return EXIT_FAILURE;
116     }
118     // Run network
119     bool status = RunConfiguration(opts);
120     if (!status)
121     {
122         cout << "segmentation FAILED" << endl;
123         return EXIT_FAILURE;
124     }
126     cout << "segmentation PASSED" << endl;
127     return EXIT_SUCCESS;
130 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts)
132     // Read the TI DL configuration file
133     Configuration c;
134     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
135                               + opts.config + ".txt";
136     bool status = c.ReadFromFile(config_file);
137     if (!status)
138     {
139         cerr << "Error in configuration file: " << config_file << endl;
140         return false;
141     }
142     c.enableApiTrace = opts.verbose;
144     // setup camera/video input/output
145     VideoCapture cap;
146     if (! SetVideoInputOutput(cap, opts, "Segmentation"))  return false;
148     try
149     {
150         // Create Executors with the approriate core type, number of cores
151         // and configuration specified
152         Executor* e_eve = CreateExecutor(DeviceType::EVE, opts.num_eves, c);
153         Executor* e_dsp = CreateExecutor(DeviceType::DSP, opts.num_dsps, c);
155         // Get ExecutionObjects from Executors
156         vector<ExecutionObject*> eos;
157         for (uint32_t i = 0; i < opts.num_eves; i++) eos.push_back((*e_eve)[i]);
158         for (uint32_t i = 0; i < opts.num_dsps; i++) eos.push_back((*e_dsp)[i]);
159         uint32_t num_eos = eos.size();
161         // Use duplicate EOPs to do double buffering on frame input/output
162         //    because each EOP has its own set of input/output buffers,
163         //    so that host ReadFrame() can be overlapped with device processing
164         // Use one EO as an example, with different buffer_factor,
165         //    we have different execution behavior:
166         // If buffer_factor is set to 1 -> single buffering
167         //    we create one EOP: eop0 (eo0)
168         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
169         //    --------------------- time ------------------->
170         //    eop0: [RF][eo0.....][WF]
171         //    eop0:                   [RF][eo0.....][WF]
172         //    eop0:                                     [RF][eo0.....][WF]
173         // If buffer_factor is set to 2 -> double buffering
174         //    we create two EOPs: eop0 (eo0), eop1(eo0)
175         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
176         //    --------------------- time ------------------->
177         //    eop0: [RF][eo0.....][WF]
178         //    eop1:     [RF]      [eo0.....][WF]
179         //    eop0:                   [RF]  [eo0.....][WF]
180         //    eop1:                             [RF]  [eo0.....][WF]
181         vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
182         uint32_t buffer_factor = 2;  // set to 1 for single buffering
183         for (uint32_t j = 0; j < buffer_factor; j++)
184             for (uint32_t i = 0; i < num_eos; i++)
185                 eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline({eos[i]}));
186         uint32_t num_eops = eops.size();
188         // Allocate input and output buffers for each EOP
189         AllocateMemory(eops);
191         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
192         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
194         // Process frames with available eops in a pipelined manner
195         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
196         for (uint32_t frame_idx = 0;
197              frame_idx < opts.num_frames + num_eops; frame_idx++)
198         {
199             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
201             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
202             if (eop->ProcessFrameWait())
203             {
204                 ReportTime(eop);
205                 WriteFrameOutput(*eop, c, opts);
206             }
208             // Read a frame and start processing it with current eop
209             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap))
210                 eop->ProcessFrameStartAsync();
211         }
213         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
214         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
215         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
216                   << setw(6) << setprecision(4)
217                   << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
219         FreeMemory(eops);
220         for (auto eop : eops)  delete eop;
221         delete e_eve;
222         delete e_dsp;
223     }
224     catch (tidl::Exception &e)
225     {
226         cerr << e.what() << endl;
227         status = false;
228     }
230     return status;
233 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
234 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c)
236     if (num == 0) return nullptr;
238     DeviceIds ids;
239     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
240         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
242     return new Executor(dt, ids, c);
245 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline &eop,
246                uint32_t frame_idx, const Configuration& c,
247                const cmdline_opts_t& opts, VideoCapture &cap)
249     if (frame_idx >= opts.num_frames)
250         return false;
251     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
253     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
254     assert (frame_buffer != nullptr);
255     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
257     Mat image;
258     if (! opts.is_camera_input && ! opts.is_video_input)
259     {
260         if (opts.input_file.empty())
261         {
262             ifstream ifs(DEFAULT_INPUT, ios::binary);
263             ifs.seekg((frame_idx % DEFAULT_INPUT_FRAMES) * channel_size * 3);
264             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
265             bool ifs_status = ifs.good();
266             ifs.close();
267             orig_width  = c.inWidth;
268             orig_height = c.inHeight;
269             return ifs_status;  // already PreProc-ed
270         }
271         else
272         {
273             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
274             if (image.empty())
275             {
276                 cerr << "Unable to read from: " << opts.input_file << endl;
277                 return false;
278             }
279         }
280     }
281     else
282     {
283         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
284         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
285         if (! cap.grab())  return false;
286         if (! cap.grab())  return false;
287         if (! cap.grab())  return false;
288         if (! cap.grab())  return false;
289         if (! cap.grab())  return false;
290         if (! cap.retrieve(image)) return false;
291     }
293     // scale to network input size 1024 x 512
294     Mat s_image, bgr_frames[3];
295     orig_width  = image.cols;
296     orig_height = image.rows;
297     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
298                0, 0, cv::INTER_AREA);
299     cv::split(s_image, bgr_frames);
300     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
301     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
302     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
303     return true;
306 // Create Overlay mask for pixel-level segmentation
307 void CreateMask(uchar *classes, uchar *mb, uchar *mg, uchar* mr,
308                 int channel_size)
310     for (int i = 0; i < channel_size; i++)
311     {
312         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
313                                                       classes[i]);
314         mb[i] = object_class->color.blue;
315         mg[i] = object_class->color.green;
316         mr[i] = object_class->color.red;
317     }
320 // Create frame overlayed with pixel-level segmentation
321 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline &eop,
322                       const Configuration& c,
323                       const cmdline_opts_t& opts)
325     unsigned char *out = (unsigned char *) eop.GetOutputBufferPtr();
326     int width          = c.inWidth;
327     int height         = c.inHeight;
328     int channel_size   = width * height;
330     Mat mask, frame, blend, r_blend, bgr[3];
331     // Create overlay mask
332     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
333     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
334     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
335     CreateMask(out, bgr[0].ptr(), bgr[1].ptr(), bgr[2].ptr(), channel_size);
336     cv::merge(bgr, 3, mask);
338     // Asseembly original frame
339     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
340     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
341     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
342     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
343     cv::merge(bgr, 3, frame);
345     // Create overlayed frame
346     cv::addWeighted(frame, 0.7, mask, 0.3, 0.0, blend);
348     // Resize to output width/height, keep aspect ratio
349     uint32_t output_width = opts.output_width;
350     if (output_width == 0)  output_width = orig_width;
351     uint32_t output_height = (output_width*1.0f) / orig_width * orig_height;
352     cv::resize(blend, r_blend, Size(output_width, output_height));
354     if (opts.is_camera_input || opts.is_video_input)
355     {
356         cv::imshow("Segmentation", r_blend);
357         waitKey(1);
358     }
359     else
360     {
361         int frame_index = eop.GetFrameIndex();
362         char outfile_name[64];
363         if (opts.input_file.empty())
364         {
365             snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
366             cv::imwrite(outfile_name, frame);
367             printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
368         }
370         snprintf(outfile_name, 64, "overlay_%d.png", frame_index);
371         cv::imwrite(outfile_name, r_blend);
372         printf("Saving frame %d overlayed with segmentation to: %s\n",
373                frame_index, outfile_name);
374     }
376     return true;
379 void DisplayHelp()
381     std::cout <<
382     "Usage: segmentation\n"
383     "  Will run segmentation network to perform pixel-level"
384     " classification.\n  Use -c to run a different"
385     "  segmentation network. Default is jseg21_tiscapes.\n"
386     "Optional arguments:\n"
387     " -c <config>          Valid configs: jseg21_tiscapes, jseg21\n"
388     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
389     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
390     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
391     "                      Default are 9 frames in testvecs\n"
392     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
393     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
394     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
395     " -f <number>          Number of frames to process\n"
396     " -w <number>          Output image/video width\n"
397     " -v                   Verbose output during execution\n"
398     " -h                   Help\n";