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>
  38
  39 #include <queue>
  40 #include <vector>
  41 #include <cstdio>
  42 #include <chrono>
  43
  44 #include "executor.h"
  45 #include "execution_object.h"
  46 #include "configuration.h"
  47 #include "../common/object_classes.h"
  48 #include "../common/utils.h"
  49 #include "../common/video_utils.h"
  50
  51 using namespace std;
  52 using namespace tidl;
  53 using namespace cv;
  54
  55
  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)
  60 #define DEFAULT_OBJECT_CLASSES_LIST_FILE "jseg21_objects.json"
  61
  62 std::unique_ptr<ObjectClasses> object_classes;
  63 uint32_t orig_width;
  64 uint32_t orig_height;
  65
  66
  67 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts);
  68 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c);
  69 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop,
  70                uint32_t frame_idx, const Configuration& c,
  71                const cmdline_opts_t& opts, VideoCapture &cap);
  72 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline &eop,
  73                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts);
  74 void DisplayHelp();
  75
  76
  77 int main(int argc, char *argv[])
  78 {
  79     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  80     signal(SIGABRT, exit);
  81     signal(SIGTERM, exit);
  82
  83     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
  84     uint32_t num_eves = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
  85     uint32_t num_dsps = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
  86     if (num_eves == 0 && num_dsps == 0)
  87     {
  88         cout << "TI DL not supported on this SoC." << endl;
  89         return EXIT_SUCCESS;
  90     }
  91
  92     // Process arguments
  93     cmdline_opts_t opts;
  94     opts.config = DEFAULT_CONFIG;
  95     opts.object_classes_list_file = DEFAULT_OBJECT_CLASSES_LIST_FILE;
  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 :
 107                           (opts.input_file.empty() ? DEFAULT_INPUT_FRAMES : 1);
 108     if (opts.input_file.empty())
 109         cout << "Input: " << DEFAULT_INPUT << endl;
 110     else
 111         cout << "Input: " << opts.input_file << endl;
 112
 113     // Get object classes list
 114     object_classes = std::unique_ptr<ObjectClasses>(
 115                              new ObjectClasses(opts.object_classes_list_file));
 116     if (object_classes->GetNumClasses() == 0)
 117     {
 118         cout << "No object classes defined for this config." << endl;
 119         return EXIT_FAILURE;
 120     }
 121
 122     // Run network
 123     bool status = RunConfiguration(opts);
 124     if (!status)
 125     {
 126         cout << "segmentation FAILED" << endl;
 127         return EXIT_FAILURE;
 128     }
 129
 130     cout << "segmentation PASSED" << endl;
 131     return EXIT_SUCCESS;
 132 }
 133
 134 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts)
 135 {
 136     // Read the TI DL configuration file
 137     Configuration c;
 138     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 139                               + opts.config + ".txt";
 140     bool status = c.ReadFromFile(config_file);
 141     if (!status)
 142     {
 143         cerr << "Error in configuration file: " << config_file << endl;
 144         return false;
 145     }
 146     c.enableApiTrace = opts.verbose;
 147
 148     // setup camera/video input/output
 149     VideoCapture cap;
 150     if (! SetVideoInputOutput(cap, opts, "Segmentation"))  return false;
 151
 152     try
 153     {
 154         // Create Executors with the approriate core type, number of cores
 155         // and configuration specified
 156         Executor* e_eve = CreateExecutor(DeviceType::EVE, opts.num_eves, c);
 157         Executor* e_dsp = CreateExecutor(DeviceType::DSP, opts.num_dsps, c);
 158
 159         // Get ExecutionObjects from Executors
 160         vector<ExecutionObject*> eos;
 161         for (uint32_t i = 0; i < opts.num_eves; i++) eos.push_back((*e_eve)[i]);
 162         for (uint32_t i = 0; i < opts.num_dsps; i++) eos.push_back((*e_dsp)[i]);
 163         uint32_t num_eos = eos.size();
 164
 165         // Use duplicate EOPs to do double buffering on frame input/output
 166         //    because each EOP has its own set of input/output buffers,
 167         //    so that host ReadFrame() can be overlapped with device processing
 168         // Use one EO as an example, with different buffer_factor,
 169         //    we have different execution behavior:
 170         // If buffer_factor is set to 1 -> single buffering
 171         //    we create one EOP: eop0 (eo0)
 172         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
 173         //    --------------------- time ------------------->
 174         //    eop0: [RF][eo0.....][WF]
 175         //    eop0:                   [RF][eo0.....][WF]
 176         //    eop0:                                     [RF][eo0.....][WF]
 177         // If buffer_factor is set to 2 -> double buffering
 178         //    we create two EOPs: eop0 (eo0), eop1(eo0)
 179         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
 180         //    --------------------- time ------------------->
 181         //    eop0: [RF][eo0.....][WF]
 182         //    eop1:     [RF]      [eo0.....][WF]
 183         //    eop0:                   [RF]  [eo0.....][WF]
 184         //    eop1:                             [RF]  [eo0.....][WF]
 185         vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
 186         uint32_t buffer_factor = 2;  // set to 1 for single buffering
 187         for (uint32_t j = 0; j < buffer_factor; j++)
 188             for (uint32_t i = 0; i < num_eos; i++)
 189                 eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline({eos[i]}));
 190         uint32_t num_eops = eops.size();
 191
 192         // Allocate input and output buffers for each EOP
 193         AllocateMemory(eops);
 194
 195         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
 196         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
 197
 198         // Process frames with available eops in a pipelined manner
 199         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 200         for (uint32_t frame_idx = 0;
 201              frame_idx < opts.num_frames + num_eops; frame_idx++)
 202         {
 203             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
 204
 205             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
 206             if (eop->ProcessFrameWait())
 207             {
 208                 WriteFrameOutput(*eop, c, opts);
 209             }
 210
 211             // Read a frame and start processing it with current eop
 212             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap))
 213                 eop->ProcessFrameStartAsync();
 214         }
 215
 216         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
 217         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
 218         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
 219                   << setw(6) << setprecision(4)
 220                   << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
 221
 222         FreeMemory(eops);
 223         for (auto eop : eops)  delete eop;
 224         delete e_eve;
 225         delete e_dsp;
 226     }
 227     catch (tidl::Exception &e)
 228     {
 229         cerr << e.what() << endl;
 230         status = false;
 231     }
 232
 233     return status;
 234 }
 235
 236 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
 237 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c)
 238 {
 239     if (num == 0) return nullptr;
 240
 241     DeviceIds ids;
 242     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
 243         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 244
 245     return new Executor(dt, ids, c);
 246 }
 247
 248 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline &eop,
 249                uint32_t frame_idx, const Configuration& c,
 250                const cmdline_opts_t& opts, VideoCapture &cap)
 251 {
 252     if (frame_idx >= opts.num_frames)
 253         return false;
 254     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
 255
 256     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
 257     assert (frame_buffer != nullptr);
 258     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
 259
 260     Mat image;
 261     if (! opts.is_camera_input && ! opts.is_video_input)
 262     {
 263         if (opts.input_file.empty())
 264         {
 265             ifstream ifs(DEFAULT_INPUT, ios::binary);
 266             ifs.seekg((frame_idx % DEFAULT_INPUT_FRAMES) * channel_size * 3);
 267             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
 268             bool ifs_status = ifs.good();
 269             ifs.close();
 270             orig_width  = c.inWidth;
 271             orig_height = c.inHeight;
 272             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 273         }
 274         else
 275         {
 276             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 277             if (image.empty())
 278             {
 279                 cerr << "Unable to read from: " << opts.input_file << endl;
 280                 return false;
 281             }
 282         }
 283     }
 284     else
 285     {
 286         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 287         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 288         if (! cap.grab())  return false;
 289         if (! cap.grab())  return false;
 290         if (! cap.grab())  return false;
 291         if (! cap.grab())  return false;
 292         if (! cap.grab())  return false;
 293         if (! cap.retrieve(image)) return false;
 294     }
 295
 296     // scale to network input size 1024 x 512
 297     Mat s_image, bgr_frames[3];
 298     orig_width  = image.cols;
 299     orig_height = image.rows;
 300     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
 301                0, 0, cv::INTER_AREA);
 302     cv::split(s_image, bgr_frames);
 303     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 304     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 305     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 306     return true;
 307 }
 308
 309 // Create Overlay mask for pixel-level segmentation
 310 void CreateMask(uchar *classes, uchar *mb, uchar *mg, uchar* mr,
 311                 int channel_size)
 312 {
 313     for (int i = 0; i < channel_size; i++)
 314     {
 315         const ObjectClass& object_class = object_classes->At(classes[i]);
 316         mb[i] = object_class.color.blue;
 317         mg[i] = object_class.color.green;
 318         mr[i] = object_class.color.red;
 319     }
 320 }
 321
 322 // Create frame overlayed with pixel-level segmentation
 323 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline &eop,
 324                       const Configuration& c,
 325                       const cmdline_opts_t& opts)
 326 {
 327     unsigned char *out = (unsigned char *) eop.GetOutputBufferPtr();
 328     int width          = c.inWidth;
 329     int height         = c.inHeight;
 330     int channel_size   = width * height;
 331
 332     Mat mask, frame, blend, r_blend, bgr[3];
 333     // Create overlay mask
 334     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
 335     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
 336     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
 337     CreateMask(out, bgr[0].ptr(), bgr[1].ptr(), bgr[2].ptr(), channel_size);
 338     cv::merge(bgr, 3, mask);
 339
 340     // Asseembly original frame
 341     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
 342     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 343     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 344     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 345     cv::merge(bgr, 3, frame);
 346
 347     // Create overlayed frame
 348     cv::addWeighted(frame, 0.7, mask, 0.3, 0.0, blend);
 349
 350     // Resize to output width/height, keep aspect ratio
 351     uint32_t output_width = opts.output_width;
 352     if (output_width == 0)  output_width = orig_width;
 353     uint32_t output_height = (output_width*1.0f) / orig_width * orig_height;
 354     cv::resize(blend, r_blend, Size(output_width, output_height));
 355
 356     if (opts.is_camera_input || opts.is_video_input)
 357     {
 358         cv::imshow("Segmentation", r_blend);
 359         waitKey(1);
 360     }
 361     else
 362     {
 363         int frame_index = eop.GetFrameIndex();
 364         char outfile_name[64];
 365         if (opts.input_file.empty())
 366         {
 367             snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
 368             cv::imwrite(outfile_name, frame);
 369             printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
 370         }
 371
 372         snprintf(outfile_name, 64, "overlay_%d.png", frame_index);
 373         cv::imwrite(outfile_name, r_blend);
 374         printf("Saving frame %d overlayed with segmentation to: %s\n",
 375                frame_index, outfile_name);
 376     }
 377
 378     return true;
 379 }
 380
 381 void DisplayHelp()
 382 {
 383     std::cout <<
 384     "Usage: segmentation\n"
 385     "  Will run segmentation network to perform pixel-level"
 386     " classification.\n  Use -c to run a different"
 387     "  segmentation network. Default is jseg21_tiscapes.\n"
 388     "Optional arguments:\n"
 389     " -c <config>          Valid configs: jseg21_tiscapes, jseg21\n"
 390     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
 391     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
 392     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
 393     "                      Default are 9 frames in testvecs\n"
 394     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
 395     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
 396     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
 397     " -l <objects_list>    Path to the object classes list file\n"
 398     " -f <number>          Number of frames to process\n"
 399     " -w <number>          Output image/video width\n"
 400     " -v                   Verbose output during execution\n"
 401     " -h                   Help\n";
 402 }
 403