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 <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 #include <cstdio>
  43
  44 #include "executor.h"
  45 #include "execution_object.h"
  46 #include "configuration.h"
  47 #include "object_classes.h"
  48
  49 #include "opencv2/core.hpp"
  50 #include "opencv2/imgproc.hpp"
  51 #include "opencv2/highgui.hpp"
  52 #include "opencv2/videoio.hpp"
  53
  54 #define NUM_VIDEO_FRAMES  100
  55 #define DEFAULT_CONFIG    "jseg21_tiscapes"
  56 #define DEFAULT_INPUT     "../test/testvecs/input/000100_1024x512_bgr.y"
  57
  58 bool __TI_show_debug_ = false;
  59 bool is_default_input = false;
  60 bool is_preprocessed_input = false;
  61 bool is_camera_input       = false;
  62 int  orig_width;
  63 int  orig_height;
  64 object_class_table_t *object_class_table;
  65
  66 using namespace tidl;
  67 using namespace cv;
  68
  69
  70 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, int num_devices,
  71                       DeviceType device_type, std::string& input_file);
  72 bool RunAllConfigurations(int32_t num_devices, DeviceType device_type);
  73
  74 bool ReadFrame(ExecutionObject& eo, int frame_idx,
  75                const Configuration& configuration, int num_frames,
  76                std::string& image_file, VideoCapture &cap);
  77
  78 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo,
  79                       const Configuration& configuration);
  80
  81 static void ProcessArgs(int argc, char *argv[],
  82                         std::string& config,
  83                         int& num_devices,
  84                         DeviceType& device_type,
  85                         std::string& input_file);
  86
  87 static void DisplayHelp();
  88
  89 static double ms_diff(struct timespec &t0, struct timespec &t1)
  90 { return (t1.tv_sec - t0.tv_sec) * 1e3 + (t1.tv_nsec - t0.tv_nsec) / 1e6; }
  91
  92
  93 int main(int argc, char *argv[])
  94 {
  95     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  96     signal(SIGABRT, exit);
  97     signal(SIGTERM, exit);
  98
  99     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
 100     uint32_t num_eve = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
 101     uint32_t num_dsp = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
 102     if (num_eve == 0 && num_dsp == 0)
 103     {
 104         std::cout << "TI DL not supported on this SoC." << std::endl;
 105         return EXIT_SUCCESS;
 106     }
 107
 108     // Process arguments
 109     std::string config      = DEFAULT_CONFIG;
 110     std::string input_file  = DEFAULT_INPUT;
 111     int         num_devices = 1;
 112     DeviceType  device_type = (num_eve > 0 ? DeviceType::EVE:DeviceType::DSP);
 113     ProcessArgs(argc, argv, config, num_devices, device_type, input_file);
 114
 115     if ((object_class_table = GetObjectClassTable(config)) == nullptr)
 116     {
 117         std::cout << "No object classes defined for this config." << std::endl;
 118         return EXIT_FAILURE;
 119     }
 120
 121     if (input_file == DEFAULT_INPUT)  is_default_input = true;
 122     if (input_file == "camera")       is_camera_input = true;
 123     if (input_file.length() > 2 &&
 124         input_file.compare(input_file.length() - 2, 2, ".y") == 0)
 125         is_preprocessed_input = true;
 126     std::cout << "Input: " << input_file << std::endl;
 127     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 128                               + config + ".txt";
 129     bool status = RunConfiguration(config_file, num_devices, device_type,
 130                                    input_file);
 131
 132     if (!status)
 133     {
 134         std::cout << "segmentation FAILED" << std::endl;
 135         return EXIT_FAILURE;
 136     }
 137
 138     std::cout << "segmentation PASSED" << std::endl;
 139     return EXIT_SUCCESS;
 140 }
 141
 142 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, int num_devices,
 143                       DeviceType device_type, std::string& input_file)
 144 {
 145     DeviceIds ids;
 146     for (int i = 0; i < num_devices; i++)
 147         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 148
 149     // Read the TI DL configuration file
 150     Configuration configuration;
 151     bool status = configuration.ReadFromFile(config_file);
 152     if (!status)
 153     {
 154         std::cerr << "Error in configuration file: " << config_file
 155                   << std::endl;
 156         return false;
 157     }
 158
 159     // setup input
 160     int num_frames = is_default_input ? 3 : 1;
 161     VideoCapture cap;
 162     std::string image_file;
 163     if (is_camera_input)
 164     {
 165         cap = VideoCapture(1);  // cap = VideoCapture("test.mp4");
 166         if (! cap.isOpened())
 167         {
 168             std::cerr << "Cannot open camera input." << std::endl;
 169             return false;
 170         }
 171         num_frames = NUM_VIDEO_FRAMES;
 172         namedWindow("Segmentation", WINDOW_AUTOSIZE | CV_GUI_NORMAL);
 173     }
 174     else
 175     {
 176         image_file = input_file;
 177     }
 178
 179     try
 180     {
 181         // Create a executor with the approriate core type, number of cores
 182         // and configuration specified
 183         Executor executor(device_type, ids, configuration);
 184
 185         // Query Executor for set of ExecutionObjects created
 186         const ExecutionObjects& execution_objects =
 187                                                 executor.GetExecutionObjects();
 188         int num_eos = execution_objects.size();
 189
 190         // Allocate input and output buffers for each execution object
 191         std::vector<void *> buffers;
 192         for (auto &eo : execution_objects)
 193         {
 194             size_t in_size  = eo->GetInputBufferSizeInBytes();
 195             size_t out_size = eo->GetOutputBufferSizeInBytes();
 196             ArgInfo in  = { ArgInfo(malloc(in_size),  in_size)};
 197             ArgInfo out = { ArgInfo(malloc(out_size), out_size)};
 198             eo->SetInputOutputBuffer(in, out);
 199
 200             buffers.push_back(in.ptr());
 201             buffers.push_back(out.ptr());
 202         }
 203
 204         #define MAX_NUM_EOS  4
 205         struct timespec t0[MAX_NUM_EOS], t1;
 206
 207         // Process frames with available execution objects in a pipelined manner
 208         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 209         for (int frame_idx = 0;
 210              frame_idx < num_frames + num_eos; frame_idx++)
 211         {
 212             ExecutionObject* eo = execution_objects[frame_idx % num_eos].get();
 213
 214             // Wait for previous frame on the same eo to finish processing
 215             if (eo->ProcessFrameWait())
 216             {
 217                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t1);
 218                 double elapsed_host =
 219                                 ms_diff(t0[eo->GetFrameIndex() % num_eos], t1);
 220                 double elapsed_device = eo->GetProcessTimeInMilliSeconds();
 221                 double overhead = 100 - (elapsed_device/elapsed_host*100);
 222
 223                 std::cout << "frame[" << eo->GetFrameIndex() << "]: "
 224                           << "Time on device: "
 225                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 226                           << elapsed_device << "ms, "
 227                           << "host: "
 228                           << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 229                           << elapsed_host << "ms ";
 230                 std::cout << "API overhead: "
 231                           << std::setw(6) << std::setprecision(3)
 232                           << overhead << " %" << std::endl;
 233
 234                 WriteFrameOutput(*eo, configuration);
 235             }
 236
 237             // Read a frame and start processing it with current eo
 238             if (ReadFrame(*eo, frame_idx, configuration, num_frames,
 239                           image_file, cap))
 240             {
 241                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t0[frame_idx % num_eos]);
 242                 eo->ProcessFrameStartAsync();
 243             }
 244         }
 245
 246         for (auto b : buffers)
 247             free(b);
 248
 249     }
 250     catch (tidl::Exception &e)
 251     {
 252         std::cerr << e.what() << std::endl;
 253         status = false;
 254     }
 255
 256     return status;
 257 }
 258
 259
 260 bool ReadFrame(ExecutionObject &eo, int frame_idx,
 261                const Configuration& configuration, int num_frames,
 262                std::string& image_file, VideoCapture &cap)
 263 {
 264     if (frame_idx >= num_frames)
 265         return false;
 266     eo.SetFrameIndex(frame_idx);
 267
 268     char*  frame_buffer = eo.GetInputBufferPtr();
 269     assert (frame_buffer != nullptr);
 270     int channel_size = configuration.inWidth * configuration.inHeight;
 271
 272     Mat image;
 273     if (! image_file.empty())
 274     {
 275         if (is_preprocessed_input)
 276         {
 277             std::ifstream ifs(image_file, std::ios::binary);
 278             ifs.seekg(frame_idx * channel_size * 3);
 279             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
 280             bool ifs_status = ifs.good();
 281             ifs.close();
 282             orig_width  = configuration.inWidth;
 283             orig_height = configuration.inHeight;
 284             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 285         }
 286         else
 287         {
 288             image = cv::imread(image_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 289             if (image.empty())
 290             {
 291                 std::cerr << "Unable to read from: " << image_file << std::endl;
 292                 return false;
 293             }
 294         }
 295     }
 296     else
 297     {
 298         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 299         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 300         if (! cap.grab())  return false;
 301         if (! cap.grab())  return false;
 302         if (! cap.grab())  return false;
 303         if (! cap.grab())  return false;
 304         if (! cap.grab())  return false;
 305         if (! cap.retrieve(image)) return false;
 306     }
 307
 308     // scale to network input size 1024 x 512
 309     Mat s_image, bgr_frames[3];
 310     orig_width  = image.cols;
 311     orig_height = image.rows;
 312     cv::resize(image, s_image,
 313                Size(configuration.inWidth, configuration.inHeight),
 314                0, 0, cv::INTER_AREA);
 315     cv::split(s_image, bgr_frames);
 316     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 317     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 318     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 319     return true;
 320 }
 321
 322 // Create Overlay mask for pixel-level segmentation
 323 void CreateMask(uchar *classes, uchar *mb, uchar *mg, uchar* mr,
 324                 int channel_size)
 325 {
 326     for (int i = 0; i < channel_size; i++)
 327     {
 328         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
 329                                                       classes[i]);
 330         mb[i] = object_class->color.blue;
 331         mg[i] = object_class->color.green;
 332         mr[i] = object_class->color.red;
 333     }
 334 }
 335
 336 // Create frame overlayed with pixel-level segmentation
 337 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo,
 338                       const Configuration& configuration)
 339 {
 340     unsigned char *out = (unsigned char *) eo.GetOutputBufferPtr();
 341     int out_size       = eo.GetOutputBufferSizeInBytes();
 342     int width          = configuration.inWidth;
 343     int height         = configuration.inHeight;
 344     int channel_size   = width * height;
 345
 346     Mat mask, frame, blend, r_blend, bgr[3];
 347     // Create overlay mask
 348     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
 349     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
 350     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1));
 351     CreateMask(out, bgr[0].ptr(), bgr[1].ptr(), bgr[2].ptr(), channel_size);
 352     cv::merge(bgr, 3, mask);
 353
 354     // Asseembly original frame
 355     unsigned char *in = (unsigned char *) eo.GetInputBufferPtr();
 356     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 357     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 358     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 359     cv::merge(bgr, 3, frame);
 360
 361     // Create overlayed frame
 362     cv::addWeighted(frame, 0.7, mask, 0.3, 0.0, blend);
 363
 364     cv::resize(blend, r_blend, Size(orig_width, orig_height));
 365     if (is_camera_input)
 366     {
 367         cv::imshow("Segmentation", r_blend);
 368         waitKey(1);
 369     }
 370     else
 371     {
 372         int frame_index = eo.GetFrameIndex();
 373         char outfile_name[64];
 374         if (is_preprocessed_input)
 375         {
 376             snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
 377             cv::imwrite(outfile_name, frame);
 378             printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
 379         }
 380
 381         snprintf(outfile_name, 64, "overlay_%d.png", frame_index);
 382         cv::imwrite(outfile_name, r_blend);
 383         printf("Saving frame %d overlayed with segmentation to: %s\n",
 384                frame_index, outfile_name);
 385     }
 386
 387     return true;
 388 }
 389
 390
 391 void ProcessArgs(int argc, char *argv[], std::string& config,
 392                  int& num_devices, DeviceType& device_type,
 393                  std::string& input_file)
 394 {
 395     const struct option long_options[] =
 396     {
 397         {"config",      required_argument, 0, 'c'},
 398         {"num_devices", required_argument, 0, 'n'},
 399         {"device_type", required_argument, 0, 't'},
 400         {"image_file",  required_argument, 0, 'i'},
 401         {"help",        no_argument,       0, 'h'},
 402         {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
 403         {0, 0, 0, 0}
 404     };
 405
 406     int option_index = 0;
 407
 408     while (true)
 409     {
 410         int c = getopt_long(argc, argv, "c:n:t:i:hv", long_options, &option_index);
 411
 412         if (c == -1)
 413             break;
 414
 415         switch (c)
 416         {
 417             case 'c': config = optarg;
 418                       break;
 419
 420             case 'n': num_devices = atoi(optarg);
 421                       assert (num_devices > 0 && num_devices <= 4);
 422                       break;
 423
 424             case 't': if (*optarg == 'e')
 425                           device_type = DeviceType::EVE;
 426                       else if (*optarg == 'd')
 427                           device_type = DeviceType::DSP;
 428                       else
 429                       {
 430                           std::cerr << "Invalid argument to -t, only e or d"
 431                                        " allowed" << std::endl;
 432                           exit(EXIT_FAILURE);
 433                       }
 434                       break;
 435
 436             case 'i': input_file = optarg;
 437                       break;
 438
 439             case 'v': __TI_show_debug_ = true;
 440                       break;
 441
 442             case 'h': DisplayHelp();
 443                       exit(EXIT_SUCCESS);
 444                       break;
 445
 446             case '?': // Error in getopt_long
 447                       exit(EXIT_FAILURE);
 448                       break;
 449
 450             default:
 451                       std::cerr << "Unsupported option: " << c << std::endl;
 452                       break;
 453         }
 454     }
 455 }
 456
 457 void DisplayHelp()
 458 {
 459     std::cout << "Usage: segmentation\n"
 460                  "  Will run segmentation network to perform pixel-level"
 461                  " classification.\n  Use -c to run a different"
 462                  "  segmentation network. Default is jseg21_tiscapes.\n"
 463                  "Optional arguments:\n"
 464                  " -c <config>          Valid configs: jseg21_tiscapes, jseg21\n"
 465                  " -n <number of cores> Number of cores to use (1 - 4)\n"
 466                  " -t <d|e>             Type of core. d -> DSP, e -> EVE\n"
 467                  " -i <image>           Path to the image file\n"
 468                  "                      Default are 3 frames in testvecs\n"
 469                  " -i camera            Use camera as input\n"
 470                  " -v                   Verbose output during execution\n"
 471                  " -h                   Help\n";
 472 }
 473