examples/ssd_multibox/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 "execution_object_pipeline.h"
  47 #include "configuration.h"
  48 #include "../segmentation/object_classes.h"
  49 #include "../common/utils.h"
  50 #include "../common/video_utils.h"
  51
  52 using namespace std;
  53 using namespace tidl;
  54 using namespace cv;
  55
  56
  57 #define NUM_VIDEO_FRAMES  100
  58 #define DEFAULT_CONFIG    "jdetnet"
  59 #define DEFAULT_INPUT     "../test/testvecs/input/preproc_0_768x320.y"
  60 #define DEFAULT_INPUT_FRAMES (1)
  61
  62 object_class_table_t *object_class_table;
  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, int num, const Configuration& c,
  69                          int layers_group_id);
  70 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, int frame_idx,
  71                const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts,
  72                VideoCapture &cap);
  73 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
  74                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts);
  75 static 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 << "ssd_multibox requires both EVE and DSP for execution." << endl;
  90         return EXIT_SUCCESS;
  91     }
  92
  93     // Process arguments
  94     cmdline_opts_t opts;
  95     opts.config = DEFAULT_CONFIG;
  96     opts.num_eves = 1;
  97     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 class table
 114     if ((object_class_table = GetObjectClassTable(opts.config)) == nullptr)
 115     {
 116         cout << "No object classes defined for this config." << endl;
 117         return EXIT_FAILURE;
 118     }
 119
 120     // Run network
 121     bool status = RunConfiguration(opts);
 122     if (!status)
 123     {
 124         cout << "ssd_multibox FAILED" << endl;
 125         return EXIT_FAILURE;
 126     }
 127
 128     cout << "ssd_multibox PASSED" << endl;
 129     return EXIT_SUCCESS;
 130 }
 131
 132 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts)
 133 {
 134     // Read the TI DL configuration file
 135     Configuration c;
 136     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 137                               + opts.config + ".txt";
 138     bool status = c.ReadFromFile(config_file);
 139     if (!status)
 140     {
 141         cerr << "Error in configuration file: " << config_file << endl;
 142         return false;
 143     }
 144     c.enableApiTrace = opts.verbose;
 145
 146     // setup camera/video input
 147     VideoCapture cap;
 148     if (! SetVideoInputOutput(cap, opts, "SSD_Multibox"))  return false;
 149
 150     try
 151     {
 152         // Create Executors with the approriate core type, number of cores
 153         // and configuration specified
 154         // EVE will run layersGroupId 1 in the network, while
 155         // DSP will run layersGroupId 2 in the network
 156         Executor* e_eve = CreateExecutor(DeviceType::EVE, opts.num_eves, c, 1);
 157         Executor* e_dsp = CreateExecutor(DeviceType::DSP, opts.num_dsps, c, 2);
 158
 159         // Construct ExecutionObjectPipeline that utilizes multiple
 160         // ExecutionObjects to process a single frame, each ExecutionObject
 161         // processes one layerGroup of the network
 162         vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
 163         for (uint32_t i = 0; i < max(opts.num_eves, opts.num_dsps); i++)
 164             eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline(
 165                       {(*e_eve)[i%opts.num_eves], (*e_dsp)[i%opts.num_dsps]}));
 166         uint32_t num_eops = eops.size();
 167
 168         // Allocate input/output memory for each EOP
 169         AllocateMemory(eops);
 170
 171         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
 172         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
 173
 174         // Process frames with available eops in a pipelined manner
 175         // additional num_eops iterations to flush pipeline (epilogue)
 176         for (uint32_t frame_idx = 0;
 177              frame_idx < opts.num_frames + num_eops; frame_idx++)
 178         {
 179             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
 180
 181             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
 182             if (eop->ProcessFrameWait())
 183             {
 184                 ReportTime(eop);
 185                 WriteFrameOutput(*eop, c, opts);
 186             }
 187
 188             // Read a frame and start processing it with current eo
 189             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap))
 190                 eop->ProcessFrameStartAsync();
 191         }
 192
 193         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
 194         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
 195         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
 196                   << setw(6) << setprecision(4)
 197                   << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
 198
 199         FreeMemory(eops);
 200         for (auto eop : eops)  delete eop;
 201         delete e_eve;
 202         delete e_dsp;
 203     }
 204     catch (tidl::Exception &e)
 205     {
 206         cerr << e.what() << endl;
 207         status = false;
 208     }
 209
 210     return status;
 211 }
 212
 213 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
 214 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, int num, const Configuration& c,
 215                          int layers_group_id)
 216 {
 217     if (num == 0) return nullptr;
 218
 219     DeviceIds ids;
 220     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
 221         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 222
 223     return new Executor(dt, ids, c, layers_group_id);
 224 }
 225
 226 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, int frame_idx,
 227                const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts,
 228                VideoCapture &cap)
 229 {
 230     if (frame_idx >= opts.num_frames)
 231         return false;
 232     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
 233
 234     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
 235     assert (frame_buffer != nullptr);
 236     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
 237
 238     Mat image;
 239     if (!opts.is_camera_input && !opts.is_video_input)
 240     {
 241         if (opts.input_file.empty())
 242         {
 243             ifstream ifs(DEFAULT_INPUT, ios::binary);
 244             ifs.seekg((frame_idx % DEFAULT_INPUT_FRAMES) * channel_size * 3);
 245             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
 246             bool ifs_status = ifs.good();
 247             ifs.close();
 248             orig_width  = c.inWidth;
 249             orig_height = c.inHeight;
 250             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 251         }
 252         else
 253         {
 254             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 255             if (image.empty())
 256             {
 257                 cerr << "Unable to read from: " << opts.input_file << endl;
 258                 return false;
 259             }
 260         }
 261     }
 262     else
 263     {
 264         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 265         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 266         if (! cap.grab())  return false;
 267         if (! cap.grab())  return false;
 268         if (! cap.grab())  return false;
 269         if (! cap.grab())  return false;
 270         if (! cap.grab())  return false;
 271         if (! cap.retrieve(image)) return false;
 272     }
 273
 274     // scale to network input size
 275     Mat s_image, bgr_frames[3];
 276     orig_width  = image.cols;
 277     orig_height = image.rows;
 278     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
 279                0, 0, cv::INTER_AREA);
 280     cv::split(s_image, bgr_frames);
 281     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 282     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 283     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 284     return true;
 285 }
 286
 287 // Create frame with boxes drawn around classified objects
 288 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
 289                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts)
 290 {
 291     // Asseembly original frame
 292     int width  = c.inWidth;
 293     int height = c.inHeight;
 294     int channel_size = width * height;
 295     Mat frame, r_frame, bgr[3];
 296
 297     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
 298     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 299     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 300     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 301     cv::merge(bgr, 3, frame);
 302
 303     int frame_index = eop.GetFrameIndex();
 304     char outfile_name[64];
 305     if (opts.input_file.empty())
 306     {
 307         snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
 308         cv::imwrite(outfile_name, frame);
 309         printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
 310     }
 311
 312     // Draw boxes around classified objects
 313     float *out = (float *) eop.GetOutputBufferPtr();
 314     int num_floats = eop.GetOutputBufferSizeInBytes() / sizeof(float);
 315     for (int i = 0; i < num_floats / 7; i++)
 316     {
 317         int index = (int)    out[i * 7 + 0];
 318         if (index < 0)  break;
 319
 320         int   label = (int)  out[i * 7 + 1];
 321         int   xmin  = (int) (out[i * 7 + 3] * width);
 322         int   ymin  = (int) (out[i * 7 + 4] * height);
 323         int   xmax  = (int) (out[i * 7 + 5] * width);
 324         int   ymax  = (int) (out[i * 7 + 6] * height);
 325
 326         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
 327                                                       label);
 328         if (object_class == nullptr)  continue;
 329
 330 #if 0
 331         printf("(%d, %d) -> (%d, %d): %s, score=%f\n",
 332                xmin, ymin, xmax, ymax, object_class->label, score);
 333 #endif
 334
 335         cv::rectangle(frame, Point(xmin, ymin), Point(xmax, ymax),
 336                       Scalar(object_class->color.blue,
 337                              object_class->color.green,
 338                              object_class->color.red), 2);
 339     }
 340
 341     // Resize to output width/height, keep aspect ratio
 342     uint32_t output_width = opts.output_width;
 343     if (output_width == 0)  output_width = orig_width;
 344     uint32_t output_height = (output_width*1.0f) / orig_width * orig_height;
 345     cv::resize(frame, r_frame, Size(output_width, output_height));
 346
 347     if (opts.is_camera_input || opts.is_video_input)
 348     {
 349         cv::imshow("SSD_Multibox", r_frame);
 350         waitKey(1);
 351     }
 352     else
 353     {
 354         snprintf(outfile_name, 64, "multibox_%d.png", frame_index);
 355         cv::imwrite(outfile_name, r_frame);
 356         printf("Saving frame %d with SSD multiboxes to: %s\n",
 357                frame_index, outfile_name);
 358     }
 359
 360     return true;
 361 }
 362
 363 void DisplayHelp()
 364 {
 365     std::cout <<
 366     "Usage: ssd_multibox\n"
 367     "  Will run partitioned ssd_multibox network to perform "
 368     "multi-objects detection\n"
 369     "  and classification.  First part of network "
 370     "(layersGroupId 1) runs on EVE,\n"
 371     "  second part (layersGroupId 2) runs on DSP.\n"
 372     "  Use -c to run a different segmentation network.  Default is jdetnet.\n"
 373     "Optional arguments:\n"
 374     " -c <config>          Valid configs: jdetnet \n"
 375     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
 376     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
 377     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
 378     "                      Default are 9 frames in testvecs\n"
 379     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
 380     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
 381     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
 382     " -f <number>          Number of frames to process\n"
 383     " -w <number>          Output image/video width\n"
 384     " -v                   Verbose output during execution\n"
 385     " -h                   Help\n";
 386 }
 387