Added Python 3 bindings for TIDL API
[tidl/tidl-api.git] / 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>
39 #include <queue>
40 #include <vector>
41 #include <cstdio>
42 #include <chrono>
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"
52 using namespace std;
53 using namespace tidl;
54 using namespace cv;
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)
62 object_class_table_t *object_class_table;
63 uint32_t orig_width;
64 uint32_t orig_height;
67 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts);
68 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c,
69                          int layers_group_id);
70 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, uint32_t 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();
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);
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     }
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;
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     }
120     // Run network
121     bool status = RunConfiguration(opts);
122     if (!status)
123     {
124         cout << "ssd_multibox FAILED" << endl;
125         return EXIT_FAILURE;
126     }
128     cout << "ssd_multibox PASSED" << endl;
129     return EXIT_SUCCESS;
132 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts)
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;
146     // setup camera/video input
147     VideoCapture cap;
148     if (! SetVideoInputOutput(cap, opts, "SSD_Multibox"))  return false;
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);
159         // Construct ExecutionObjectPipeline that utilizes multiple
160         // ExecutionObjects to process a single frame, each ExecutionObject
161         // processes one layerGroup of the network
162         //
163         // Pipeline depth can enable more optimized pipeline execution:
164         // Given one EVE and one DSP as an example, with different
165         //     pipeline_depth, we have different execution behavior:
166         // If pipeline_depth is set to 1,
167         //    we create one EOP: eop0 (eve0, dsp0)
168         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
169         //    --------------------- time ------------------->
170         //    eop0: [eve0...][dsp0]
171         //    eop0:                [eve0...][dsp0]
172         //    eop0:                               [eve0...][dsp0]
173         //    eop0:                                              [eve0...][dsp0]
174         // If pipeline_depth is set to 2,
175         //    we create two EOPs: eop0 (eve0, dsp0), eop1(eve0, dsp0)
176         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
177         //    --------------------- time ------------------->
178         //    eop0: [eve0...][dsp0]
179         //    eop1:          [eve0...][dsp0]
180         //    eop0:                   [eve0...][dsp0]
181         //    eop1:                            [eve0...][dsp0]
182         // Additional benefit of setting pipeline_depth to 2 is that
183         //    it can also overlap host ReadFrame() with device processing:
184         //    --------------------- time ------------------->
185         //    eop0: [RF][eve0...][dsp0]
186         //    eop1:     [RF]     [eve0...][dsp0]
187         //    eop0:                    [RF][eve0...][dsp0]
188         //    eop1:                             [RF][eve0...][dsp0]
189         vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
190         uint32_t pipeline_depth = 2;  // 2 EOs in EOP -> depth 2
191         for (uint32_t j = 0; j < pipeline_depth; j++)
192             for (uint32_t i = 0; i < max(opts.num_eves, opts.num_dsps); i++)
193                 eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline(
194                       {(*e_eve)[i%opts.num_eves], (*e_dsp)[i%opts.num_dsps]}));
195         uint32_t num_eops = eops.size();
197         // Allocate input/output memory for each EOP
198         AllocateMemory(eops);
200         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
201         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
203         // Process frames with available eops in a pipelined manner
204         // additional num_eops iterations to flush pipeline (epilogue)
205         for (uint32_t frame_idx = 0;
206              frame_idx < opts.num_frames + num_eops; frame_idx++)
207         {
208             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
210             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
211             if (eop->ProcessFrameWait())
212             {
213                 ReportTime(eop);
214                 WriteFrameOutput(*eop, c, opts);
215             }
217             // Read a frame and start processing it with current eo
218             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap))
219                 eop->ProcessFrameStartAsync();
220         }
222         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
223         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
224         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
225                   << setw(6) << setprecision(4)
226                   << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
228         FreeMemory(eops);
229         for (auto eop : eops)  delete eop;
230         delete e_eve;
231         delete e_dsp;
232     }
233     catch (tidl::Exception &e)
234     {
235         cerr << e.what() << endl;
236         status = false;
237     }
239     return status;
242 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
243 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c,
244                          int layers_group_id)
246     if (num == 0) return nullptr;
248     DeviceIds ids;
249     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
250         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
252     return new Executor(dt, ids, c, layers_group_id);
255 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, uint32_t frame_idx,
256                const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts,
257                VideoCapture &cap)
259     if ((uint32_t)frame_idx >= opts.num_frames)
260         return false;
262     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
264     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
265     assert (frame_buffer != nullptr);
266     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
268     Mat image;
269     if (!opts.is_camera_input && !opts.is_video_input)
270     {
271         if (opts.input_file.empty())
272         {
273             ifstream ifs(DEFAULT_INPUT, ios::binary);
274             ifs.seekg((frame_idx % DEFAULT_INPUT_FRAMES) * channel_size * 3);
275             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
276             bool ifs_status = ifs.good();
277             ifs.close();
278             orig_width  = c.inWidth;
279             orig_height = c.inHeight;
280             return ifs_status;  // already PreProc-ed
281         }
282         else
283         {
284             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
285             if (image.empty())
286             {
287                 cerr << "Unable to read from: " << opts.input_file << endl;
288                 return false;
289             }
290         }
291     }
292     else
293     {
294         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
295         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
296         if (! cap.grab())  return false;
297         if (! cap.grab())  return false;
298         if (! cap.grab())  return false;
299         if (! cap.grab())  return false;
300         if (! cap.grab())  return false;
301         if (! cap.retrieve(image)) return false;
302     }
304     // scale to network input size
305     Mat s_image, bgr_frames[3];
306     orig_width  = image.cols;
307     orig_height = image.rows;
308     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
309                0, 0, cv::INTER_AREA);
310     cv::split(s_image, bgr_frames);
311     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
312     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
313     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
314     return true;
317 // Create frame with boxes drawn around classified objects
318 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
319                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts)
321     // Asseembly original frame
322     int width  = c.inWidth;
323     int height = c.inHeight;
324     int channel_size = width * height;
325     Mat frame, r_frame, bgr[3];
327     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
328     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
329     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
330     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
331     cv::merge(bgr, 3, frame);
333     int frame_index = eop.GetFrameIndex();
334     char outfile_name[64];
335     if (opts.input_file.empty())
336     {
337         snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
338         cv::imwrite(outfile_name, frame);
339         printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
340     }
342     // Draw boxes around classified objects
343     float *out = (float *) eop.GetOutputBufferPtr();
344     int num_floats = eop.GetOutputBufferSizeInBytes() / sizeof(float);
345     for (int i = 0; i < num_floats / 7; i++)
346     {
347         int index = (int)    out[i * 7 + 0];
348         if (index < 0)  break;
350         int   label = (int)  out[i * 7 + 1];
351         int   xmin  = (int) (out[i * 7 + 3] * width);
352         int   ymin  = (int) (out[i * 7 + 4] * height);
353         int   xmax  = (int) (out[i * 7 + 5] * width);
354         int   ymax  = (int) (out[i * 7 + 6] * height);
356         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
357                                                       label);
358         if (object_class == nullptr)  continue;
360 #if 0
361         printf("(%d, %d) -> (%d, %d): %s, score=%f\n",
362                xmin, ymin, xmax, ymax, object_class->label, score);
363 #endif
365         cv::rectangle(frame, Point(xmin, ymin), Point(xmax, ymax),
366                       Scalar(object_class->color.blue,
367                              object_class->color.green,
368                              object_class->color.red), 2);
369     }
371     // Resize to output width/height, keep aspect ratio
372     uint32_t output_width = opts.output_width;
373     if (output_width == 0)  output_width = orig_width;
374     uint32_t output_height = (output_width*1.0f) / orig_width * orig_height;
375     cv::resize(frame, r_frame, Size(output_width, output_height));
377     if (opts.is_camera_input || opts.is_video_input)
378     {
379         cv::imshow("SSD_Multibox", r_frame);
380         waitKey(1);
381     }
382     else
383     {
384         snprintf(outfile_name, 64, "multibox_%d.png", frame_index);
385         cv::imwrite(outfile_name, r_frame);
386         printf("Saving frame %d with SSD multiboxes to: %s\n",
387                frame_index, outfile_name);
388     }
390     return true;
393 void DisplayHelp()
395     std::cout <<
396     "Usage: ssd_multibox\n"
397     "  Will run partitioned ssd_multibox network to perform "
398     "multi-objects detection\n"
399     "  and classification.  First part of network "
400     "(layersGroupId 1) runs on EVE,\n"
401     "  second part (layersGroupId 2) runs on DSP.\n"
402     "  Use -c to run a different segmentation network.  Default is jdetnet.\n"
403     "Optional arguments:\n"
404     " -c <config>          Valid configs: jdetnet \n"
405     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
406     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
407     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
408     "                      Default are 9 frames in testvecs\n"
409     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
410     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
411     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
412     " -f <number>          Number of frames to process\n"
413     " -w <number>          Output image/video width\n"
414     " -v                   Verbose output during execution\n"
415     " -h                   Help\n";