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 <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 "../segmentation/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    "jdetnet"
  56 #define DEFAULT_INPUT     "../test/testvecs/input/preproc_0_768x320.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 bool is_partitioned        = true;
  63 int  orig_width;
  64 int  orig_height;
  65 object_class_table_t *object_class_table;
  66
  67 using namespace tinn;
  68 using namespace cv;
  69
  70
  71 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, uint32_t num_devices,
  72                       DeviceType device_type, std::string& input_file);
  73 bool ReadFrame(ExecutionObject& eo, int frame_idx,
  74                const Configuration& configuration, int num_frames,
  75                std::string& image_file, VideoCapture &cap);
  76 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo_in,
  77                       const ExecutionObject &eo_out,
  78                       const Configuration& configuration);
  79
  80 void ReportTime(int frame_index, std::string device_name, double elapsed_host,
  81                 double elapsed_device);
  82
  83 static void ProcessArgs(int argc, char *argv[],
  84                         std::string& config,
  85                         uint32_t& num_devices,
  86                         DeviceType& device_type,
  87                         std::string& input_file);
  88
  89 static void DisplayHelp();
  90
  91 static double ms_diff(struct timespec &t0, struct timespec &t1)
  92 { return (t1.tv_sec - t0.tv_sec) * 1e3 + (t1.tv_nsec - t0.tv_nsec) / 1e6; }
  93
  94
  95 int main(int argc, char *argv[])
  96 {
  97     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  98     signal(SIGABRT, exit);
  99     signal(SIGTERM, exit);
 100
 101     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
 102     uint32_t num_dla = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DLA);
 103     uint32_t num_dsp = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
 104     if (num_dla == 0 && num_dsp == 0)
 105     {
 106         std::cout << "TI DL not supported on this SoC." << std::endl;
 107         return EXIT_SUCCESS;
 108     }
 109
 110     // Process arguments
 111     std::string config      = DEFAULT_CONFIG;
 112     std::string input_file  = DEFAULT_INPUT;
 113     uint32_t num_devices    = 1;
 114     DeviceType  device_type = DeviceType::DLA;
 115     ProcessArgs(argc, argv, config, num_devices, device_type, input_file);
 116
 117     if (is_partitioned)
 118         num_devices = std::min(num_devices, std::min(num_dla, num_dsp));
 119     if (num_devices == 0)
 120     {
 121         std::cout << "Partitioned execution requires at least 1 DLA and 1 DSP."
 122                   << std::endl;
 123         return EXIT_FAILURE;
 124     }
 125     if ((object_class_table = GetObjectClassTable(config)) == nullptr)
 126     {
 127         std::cout << "No object classes defined for this config." << std::endl;
 128         return EXIT_FAILURE;
 129     }
 130
 131     if (input_file == DEFAULT_INPUT)  is_default_input = true;
 132     if (input_file == "camera")       is_camera_input = true;
 133     if (input_file.length() > 2 &&
 134         input_file.compare(input_file.length() - 2, 2, ".y") == 0)
 135         is_preprocessed_input = true;
 136     std::cout << "Input: " << input_file << std::endl;
 137     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 138                               + config + ".txt";
 139     bool status = RunConfiguration(config_file, num_devices, device_type,
 140                                    input_file);
 141
 142     if (!status)
 143     {
 144         std::cout << "ssd_multibox FAILED" << std::endl;
 145         return EXIT_FAILURE;
 146     }
 147
 148     std::cout << "ssd_multibox PASSED" << std::endl;
 149     return EXIT_SUCCESS;
 150 }
 151
 152 bool RunConfiguration(const std::string& config_file, uint32_t num_devices,
 153                       DeviceType device_type, std::string& input_file)
 154 {
 155     DeviceIds ids;
 156     for (int i = 0; i < num_devices; i++)
 157         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 158
 159     // Read the TI DL configuration file
 160     Configuration configuration;
 161     bool status = configuration.ReadFromFile(config_file);
 162     if (!status)
 163     {
 164         std::cerr << "Error in configuration file: " << config_file
 165                   << std::endl;
 166         return false;
 167     }
 168     configuration.runFullNet = is_partitioned ? 0 : 1;
 169
 170     // setup input
 171     int num_frames = is_default_input ? 3 : 1;
 172     VideoCapture cap;
 173     std::string image_file;
 174     if (is_camera_input)
 175     {
 176         cap = VideoCapture(1);  // cap = VideoCapture("test.mp4");
 177         if (! cap.isOpened())
 178         {
 179             std::cerr << "Cannot open camera input." << std::endl;
 180             return false;
 181         }
 182         num_frames = NUM_VIDEO_FRAMES;
 183         namedWindow("SSD_Multibox", WINDOW_AUTOSIZE | CV_GUI_NORMAL);
 184     }
 185     else
 186     {
 187         image_file = input_file;
 188     }
 189
 190     try
 191     {
 192         // Create a executor with the approriate core type, number of cores
 193         // and configuration specified
 194         configuration.layersGroupId = 1;
 195         Executor *executor_1 = new Executor(device_type, ids, configuration);
 196         Executor *executor_2 = nullptr;
 197         if (is_partitioned)
 198         {
 199             configuration.layersGroupId       = 2;
 200             configuration.enableInternalInput = 1;  // 0 is also valid
 201             executor_2 = new Executor(DeviceType::DSP, ids, configuration);
 202         }
 203
 204         // Query Executor for set of ExecutionObjects created
 205         const ExecutionObjects *execution_objects_1, *execution_objects_2;
 206         execution_objects_1 = & executor_1->GetExecutionObjects();
 207         int num_eos = execution_objects_1->size();
 208         if (is_partitioned)
 209             execution_objects_2 = & executor_2->GetExecutionObjects();
 210
 211         // Allocate input and output buffers for each execution object
 212         std::vector<void *> buffers;
 213         for (int i = 0; i < num_eos; i++)
 214         {
 215             ExecutionObject *eo1 = execution_objects_1->at(i).get();
 216             size_t in_size  = eo1->GetInputBufferSizeInBytes();
 217             size_t out_size = eo1->GetOutputBufferSizeInBytes();
 218             ArgInfo in  = { ArgInfo(malloc(in_size),  in_size)};
 219             ArgInfo out = { ArgInfo(nullptr, 0) };
 220             if (configuration.enableInternalInput == 0)
 221                 out = ArgInfo(malloc(out_size), out_size);
 222             eo1->SetInputOutputBuffer(in, out);
 223
 224             buffers.push_back(in.ptr());
 225             buffers.push_back(out.ptr());
 226
 227             if (is_partitioned)
 228             {
 229                 ExecutionObject *eo2 = execution_objects_2->at(i).get();
 230                 size_t out2_size = eo2->GetOutputBufferSizeInBytes();
 231                 ArgInfo out2 = { ArgInfo(malloc(out2_size), out2_size) };
 232                 eo2->SetInputOutputBuffer(out, out2);
 233                 buffers.push_back(out2.ptr());
 234             }
 235         }
 236
 237         #define MAX_NUM_EOS  4
 238         struct timespec t0[MAX_NUM_EOS], t1, tloop0, tloop1;
 239         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tloop0);
 240
 241         // Process frames with available execution objects in a pipelined manner
 242         // additional num_eos iterations to flush the pipeline (epilogue)
 243         ExecutionObject *eo1, *eo2, *eo_wait, *eo_input;
 244         for (int frame_idx = 0;
 245              frame_idx < num_frames + num_eos; frame_idx++)
 246         {
 247             eo1 = execution_objects_1->at(frame_idx % num_eos).get();
 248             eo_wait = eo1;
 249             if (is_partitioned)
 250             {
 251                 eo2 = execution_objects_2->at(frame_idx % num_eos).get();
 252                 eo_wait = eo2;
 253             }
 254
 255             // Wait for previous frame on the same eo to finish processing
 256             if (eo_wait->ProcessFrameWait())
 257             {
 258                 int finished_idx = eo_wait->GetFrameIndex();
 259                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t1);
 260                 ReportTime(finished_idx,
 261                            (is_partitioned || device_type == DeviceType::DSP) ?
 262                            "DSP" : "DLA",
 263                            ms_diff(t0[finished_idx % num_eos], t1),
 264                            eo_wait->GetProcessTimeInMilliSeconds());
 265
 266                 eo_input = execution_objects_1->at(finished_idx %num_eos).get();
 267                 WriteFrameOutput(*eo_input, *eo_wait, configuration);
 268             }
 269
 270             // Read a frame and start processing it with current eo
 271             if (ReadFrame(*eo1, frame_idx, configuration, num_frames,
 272                           image_file, cap))
 273             {
 274                 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t0[frame_idx % num_eos]);
 275                 eo1->ProcessFrameStartAsync();
 276
 277                 if (is_partitioned && eo1->ProcessFrameWait())
 278                 {
 279                     clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t1);
 280                     ReportTime(frame_idx, "DLA",
 281                            ms_diff(t0[frame_idx % num_eos], t1),
 282                            eo1->GetProcessTimeInMilliSeconds());
 283
 284                     clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t0[frame_idx % num_eos]);
 285                     eo2->ProcessFrameStartAsync();
 286                 }
 287             }
 288         }
 289
 290         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tloop1);
 291         std::cout << "Loop total time (including read/write/print/etc): "
 292                   << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 293                   << ms_diff(tloop0, tloop1) << "ms" << std::endl;
 294
 295         delete executor_1;
 296         delete executor_2;
 297         for (auto b : buffers)
 298             free(b);
 299     }
 300     catch (tinn::Exception &e)
 301     {
 302         std::cerr << e.what() << std::endl;
 303         status = false;
 304     }
 305
 306     return status;
 307 }
 308
 309 void ReportTime(int frame_index, std::string device_name, double elapsed_host,
 310                 double elapsed_device)
 311 {
 312     double overhead = 100 - (elapsed_device/elapsed_host*100);
 313     std::cout << "frame[" << frame_index << "]: "
 314               << "Time on " << device_name << ": "
 315               << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 316               << elapsed_device << "ms, "
 317               << "host: "
 318               << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 319               << elapsed_host << "ms ";
 320     std::cout << "API overhead: "
 321               << std::setw(6) << std::setprecision(3)
 322               << overhead << " %" << std::endl;
 323 }
 324
 325
 326 bool ReadFrame(ExecutionObject &eo, int frame_idx,
 327                const Configuration& configuration, int num_frames,
 328                std::string& image_file, VideoCapture &cap)
 329 {
 330     if (frame_idx >= num_frames)
 331         return false;
 332     eo.SetFrameIndex(frame_idx);
 333
 334     char*  frame_buffer = eo.GetInputBufferPtr();
 335     assert (frame_buffer != nullptr);
 336     int channel_size = configuration.inWidth * configuration.inHeight;
 337
 338     Mat image;
 339     if (! image_file.empty())
 340     {
 341         if (is_preprocessed_input)
 342         {
 343             std::ifstream ifs(image_file, std::ios::binary);
 344             ifs.seekg(frame_idx * channel_size * 3);
 345             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
 346             bool ifs_status = ifs.good();
 347             ifs.close();
 348             orig_width  = configuration.inWidth;
 349             orig_height = configuration.inHeight;
 350             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 351         }
 352         else
 353         {
 354             image = cv::imread(image_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 355             if (image.empty())
 356             {
 357                 std::cerr << "Unable to read from: " << image_file << std::endl;
 358                 return false;
 359             }
 360         }
 361     }
 362     else
 363     {
 364         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 365         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 366         if (! cap.grab())  return false;
 367         if (! cap.grab())  return false;
 368         if (! cap.grab())  return false;
 369         if (! cap.grab())  return false;
 370         if (! cap.grab())  return false;
 371         if (! cap.retrieve(image)) return false;
 372     }
 373
 374     // scale to network input size
 375     Mat s_image, bgr_frames[3];
 376     orig_width  = image.cols;
 377     orig_height = image.rows;
 378     cv::resize(image, s_image,
 379                Size(configuration.inWidth, configuration.inHeight),
 380                0, 0, cv::INTER_AREA);
 381     cv::split(s_image, bgr_frames);
 382     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 383     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 384     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 385     return true;
 386 }
 387
 388 // Create frame with boxes drawn around classified objects
 389 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObject &eo_in,
 390                       const ExecutionObject &eo_out,
 391                       const Configuration& configuration)
 392 {
 393     // Asseembly original frame
 394     int width  = configuration.inWidth;
 395     int height = configuration.inHeight;
 396     int channel_size = width * height;
 397     Mat frame, r_frame, bgr[3];
 398
 399     unsigned char *in = (unsigned char *) eo_in.GetInputBufferPtr();
 400     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 401     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 402     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 403     cv::merge(bgr, 3, frame);
 404
 405     int frame_index = eo_in.GetFrameIndex();
 406     char outfile_name[64];
 407     if (! is_camera_input && is_preprocessed_input)
 408     {
 409         snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
 410         cv::imwrite(outfile_name, frame);
 411         printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
 412     }
 413
 414     // Draw boxes around classified objects
 415     float *out = (float *) eo_out.GetOutputBufferPtr();
 416     int num_floats = eo_out.GetOutputBufferSizeInBytes() / sizeof(float);
 417     for (int i = 0; i < num_floats / 7; i++)
 418     {
 419         int index = (int)    out[i * 7 + 0];
 420         if (index < 0)  break;
 421
 422         int   label = (int)  out[i * 7 + 1];
 423         float score =        out[i * 7 + 2];
 424         int   xmin  = (int) (out[i * 7 + 3] * width);
 425         int   ymin  = (int) (out[i * 7 + 4] * height);
 426         int   xmax  = (int) (out[i * 7 + 5] * width);
 427         int   ymax  = (int) (out[i * 7 + 6] * height);
 428
 429         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
 430                                                       label);
 431         if (object_class == nullptr)  continue;
 432
 433 #if 0
 434         printf("(%d, %d) -> (%d, %d): %s, score=%f\n",
 435                xmin, ymin, xmax, ymax, object_class->label, score);
 436 #endif
 437
 438         cv::rectangle(frame, Point(xmin, ymin), Point(xmax, ymax),
 439                       Scalar(object_class->color.blue,
 440                              object_class->color.green,
 441                              object_class->color.red), 2);
 442     }
 443
 444     // output
 445     cv::resize(frame, r_frame, Size(orig_width, orig_height));
 446     if (is_camera_input)
 447     {
 448         cv::imshow("SSD_Multibox", r_frame);
 449         waitKey(1);
 450     }
 451     else
 452     {
 453         snprintf(outfile_name, 64, "multibox_%d.png", frame_index);
 454         cv::imwrite(outfile_name, r_frame);
 455         printf("Saving frame %d with SSD multiboxes to: %s\n",
 456                frame_index, outfile_name);
 457     }
 458
 459     return true;
 460 }
 461
 462
 463 void ProcessArgs(int argc, char *argv[], std::string& config,
 464                  uint32_t& num_devices, DeviceType& device_type,
 465                  std::string& input_file)
 466 {
 467     const struct option long_options[] =
 468     {
 469         {"config",      required_argument, 0, 'c'},
 470         {"num_devices", required_argument, 0, 'n'},
 471         {"device_type", required_argument, 0, 't'},
 472         {"image_file",  required_argument, 0, 'i'},
 473         {"help",        no_argument,       0, 'h'},
 474         {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
 475         {0, 0, 0, 0}
 476     };
 477
 478     int option_index = 0;
 479
 480     while (true)
 481     {
 482         int c = getopt_long(argc, argv, "c:n:t:i:hv", long_options, &option_index);
 483
 484         if (c == -1)
 485             break;
 486
 487         switch (c)
 488         {
 489             case 'c': config = optarg;
 490                       break;
 491
 492             case 'n': num_devices = atoi(optarg);
 493                       assert (num_devices > 0 && num_devices <= 4);
 494                       break;
 495
 496             case 't': if (*optarg == 'e')
 497                       {
 498                           device_type = DeviceType::DLA;
 499                           is_partitioned = false;
 500                       }
 501 #if 0
 502                       else if (*optarg == 'd')
 503                       {
 504                           device_type = DeviceType::DSP;
 505                           is_partitioned = false;
 506                       }
 507 #endif
 508                       else
 509                       {
 510                           //std::cerr << "Invalid argument to -t, only e or d"
 511                           std::cerr << "Invalid argument to -t, only e"
 512                                        " allowed" << std::endl;
 513                           exit(EXIT_FAILURE);
 514                       }
 515                       break;
 516
 517             case 'i': input_file = optarg;
 518                       break;
 519
 520             case 'v': __TI_show_debug_ = true;
 521                       break;
 522
 523             case 'h': DisplayHelp();
 524                       exit(EXIT_SUCCESS);
 525                       break;
 526
 527             case '?': // Error in getopt_long
 528                       exit(EXIT_FAILURE);
 529                       break;
 530
 531             default:
 532                       std::cerr << "Unsupported option: " << c << std::endl;
 533                       break;
 534         }
 535     }
 536 }
 537
 538 void DisplayHelp()
 539 {
 540     std::cout << "Usage: ssd_multibox\n"
 541                  "  Will run ssd_multibox network to perform multi-objects"
 542                  " classification.\n  Use -c to run a different"
 543                  "  segmentation network. Default is jdetnet.\n"
 544                  "Optional arguments:\n"
 545                  " -c <config>          Valid configs: jdetnet, jdetnet_512x256\n"
 546                  " -n <number of cores> Number of cores to use (1 - 4)\n"
 547                  " -t <d|e>             Type of core. d -> DSP, e -> DLA\n"
 548                  "                      DSP not supported at this time\n"
 549                  "                      Default to partitioned execution: \n"
 550                  "                          part 1 on DLA, part 2 on DSP\n"
 551                  " -i <image>           Path to the image file\n"
 552                  "                      Default is 1 frame in testvecs\n"
 553                  " -i camera            Use camera as input\n"
 554                  " -v                   Verbose output during execution\n"
 555                  " -h                   Help\n";
 556 }
 557