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 "execution_object_pipeline.h"
  47 #include "configuration.h"
  48 #include "../segmentation/object_classes.h"
  49
  50 #include "opencv2/core.hpp"
  51 #include "opencv2/imgproc.hpp"
  52 #include "opencv2/highgui.hpp"
  53 #include "opencv2/videoio.hpp"
  54
  55 #define NUM_VIDEO_FRAMES  100
  56 #define DEFAULT_CONFIG    "jdetnet"
  57 #define DEFAULT_INPUT     "../test/testvecs/input/preproc_0_768x320.y"
  58
  59 bool __TI_show_debug_ = false;
  60 bool is_default_input = false;
  61 bool is_preprocessed_input = false;
  62 bool is_camera_input       = false;
  63 int  orig_width;
  64 int  orig_height;
  65 object_class_table_t *object_class_table;
  66
  67 using namespace tidl;
  68 using namespace cv;
  69
  70
  71 bool RunConfiguration(const std::string& config_file,
  72                       uint32_t num_dsps, uint32_t num_eves,
  73                       DeviceType device_type, std::string& input_file);
  74 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, int frame_idx,
  75                const Configuration& configuration, int num_frames,
  76                std::string& image_file, VideoCapture &cap);
  77 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
  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_dsps,
  86                         uint32_t& num_eves,
  87                         DeviceType& device_type,
  88                         std::string& input_file);
  89
  90 static void DisplayHelp();
  91
  92 static double ms_diff(struct timespec &t0, struct timespec &t1)
  93 { return (t1.tv_sec - t0.tv_sec) * 1e3 + (t1.tv_nsec - t0.tv_nsec) / 1e6; }
  94
  95
  96 int main(int argc, char *argv[])
  97 {
  98     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  99     signal(SIGABRT, exit);
 100     signal(SIGTERM, exit);
 101
 102     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
 103     uint32_t num_eve = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
 104     uint32_t num_dsp = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
 105     if (num_eve == 0 || num_dsp == 0)
 106     {
 107         std::cout << "ssd_multibox requires both EVE and DSP for execution."
 108                   << std::endl;
 109         return EXIT_SUCCESS;
 110     }
 111
 112     // Process arguments
 113     std::string config      = DEFAULT_CONFIG;
 114     std::string input_file  = DEFAULT_INPUT;
 115     uint32_t num_dsps    = 1;
 116     uint32_t num_eves    = 1;
 117     DeviceType  device_type = DeviceType::EVE;
 118     ProcessArgs(argc, argv, config, num_dsps, num_eves,
 119                 device_type, input_file);
 120
 121     if ((object_class_table = GetObjectClassTable(config)) == nullptr)
 122     {
 123         std::cout << "No object classes defined for this config." << std::endl;
 124         return EXIT_FAILURE;
 125     }
 126
 127     if (input_file == DEFAULT_INPUT)  is_default_input = true;
 128     if (input_file == "camera")       is_camera_input = true;
 129     if (input_file.length() > 2 &&
 130         input_file.compare(input_file.length() - 2, 2, ".y") == 0)
 131         is_preprocessed_input = true;
 132     std::cout << "Input: " << input_file << std::endl;
 133     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 134                               + config + ".txt";
 135     bool status = RunConfiguration(config_file, num_dsps, num_eves,
 136                                    device_type, input_file);
 137
 138     if (!status)
 139     {
 140         std::cout << "ssd_multibox FAILED" << std::endl;
 141         return EXIT_FAILURE;
 142     }
 143
 144     std::cout << "ssd_multibox PASSED" << std::endl;
 145     return EXIT_SUCCESS;
 146 }
 147
 148 bool RunConfiguration(const std::string& config_file,
 149                       uint32_t num_dsps, uint32_t num_eves,
 150                       DeviceType device_type, std::string& input_file)
 151 {
 152     DeviceIds ids_eve, ids_dsp;
 153     for (int i = 0; i < num_eves; i++)
 154         ids_eve.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 155     for (int i = 0; i < num_dsps; i++)
 156         ids_dsp.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 157
 158     // Read the TI DL configuration file
 159     Configuration configuration;
 160     bool status = configuration.ReadFromFile(config_file);
 161     if (!status)
 162     {
 163         std::cerr << "Error in configuration file: " << config_file
 164                   << std::endl;
 165         return false;
 166     }
 167
 168     // setup input
 169     int num_frames = is_default_input ? 9 : 9;
 170     VideoCapture cap;
 171     std::string image_file;
 172     if (is_camera_input)
 173     {
 174         cap = VideoCapture(1);  // cap = VideoCapture("test.mp4");
 175         if (! cap.isOpened())
 176         {
 177             std::cerr << "Cannot open camera input." << std::endl;
 178             return false;
 179         }
 180         num_frames = NUM_VIDEO_FRAMES;
 181         namedWindow("SSD_Multibox", WINDOW_AUTOSIZE | CV_GUI_NORMAL);
 182     }
 183     else
 184     {
 185         image_file = input_file;
 186     }
 187
 188     try
 189     {
 190         // Create a executor with the approriate core type, number of cores
 191         // and configuration specified
 192         // EVE will run layersGroupId 1 in the network, while
 193         // DSP will run layersGroupId 2 in the network
 194         Executor exe_eve(DeviceType::EVE, ids_eve, configuration, 1);
 195         Executor exe_dsp(DeviceType::DSP, ids_dsp, configuration, 2);
 196
 197         // Construct ExecutionObjectPipeline that utilizes multiple
 198         // ExecutionObjects to process a single frame, each ExecutionObject
 199         // processes one layerGroup of the network
 200         int num_eops = std::max(num_eves, num_dsps);
 201         std::vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
 202         for (int i = 0; i < num_eops; i++)
 203             eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline({exe_eve[i%num_eves],
 204                                                         exe_dsp[i%num_dsps]}));
 205
 206         // Allocate input/output memory for each EOP
 207         std::vector<void *> buffers;
 208         for (auto eop : eops)
 209         {
 210             size_t in_size  = eop->GetInputBufferSizeInBytes();
 211             size_t out_size = eop->GetOutputBufferSizeInBytes();
 212             void*  in_ptr   = malloc(in_size);
 213             void*  out_ptr  = malloc(out_size);
 214             assert(in_ptr != nullptr && out_ptr != nullptr);
 215             buffers.push_back(in_ptr);
 216             buffers.push_back(out_ptr);
 217
 218             ArgInfo in(in_ptr,   in_size);
 219             ArgInfo out(out_ptr, out_size);
 220             eop->SetInputOutputBuffer(in, out);
 221         }
 222
 223         struct timespec tloop0, tloop1;
 224         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tloop0);
 225
 226         // Process frames with ExecutionObjectPipelines in a pipelined manner
 227         // additional num_eops iterations to flush pipeline (epilogue)
 228         for (int frame_idx = 0; frame_idx < num_frames + num_eops; frame_idx++)
 229         {
 230             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
 231
 232             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
 233             if (eop->ProcessFrameWait())
 234             {
 235                 ReportTime(eop->GetFrameIndex(), eop->GetDeviceName(),
 236                            eop->GetHostProcessTimeInMilliSeconds(),
 237                            eop->GetProcessTimeInMilliSeconds());
 238                 WriteFrameOutput(*eop, configuration);
 239             }
 240
 241             // Read a frame and start processing it with current eo
 242             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, configuration, num_frames,
 243                           image_file, cap))
 244             {
 245                 eop->ProcessFrameStartAsync();
 246             }
 247         }
 248
 249         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tloop1);
 250         std::cout << "Loop total time (including read/write/print/etc): "
 251                   << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 252                   << ms_diff(tloop0, tloop1) << "ms" << std::endl;
 253
 254         for (auto eop : eops)
 255             delete eop;
 256         for (auto b : buffers)
 257             free(b);
 258     }
 259     catch (tidl::Exception &e)
 260     {
 261         std::cerr << e.what() << std::endl;
 262         status = false;
 263     }
 264
 265     return status;
 266 }
 267
 268 void ReportTime(int frame_index, std::string device_name, double elapsed_host,
 269                 double elapsed_device)
 270 {
 271     double overhead = 100 - (elapsed_device/elapsed_host*100);
 272     std::cout << "frame[" << frame_index << "]: "
 273               << "Time on " << device_name << ": "
 274               << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 275               << elapsed_device << "ms, "
 276               << "host: "
 277               << std::setw(6) << std::setprecision(4)
 278               << elapsed_host << "ms ";
 279     std::cout << "API overhead: "
 280               << std::setw(6) << std::setprecision(3)
 281               << overhead << " %" << std::endl;
 282 }
 283
 284
 285 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, int frame_idx,
 286                const Configuration& configuration, int num_frames,
 287                std::string& image_file, VideoCapture &cap)
 288 {
 289     if (frame_idx >= num_frames)
 290         return false;
 291     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
 292
 293     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
 294     assert (frame_buffer != nullptr);
 295     int channel_size = configuration.inWidth * configuration.inHeight;
 296
 297     Mat image;
 298     if (! image_file.empty())
 299     {
 300         if (is_preprocessed_input)
 301         {
 302             std::ifstream ifs(image_file, std::ios::binary);
 303             //ifs.seekg(frame_idx * channel_size * 3);
 304             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
 305             bool ifs_status = ifs.good();
 306             ifs.close();
 307             orig_width  = configuration.inWidth;
 308             orig_height = configuration.inHeight;
 309             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 310         }
 311         else
 312         {
 313             image = cv::imread(image_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 314             if (image.empty())
 315             {
 316                 std::cerr << "Unable to read from: " << image_file << std::endl;
 317                 return false;
 318             }
 319         }
 320     }
 321     else
 322     {
 323         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 324         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 325         if (! cap.grab())  return false;
 326         if (! cap.grab())  return false;
 327         if (! cap.grab())  return false;
 328         if (! cap.grab())  return false;
 329         if (! cap.grab())  return false;
 330         if (! cap.retrieve(image)) return false;
 331     }
 332
 333     // scale to network input size
 334     Mat s_image, bgr_frames[3];
 335     orig_width  = image.cols;
 336     orig_height = image.rows;
 337     cv::resize(image, s_image,
 338                Size(configuration.inWidth, configuration.inHeight),
 339                0, 0, cv::INTER_AREA);
 340     cv::split(s_image, bgr_frames);
 341     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 342     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 343     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 344     return true;
 345 }
 346
 347 // Create frame with boxes drawn around classified objects
 348 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
 349                       const Configuration& configuration)
 350 {
 351     // Asseembly original frame
 352     int width  = configuration.inWidth;
 353     int height = configuration.inHeight;
 354     int channel_size = width * height;
 355     Mat frame, r_frame, bgr[3];
 356
 357     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
 358     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 359     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 360     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 361     cv::merge(bgr, 3, frame);
 362
 363     int frame_index = eop.GetFrameIndex();
 364     char outfile_name[64];
 365     if (! is_camera_input && is_preprocessed_input)
 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     // Draw boxes around classified objects
 373     float *out = (float *) eop.GetOutputBufferPtr();
 374     int num_floats = eop.GetOutputBufferSizeInBytes() / sizeof(float);
 375     for (int i = 0; i < num_floats / 7; i++)
 376     {
 377         int index = (int)    out[i * 7 + 0];
 378         if (index < 0)  break;
 379
 380         int   label = (int)  out[i * 7 + 1];
 381         float score =        out[i * 7 + 2];
 382         int   xmin  = (int) (out[i * 7 + 3] * width);
 383         int   ymin  = (int) (out[i * 7 + 4] * height);
 384         int   xmax  = (int) (out[i * 7 + 5] * width);
 385         int   ymax  = (int) (out[i * 7 + 6] * height);
 386
 387         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
 388                                                       label);
 389         if (object_class == nullptr)  continue;
 390
 391 #if 0
 392         printf("(%d, %d) -> (%d, %d): %s, score=%f\n",
 393                xmin, ymin, xmax, ymax, object_class->label, score);
 394 #endif
 395
 396         cv::rectangle(frame, Point(xmin, ymin), Point(xmax, ymax),
 397                       Scalar(object_class->color.blue,
 398                              object_class->color.green,
 399                              object_class->color.red), 2);
 400     }
 401
 402     // output
 403     cv::resize(frame, r_frame, Size(orig_width, orig_height));
 404     if (is_camera_input)
 405     {
 406         cv::imshow("SSD_Multibox", r_frame);
 407         waitKey(1);
 408     }
 409     else
 410     {
 411         snprintf(outfile_name, 64, "multibox_%d.png", frame_index);
 412         cv::imwrite(outfile_name, r_frame);
 413         printf("Saving frame %d with SSD multiboxes to: %s\n",
 414                frame_index, outfile_name);
 415     }
 416
 417     return true;
 418 }
 419
 420
 421 void ProcessArgs(int argc, char *argv[], std::string& config,
 422                  uint32_t& num_dsps, uint32_t& num_eves,
 423                  DeviceType& device_type, std::string& input_file)
 424 {
 425     const struct option long_options[] =
 426     {
 427         {"config",      required_argument, 0, 'c'},
 428         {"num_dsps",    required_argument, 0, 'd'},
 429         {"num_eves",    required_argument, 0, 'e'},
 430         {"image_file",  required_argument, 0, 'i'},
 431         {"help",        no_argument,       0, 'h'},
 432         {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
 433         {0, 0, 0, 0}
 434     };
 435
 436     int option_index = 0;
 437
 438     while (true)
 439     {
 440         int c = getopt_long(argc, argv, "c:d:e:i:hv", long_options,
 441                             &option_index);
 442
 443         if (c == -1)
 444             break;
 445
 446         switch (c)
 447         {
 448             case 'c': config = optarg;
 449                       break;
 450
 451             case 'd': num_dsps = atoi(optarg);
 452                       assert (num_dsps > 0 && num_dsps <=
 453                                      Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP));
 454                       break;
 455
 456             case 'e': num_eves = atoi(optarg);
 457                       assert (num_eves > 0 && num_eves <=
 458                                      Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE));
 459                       break;
 460
 461             case 'i': input_file = optarg;
 462                       break;
 463
 464             case 'v': __TI_show_debug_ = true;
 465                       break;
 466
 467             case 'h': DisplayHelp();
 468                       exit(EXIT_SUCCESS);
 469                       break;
 470
 471             case '?': // Error in getopt_long
 472                       exit(EXIT_FAILURE);
 473                       break;
 474
 475             default:
 476                       std::cerr << "Unsupported option: " << c << std::endl;
 477                       break;
 478         }
 479     }
 480 }
 481
 482 void DisplayHelp()
 483 {
 484     std::cout << "Usage: ssd_multibox\n"
 485                  "  Will run partitioned ssd_multibox network to perform "
 486                  "multi-objects detection\n"
 487                  "  and classification.  First part of network "
 488                  "(layersGroupId 1) runs on EVE,\n"
 489                  "  second part (layersGroupId 2) runs on DSP.\n"
 490                  "  Use -c to run a different segmentation network. "
 491                  "Default is jdetnet.\n"
 492                  "Optional arguments:\n"
 493                  " -c <config>          Valid configs: jdetnet \n"
 494                  " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
 495                  " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
 496                  " -i <image>           Path to the image file\n"
 497                  "                      Default is 1 frame in testvecs\n"
 498                  " -i camera            Use camera as input\n"
 499                  " -v                   Verbose output during execution\n"
 500                  " -h                   Help\n";
 501 }
 502