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, 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();
  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         //
 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();
 196
 197         // Allocate input/output memory for each EOP
 198         AllocateMemory(eops);
 199
 200         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
 201         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
 202
 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];
 209
 210             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
 211             if (eop->ProcessFrameWait())
 212             {
 213                 WriteFrameOutput(*eop, c, opts);
 214             }
 215
 216             // Read a frame and start processing it with current eo
 217             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap))
 218                 eop->ProcessFrameStartAsync();
 219         }
 220
 221         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
 222         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
 223         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
 224                   << setw(6) << setprecision(4)
 225                   << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
 226
 227         FreeMemory(eops);
 228         for (auto eop : eops)  delete eop;
 229         delete e_eve;
 230         delete e_dsp;
 231     }
 232     catch (tidl::Exception &e)
 233     {
 234         cerr << e.what() << endl;
 235         status = false;
 236     }
 237
 238     return status;
 239 }
 240
 241 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
 242 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c,
 243                          int layers_group_id)
 244 {
 245     if (num == 0) return nullptr;
 246
 247     DeviceIds ids;
 248     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
 249         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 250
 251     return new Executor(dt, ids, c, layers_group_id);
 252 }
 253
 254 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, uint32_t frame_idx,
 255                const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts,
 256                VideoCapture &cap)
 257 {
 258     if ((uint32_t)frame_idx >= opts.num_frames)
 259         return false;
 260
 261     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
 262
 263     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
 264     assert (frame_buffer != nullptr);
 265     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
 266
 267     Mat image;
 268     if (!opts.is_camera_input && !opts.is_video_input)
 269     {
 270         if (opts.input_file.empty())
 271         {
 272             ifstream ifs(DEFAULT_INPUT, ios::binary);
 273             ifs.seekg((frame_idx % DEFAULT_INPUT_FRAMES) * channel_size * 3);
 274             ifs.read(frame_buffer, channel_size * 3);
 275             bool ifs_status = ifs.good();
 276             ifs.close();
 277             orig_width  = c.inWidth;
 278             orig_height = c.inHeight;
 279             return ifs_status;  // already PreProc-ed
 280         }
 281         else
 282         {
 283             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 284             if (image.empty())
 285             {
 286                 cerr << "Unable to read from: " << opts.input_file << endl;
 287                 return false;
 288             }
 289         }
 290     }
 291     else
 292     {
 293         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 294         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 295         if (! cap.grab())  return false;
 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.retrieve(image)) return false;
 301     }
 302
 303     // scale to network input size
 304     Mat s_image, bgr_frames[3];
 305     orig_width  = image.cols;
 306     orig_height = image.rows;
 307     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
 308                0, 0, cv::INTER_AREA);
 309     cv::split(s_image, bgr_frames);
 310     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 311     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 312     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 313     return true;
 314 }
 315
 316 // Create frame with boxes drawn around classified objects
 317 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
 318                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts)
 319 {
 320     // Asseembly original frame
 321     int width  = c.inWidth;
 322     int height = c.inHeight;
 323     int channel_size = width * height;
 324     Mat frame, r_frame, bgr[3];
 325
 326     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
 327     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 328     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 329     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 330     cv::merge(bgr, 3, frame);
 331
 332     int frame_index = eop.GetFrameIndex();
 333     char outfile_name[64];
 334     if (opts.input_file.empty())
 335     {
 336         snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
 337         cv::imwrite(outfile_name, frame);
 338         printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
 339     }
 340
 341     // Draw boxes around classified objects
 342     float *out = (float *) eop.GetOutputBufferPtr();
 343     int num_floats = eop.GetOutputBufferSizeInBytes() / sizeof(float);
 344     for (int i = 0; i < num_floats / 7; i++)
 345     {
 346         int index = (int)    out[i * 7 + 0];
 347         if (index < 0)  break;
 348
 349         int   label = (int)  out[i * 7 + 1];
 350         int   xmin  = (int) (out[i * 7 + 3] * width);
 351         int   ymin  = (int) (out[i * 7 + 4] * height);
 352         int   xmax  = (int) (out[i * 7 + 5] * width);
 353         int   ymax  = (int) (out[i * 7 + 6] * height);
 354
 355         object_class_t *object_class = GetObjectClass(object_class_table,
 356                                                       label);
 357         if (object_class == nullptr)  continue;
 358
 359 #if 0
 360         printf("(%d, %d) -> (%d, %d): %s, score=%f\n",
 361                xmin, ymin, xmax, ymax, object_class->label, score);
 362 #endif
 363
 364         cv::rectangle(frame, Point(xmin, ymin), Point(xmax, ymax),
 365                       Scalar(object_class->color.blue,
 366                              object_class->color.green,
 367                              object_class->color.red), 2);
 368     }
 369
 370     // Resize to output width/height, keep aspect ratio
 371     uint32_t output_width = opts.output_width;
 372     if (output_width == 0)  output_width = orig_width;
 373     uint32_t output_height = (output_width*1.0f) / orig_width * orig_height;
 374     cv::resize(frame, r_frame, Size(output_width, output_height));
 375
 376     if (opts.is_camera_input || opts.is_video_input)
 377     {
 378         cv::imshow("SSD_Multibox", r_frame);
 379         waitKey(1);
 380     }
 381     else
 382     {
 383         snprintf(outfile_name, 64, "multibox_%d.png", frame_index);
 384         cv::imwrite(outfile_name, r_frame);
 385         printf("Saving frame %d with SSD multiboxes to: %s\n",
 386                frame_index, outfile_name);
 387     }
 388
 389     return true;
 390 }
 391
 392 void DisplayHelp()
 393 {
 394     std::cout <<
 395     "Usage: ssd_multibox\n"
 396     "  Will run partitioned ssd_multibox network to perform "
 397     "multi-objects detection\n"
 398     "  and classification.  First part of network "
 399     "(layersGroupId 1) runs on EVE,\n"
 400     "  second part (layersGroupId 2) runs on DSP.\n"
 401     "  Use -c to run a different segmentation network.  Default is jdetnet.\n"
 402     "Optional arguments:\n"
 403     " -c <config>          Valid configs: jdetnet \n"
 404     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
 405     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
 406     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
 407     "                      Default are 9 frames in testvecs\n"
 408     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
 409     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
 410     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
 411     " -f <number>          Number of frames to process\n"
 412     " -w <number>          Output image/video width\n"
 413     " -v                   Verbose output during execution\n"
 414     " -h                   Help\n";
 415 }
 416