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 "../common/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_voc"
  59 #define DEFAULT_INPUT     "../test/testvecs/input/horse_768x320.y"
  60 #define DEFAULT_INPUT_FRAMES (1)
  61 #define DEFAULT_OBJECT_CLASSES_LIST_FILE "./jdetnet_voc_objects.json"
  62 #define DEFAULT_OUTPUT_PROB_THRESHOLD  25
  63
  64 std::unique_ptr<ObjectClasses> object_classes;
  65 uint32_t orig_width;
  66 uint32_t orig_height;
  67 uint32_t num_frames_file;
  68
  69
  70 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts);
  71 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c,
  72                          int layers_group_id);
  73 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, uint32_t frame_idx,
  74                const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts,
  75                VideoCapture &cap, ifstream &ifs);
  76 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
  77                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts);
  78 static void DisplayHelp();
  79
  80
  81 int main(int argc, char *argv[])
  82 {
  83     // Catch ctrl-c to ensure a clean exit
  84     signal(SIGABRT, exit);
  85     signal(SIGTERM, exit);
  86
  87     // If there are no devices capable of offloading TIDL on the SoC, exit
  88     uint32_t num_eves = Executor::GetNumDevices(DeviceType::EVE);
  89     uint32_t num_dsps = Executor::GetNumDevices(DeviceType::DSP);
  90     if (num_eves == 0 || num_dsps == 0)
  91     {
  92         cout << "ssd_multibox requires both EVE and DSP for execution." << endl;
  93         return EXIT_SUCCESS;
  94     }
  95
  96     // Process arguments
  97     cmdline_opts_t opts;
  98     opts.config = DEFAULT_CONFIG;
  99     opts.object_classes_list_file = DEFAULT_OBJECT_CLASSES_LIST_FILE;
 100     opts.num_eves = 1;
 101     opts.num_dsps = 1;
 102     opts.input_file = DEFAULT_INPUT;
 103     opts.output_prob_threshold = DEFAULT_OUTPUT_PROB_THRESHOLD;
 104     if (! ProcessArgs(argc, argv, opts))
 105     {
 106         DisplayHelp();
 107         exit(EXIT_SUCCESS);
 108     }
 109     assert(opts.num_dsps != 0 && opts.num_eves != 0);
 110     if (opts.num_frames == 0)
 111         opts.num_frames = (opts.is_camera_input || opts.is_video_input) ?
 112                           NUM_VIDEO_FRAMES :
 113                           ((opts.input_file == DEFAULT_INPUT) ?
 114                            DEFAULT_INPUT_FRAMES : 1);
 115     cout << "Input: " << opts.input_file << endl;
 116
 117     // Get object classes list
 118     object_classes = std::unique_ptr<ObjectClasses>(
 119                              new ObjectClasses(opts.object_classes_list_file));
 120     if (object_classes->GetNumClasses() == 0)
 121     {
 122         cout << "No object classes defined for this config." << endl;
 123         return EXIT_FAILURE;
 124     }
 125
 126     // Run network
 127     bool status = RunConfiguration(opts);
 128     if (!status)
 129     {
 130         cout << "ssd_multibox FAILED" << endl;
 131         return EXIT_FAILURE;
 132     }
 133
 134     cout << "ssd_multibox PASSED" << endl;
 135     return EXIT_SUCCESS;
 136 }
 137
 138 bool RunConfiguration(const cmdline_opts_t& opts)
 139 {
 140     // Read the TI DL configuration file
 141     Configuration c;
 142     std::string config_file = "../test/testvecs/config/infer/tidl_config_"
 143                               + opts.config + ".txt";
 144     bool status = c.ReadFromFile(config_file);
 145     if (!status)
 146     {
 147         cerr << "Error in configuration file: " << config_file << endl;
 148         return false;
 149     }
 150     c.enableApiTrace = opts.verbose;
 151
 152     // setup camera/video input
 153     VideoCapture cap;
 154     if (! SetVideoInputOutput(cap, opts, "SSD_Multibox"))  return false;
 155
 156     // setup preprocessed input
 157     ifstream ifs;
 158     if (opts.is_preprocessed_input)
 159     {
 160         ifs.open(opts.input_file, ios::binary | ios::ate);
 161         if (! ifs.good())
 162         {
 163             cerr << "Cannot open " << opts.input_file << endl;
 164             return false;
 165         }
 166         num_frames_file = ((int) ifs.tellg()) /
 167                           (c.inWidth * c.inHeight * c.inNumChannels);
 168     }
 169
 170     try
 171     {
 172         // Create Executors with the approriate core type, number of cores
 173         // and configuration specified
 174         // EVE will run layersGroupId 1 in the network, while
 175         // DSP will run layersGroupId 2 in the network
 176         Executor* e_eve = CreateExecutor(DeviceType::EVE, opts.num_eves, c, 1);
 177         Executor* e_dsp = CreateExecutor(DeviceType::DSP, opts.num_dsps, c, 2);
 178
 179         // Construct ExecutionObjectPipeline that utilizes multiple
 180         // ExecutionObjects to process a single frame, each ExecutionObject
 181         // processes one layerGroup of the network
 182         //
 183         // Pipeline depth can enable more optimized pipeline execution:
 184         // Given one EVE and one DSP as an example, with different
 185         //     pipeline_depth, we have different execution behavior:
 186         // If pipeline_depth is set to 1,
 187         //    we create one EOP: eop0 (eve0, dsp0)
 188         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
 189         //    --------------------- time ------------------->
 190         //    eop0: [eve0...][dsp0]
 191         //    eop0:                [eve0...][dsp0]
 192         //    eop0:                               [eve0...][dsp0]
 193         //    eop0:                                              [eve0...][dsp0]
 194         // If pipeline_depth is set to 2,
 195         //    we create two EOPs: eop0 (eve0, dsp0), eop1(eve0, dsp0)
 196         //    pipeline execution of multiple frames over time is as follows:
 197         //    --------------------- time ------------------->
 198         //    eop0: [eve0...][dsp0]
 199         //    eop1:          [eve0...][dsp0]
 200         //    eop0:                   [eve0...][dsp0]
 201         //    eop1:                            [eve0...][dsp0]
 202         // Additional benefit of setting pipeline_depth to 2 is that
 203         //    it can also overlap host ReadFrame() with device processing:
 204         //    --------------------- time ------------------->
 205         //    eop0: [RF][eve0...][dsp0]
 206         //    eop1:     [RF]     [eve0...][dsp0]
 207         //    eop0:                    [RF][eve0...][dsp0]
 208         //    eop1:                             [RF][eve0...][dsp0]
 209         vector<ExecutionObjectPipeline *> eops;
 210         uint32_t pipeline_depth = 2;  // 2 EOs in EOP -> depth 2
 211         for (uint32_t j = 0; j < pipeline_depth; j++)
 212             for (uint32_t i = 0; i < max(opts.num_eves, opts.num_dsps); i++)
 213                 eops.push_back(new ExecutionObjectPipeline(
 214                       {(*e_eve)[i%opts.num_eves], (*e_dsp)[i%opts.num_dsps]}));
 215         uint32_t num_eops = eops.size();
 216
 217         // Allocate input/output memory for each EOP
 218         AllocateMemory(eops);
 219
 220         chrono::time_point<chrono::steady_clock> tloop0, tloop1;
 221         tloop0 = chrono::steady_clock::now();
 222
 223         // Process frames with available eops in a pipelined manner
 224         // additional num_eops iterations to flush pipeline (epilogue)
 225         for (uint32_t frame_idx = 0;
 226              frame_idx < opts.num_frames + num_eops; frame_idx++)
 227         {
 228             ExecutionObjectPipeline* eop = eops[frame_idx % num_eops];
 229
 230             // Wait for previous frame on the same eop to finish processing
 231             if (eop->ProcessFrameWait())
 232             {
 233                 WriteFrameOutput(*eop, c, opts);
 234             }
 235
 236             // Read a frame and start processing it with current eo
 237             if (ReadFrame(*eop, frame_idx, c, opts, cap, ifs))
 238                 eop->ProcessFrameStartAsync();
 239         }
 240
 241         tloop1 = chrono::steady_clock::now();
 242         chrono::duration<float> elapsed = tloop1 - tloop0;
 243         cout << "Loop total time (including read/write/opencv/print/etc): "
 244                   << setw(6) << setprecision(4)
 245                   << (elapsed.count() * 1000) << "ms" << endl;
 246
 247         FreeMemory(eops);
 248         for (auto eop : eops)  delete eop;
 249         delete e_eve;
 250         delete e_dsp;
 251     }
 252     catch (tidl::Exception &e)
 253     {
 254         cerr << e.what() << endl;
 255         status = false;
 256     }
 257
 258     return status;
 259 }
 260
 261 // Create an Executor with the specified type and number of EOs
 262 Executor* CreateExecutor(DeviceType dt, uint32_t num, const Configuration& c,
 263                          int layers_group_id)
 264 {
 265     if (num == 0) return nullptr;
 266
 267     DeviceIds ids;
 268     for (uint32_t i = 0; i < num; i++)
 269         ids.insert(static_cast<DeviceId>(i));
 270
 271     return new Executor(dt, ids, c, layers_group_id);
 272 }
 273
 274 bool ReadFrame(ExecutionObjectPipeline& eop, uint32_t frame_idx,
 275                const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts,
 276                VideoCapture &cap, ifstream &ifs)
 277 {
 278     if ((uint32_t)frame_idx >= opts.num_frames)
 279         return false;
 280
 281     eop.SetFrameIndex(frame_idx);
 282
 283     char*  frame_buffer = eop.GetInputBufferPtr();
 284     assert (frame_buffer != nullptr);
 285     int channel_size = c.inWidth * c.inHeight;
 286     int frame_size   = channel_size * c.inNumChannels;
 287
 288     Mat image;
 289     if (!opts.is_camera_input && !opts.is_video_input)
 290     {
 291         if (opts.is_preprocessed_input)
 292         {
 293             orig_width  = c.inWidth;
 294             orig_height = c.inHeight;
 295             ifs.seekg((frame_idx % num_frames_file) * frame_size);
 296             ifs.read(frame_buffer, frame_size);
 297             return ifs.good();
 298         }
 299         else
 300         {
 301             image = cv::imread(opts.input_file, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
 302             if (image.empty())
 303             {
 304                 cerr << "Unable to read from: " << opts.input_file << endl;
 305                 return false;
 306             }
 307         }
 308     }
 309     else
 310     {
 311         // 640x480 camera input, process one in every 5 frames,
 312         // can adjust number of skipped frames to match real time processing
 313         if (! cap.grab())  return false;
 314         if (! cap.grab())  return false;
 315         if (! cap.grab())  return false;
 316         if (! cap.grab())  return false;
 317         if (! cap.grab())  return false;
 318         if (! cap.retrieve(image)) return false;
 319     }
 320
 321     // scale to network input size
 322     Mat s_image, bgr_frames[3];
 323     orig_width  = image.cols;
 324     orig_height = image.rows;
 325     cv::resize(image, s_image, Size(c.inWidth, c.inHeight),
 326                0, 0, cv::INTER_AREA);
 327     cv::split(s_image, bgr_frames);
 328     memcpy(frame_buffer,                bgr_frames[0].ptr(), channel_size);
 329     memcpy(frame_buffer+1*channel_size, bgr_frames[1].ptr(), channel_size);
 330     memcpy(frame_buffer+2*channel_size, bgr_frames[2].ptr(), channel_size);
 331     return true;
 332 }
 333
 334 // Create frame with boxes drawn around classified objects
 335 bool WriteFrameOutput(const ExecutionObjectPipeline& eop,
 336                       const Configuration& c, const cmdline_opts_t& opts)
 337 {
 338     // Asseembly original frame
 339     int width  = c.inWidth;
 340     int height = c.inHeight;
 341     int channel_size = width * height;
 342     Mat frame, r_frame, bgr[3];
 343
 344     unsigned char *in = (unsigned char *) eop.GetInputBufferPtr();
 345     bgr[0] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in);
 346     bgr[1] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size);
 347     bgr[2] = Mat(height, width, CV_8UC(1), in + channel_size*2);
 348     cv::merge(bgr, 3, frame);
 349
 350     int frame_index = eop.GetFrameIndex();
 351     char outfile_name[64];
 352     if (opts.is_preprocessed_input)
 353     {
 354         snprintf(outfile_name, 64, "frame_%d.png", frame_index);
 355         cv::imwrite(outfile_name, frame);
 356         printf("Saving frame %d to: %s\n", frame_index, outfile_name);
 357     }
 358
 359     // Draw boxes around classified objects
 360     float *out = (float *) eop.GetOutputBufferPtr();
 361     int num_floats = eop.GetOutputBufferSizeInBytes() / sizeof(float);
 362     for (int i = 0; i < num_floats / 7; i++)
 363     {
 364         int index = (int)    out[i * 7 + 0];
 365         if (index < 0)  break;
 366
 367         float score =        out[i * 7 + 2];
 368         if (score * 100 < opts.output_prob_threshold)  continue;
 369
 370         int   label = (int)  out[i * 7 + 1];
 371         int   xmin  = (int) (out[i * 7 + 3] * width);
 372         int   ymin  = (int) (out[i * 7 + 4] * height);
 373         int   xmax  = (int) (out[i * 7 + 5] * width);
 374         int   ymax  = (int) (out[i * 7 + 6] * height);
 375
 376         const ObjectClass& object_class = object_classes->At(label);
 377
 378 #if 0
 379         printf("%2d: (%d, %d) -> (%d, %d): %s, score=%f\n",
 380                i, xmin, ymin, xmax, ymax, object_class.label.c_str(), score);
 381 #endif
 382
 383         if (xmin < 0)       xmin = 0;
 384         if (ymin < 0)       ymin = 0;
 385         if (xmax > width)   xmax = width;
 386         if (ymax > height)  ymax = height;
 387         cv::rectangle(frame, Point(xmin, ymin), Point(xmax, ymax),
 388                       Scalar(object_class.color.blue,
 389                              object_class.color.green,
 390                              object_class.color.red), 2);
 391     }
 392
 393     // Resize to output width/height, keep aspect ratio
 394     uint32_t output_width = opts.output_width;
 395     if (output_width == 0)  output_width = orig_width;
 396     uint32_t output_height = (output_width*1.0f) / orig_width * orig_height;
 397     cv::resize(frame, r_frame, Size(output_width, output_height));
 398
 399     if (opts.is_camera_input || opts.is_video_input)
 400     {
 401         cv::imshow("SSD_Multibox", r_frame);
 402         waitKey(1);
 403     }
 404     else
 405     {
 406         snprintf(outfile_name, 64, "multibox_%d.png", frame_index);
 407         cv::imwrite(outfile_name, r_frame);
 408         printf("Saving frame %d with SSD multiboxes to: %s\n",
 409                frame_index, outfile_name);
 410     }
 411
 412     return true;
 413 }
 414
 415 void DisplayHelp()
 416 {
 417     std::cout <<
 418     "Usage: ssd_multibox\n"
 419     "  Will run partitioned ssd_multibox network to perform "
 420     "multi-objects detection\n"
 421     "  and classification.  First part of network "
 422     "(layersGroupId 1) runs on EVE,\n"
 423     "  second part (layersGroupId 2) runs on DSP.\n"
 424     "  Use -c to run a different segmentation network.  Default is jdetnet_voc.\n"
 425     "Optional arguments:\n"
 426     " -c <config>          Valid configs: jdetnet_voc, jdetnet \n"
 427     " -d <number>          Number of dsp cores to use\n"
 428     " -e <number>          Number of eve cores to use\n"
 429     " -i <image>           Path to the image file as input\n"
 430     "                      Default are 9 frames in testvecs\n"
 431     " -i camera<number>    Use camera as input\n"
 432     "                      video input port: /dev/video<number>\n"
 433     " -i <name>.{mp4,mov,avi}  Use video file as input\n"
 434     " -l <objects_list>    Path to the object classes list file\n"
 435     " -f <number>          Number of frames to process\n"
 436     " -w <number>          Output image/video width\n"
 437     " -p <number>          Output probability threshold in percentage\n"
 438     "                      Default is 25 percent or higher\n"
 439     " -v                   Verbose output during execution\n"
 440     " -h                   Help\n";
 441 }
 442