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