提取C3D视频特征(官方文档&实践)

C3D Introduction

卷积神经网络（CNN）近年被广泛应用于计算机视觉中，包括分类、检测、分割等任务。这些任务一般都是针对图像进行的，使用的是二维卷积（即卷积核的维度为二维）。而基于视频的问题，提特征的方法主要分为双流和C3D两个分支，目前C3D衍生出P3D，I3D等等，这里只介绍最早的C3D caffe版提取特征的步骤以及遇到的问题。

C3D 用caffe实现
官网
github

C3D Installation

installation

C3D User Guide

官方User Guide

Du Tran (Last modified Mar , )
C3D-v1. is released with new models (Mar , ).
No documentation for v1. yet, but some examples for feature extraction, training, and fine-tuning are provided. 

文档介绍了C3D 1.0的用法，至于1.1，只有examples。

I.C3D Feature Extration

1. 安装好C3D，下载预训练的模型，保存到

   YOUR_PATH_TO_C3D/C3D-master/C3D-v1./examples/c3d_feature_extraction

2. change dir to

   YOUR_PATH_TO_C3D/C3D-master/C3D-v1./examples/c3d_feature_extraction

3. Run:

   sh c3d_sport1m_feature_extraction_frm.sh
   or
   sh c3d_sport1m_feature_extraction_video.sh

运行成功将在output文件夹找到特征文件。

遇到“out of memeory”内存不足的错误，调整min_batch_size参数。参见章节 I.B。

如能使用图片输入，不能使用视频输入。请确保编译OpenCV和ffmpeg时”shared-flags”为”on”。

I.A Extract C3D features for your own videos or frames

a.准备输入文件

输入为视频或视频帧
对于视频文件，由于使用opencv获得帧，帧数从0开始。
对于视频帧，命名为“video_folder/%06d.jpg”，帧数从1开始。一个文件夹最多999999个帧，如果视频超出999999帧，需要分成多个文件夹。

b.准备配置文件(具体可以参考默认的两个例子修改)

两个设置选项：输入列表(input_list) 和 输出前缀(output_prefix)
在example中，输入列表的配置文件为: “prototxt/input_list_video.txt”和”prototxt/input_list_frm.txt”。

input_list文件需要制定输入的列表，格式为每行制定一个输入。每行的格式为

<string_path> <starting_frame> <label>

input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/
input/frm/v_ApplyEyeMakeup_g01_c01/  

“string_path”: 为路径，对视频，为视频路径和文件名；对frames，是包含视频帧的目录路径。
“starting_frame”: C3D能从长为16帧的视频中提取特征。一个视频包含了大量的帧，我们需要指定C3D从哪一帧开始提取特征。例如上面例子中的视频一共有165帧，那么最后一行对应的145帧开始提取特征，取16帧，使用145帧-161帧的数据。在这里如果取用的帧的编号超过总帧数165，则会报错，要注意这一点。
“label”: 这个仅对训练、测试、调优起作用，提取特征的时候会被忽略，设置为0。

output_prefix文件要为每一个输入指定一个输出前缀。即行数与input_list一致。每行的格式为：
<output_prefix>

C3D将特征输出到 output_prefix.[feature_name]文件(例如prefix.fc6)。为了与输入对应，输出建议采用如下格式`sprintf(“output_folder/%06d”, starting_frame)。

c.提取特征

在prototxt中，通过后缀名为.prototxt的文档来指向你的输入列表文件。
主要修改这两行：

source: “prototxt/input_list_video.txt”
 
use_image: false
shuffle: false

source 修改为输入列表文件
如果使用图像文件，use_image修改为true。
提取特征时确保shuffle为false。
（.prototxt文件第一行是name，接下来是若干个layer，layer用json表示，我们只需要修改第一个输入layer。）

mean_file: "sport1m_train16_128_mean.binaryproto"

这里是使用的均值文件的路径，根据所使用的模型生成或选择均值文件即可

另外也可根据需求修改其他参数。

接下来使用extract_image_features工具来提取特征。

该工具使用的参数如下

1. extract_image_features.bin <feature_extractor_prototxt_file> <c3d_pre_trained_model> <gpu_id> <mini_batch_size> <number_of_mini_batches> <output_prefix_file> <feature_name1> <feature_name2> ...

• feature_extractor_prototxt_file:

  .prototxt文件，指向input_list_file，如prototxt/c3d_sport1m_feature_extractor_video.prototxt是demo所使用的prototxt文档

• c3d_pre_trained_model:

  下载的C3D预训练模型，如conv3d_deepnetA_sport1m_iter_1900000

• gpu_id：

  GPU ID，从0开始。设为-1则使用CPU

• mini_batch_size:

  批处理大小。默认值为50。根据GPU的性能修改。

• number_of_mini_batches

  批处理数量。

  如果有100个clips，<mini_batch_size>设置为50，则<number_of_mini_batches>为2。

  如果有101个clips，<mini_batch_size>设置为50，则<number_of_mini_batches>为3。

  （就是ceil除法嘛）

• output_prefix_file:

  输出前缀文件

• feature_name1：

  特征名。(参见.prototxt文件的layers, 如 fc6-1, fc7-1, fc8-1, pool5, conv5b, prob,…)

example中的命令行如下：

GLOG_logtosterr= ../../build/tools/extract_image_features.bin prototxt/c3d_sport1m_feature_extractor_frm.prototxt conv3d_deepnetA_sport1m_iter_1900000   1 prototxt/output_list_prefix.txt fc7- fc6- prob

其他注意事项

输出的特征文件所保存的路径必须自己生成，C3D不会创建文件夹

如果提示“out of memory” 可以尝试减小batch size

提取的特征是二进制文件，需要进行格式转换才能正常处理

其他的注意事项可以参考官方的用户指南

问题及解决方法：

1. 运行成功但无法得到输出特征

完全按demo的路径配置一遍即可

2. 使用多batch提大量视频的特征

F0914 17:45:44.359544 287137792 video_data_layer.cpp:123] Check failed: read_status Testing must not miss any example

暂时的解决办法是设batchsize为1，将input_list和output_prefix切分为batch大小，一次一batch跑

 frame_num=
 for((i=;i<=frame_num;i=i+))
 do
     j=
     num=$(($i+$j))
     sed -n ''$i','$num'p' prototxt/input_list_frm.txt > prototxt/tmp_input_list_frm.txt
     sed -n ''$i','$num'p' prototxt/output_list_prefix.txt > prototxt/tmp_output_list_prefix.txt
     GLOG_logtosterr= ../../build/tools/extract_image_features.bin prototxt/c3d_sport1m_feature_extractor_frm.prototxt conv3d_deepnetA_sport1m_iter_1900000    prototxt/tmp_output_list_prefix.txt fc6-
 done

参考：

https://annazhou.github.io/2015/12/09/c3d/

https://www.cnblogs.com/yaoyaoliu/p/6929234.html