“硬解的功耗比软件低很多!”相信这是大多数人对硬解码和软解码的印象。然而具体低多少呢?却很少有人能够给出答案。为了揭开这个问题的谜底,北大数字媒体研究中心专门使用功耗仪进行了测试。
在手机视频播放方面,基于专用芯片的硬解码由于速度快、功耗低,成为了手机视频解码的首选方案。但是,硬解码芯片部署周期长、迭代速度慢,相当程度上制约了手机视频编码技术的更新换代速度。近年来,随着智能手机通用处理能力的不断增强,软件解码由于部署便捷,逐渐开始流行起来。那么,目前硬解码相对于软解码的功耗优势还有多大呢?带着这个问题,我们选择了几款典型手机测试了H.264/AVC硬解、H.264/AVC软解、H.265/HEVC硬解、H.265/HEVC软解和AVS2软解码之间的功耗差异,发现一个重要现象:硬解码相对于软解码的功耗优势正在逐步丧失,近几年生产的智能手机在主流的720P(1280x720)及更小分辨率视频上硬解和软解的功耗差异已经很小。这意味着:手机端视频编码技术的更新迭代速度将会大大加快。下面具体描述测试过程和结果。
硬件解码依赖于终端芯片,智能手机普遍支持H.264/AVC的硬件解码;支持HEVC/H.265硬件解码的手机并未完全普及,以苹果手机为例,iPhone 6S之前的苹果手机都不支持HEVC硬解码;AVS2目前在移动终端中还缺乏硬解支持。在软解码方面,FFMPEG内置了H.264和H.265的软件解码库;我们团队研发了支持手机端应用的AVS2软解码库-uAVS2d,可实现智能手机实时解码1080P视频[1]。下面通过实验测试不同软硬解方案在不同档次手机上的功耗表现。
1、测试条件
1) 测试视频
测试视频包括5个不同场景的视频片段,覆盖室内场景、户外运动、自然风景、访谈等场景。测试视频分为三组,分别采用H.264、HEVC和AVS2编码,三组视频来自同一视频源,同分辨率视频编码质量近似。具体视频规格如下:
2) 测试机型
3)测试工具
功耗测试工具:Monsoon Power Monitor AAA10F
视频播放器:ijkplayerdemo
软件解码器:FFmpeg内置H.264和HEVC解码器;uAVS2d解码器[2]。
2、测试方法
1)配置测试环境
a) 三星S3:拆除电池,power monitor给手机供电并连接电脑,设置输出电压3.7V,使用Main channel测试数据。
b) iPhone:使用USB方式连接power monitor,满电状态测试充电功率,充电功率近似为耗电功率。
2)手机开启飞行模式,连接WIFI网络,清除所有后台进程,亮度固定为最大亮度的一半,静音。
3)先保持待机状态,等待手机功耗数据波动平稳。
4)进行一组测试
a) 启动功耗测试仪记录程序;
b) 等待100s打开一组网络测试视频(5min);
c) 视频播放结束等待100s;
d) 导出功耗数据,计算前后100s平均功耗和视频播放5分钟平均功耗。
5)重复4)测试五组数据(H.264硬解,H.264软解,H.265硬解,H.265软解和AVS2软解)。
6)更换手机,重复1)-5),依次测试三星S3、iPhone 6 Plus、iPhone 6S、iPhone 8。
3、测试结果
数据说明
1)总功耗指视频播放时手机耗电功率。
2)待机功耗指手机亮屏无操作时手机耗电功率。
3)测试视频为网络流,播放器因为有数据缓存(15MB),会提前下载结束,网络下载对功耗有一定影响。
4、测试结果分析
随着智能手机通用处理能力的提升,软硬解功耗差距逐步缩小,对于720P视频,iPhone 8中H264软硬解视频播放功耗仅相差14%,而AVS2软解方案仅比H264硬解方案功耗高8%。不同软件解码方案功耗差异较大,测试的三种方案中,AVS2软解方案功耗最低。与H.264软解码方案相比,因为AVS2压缩效率更高,同等质量的视频,AVS2编码码率可比H.264低40%,更低的码率带来更低的解码复杂度和网络开销。由于我们测试的是开源的HEVC软解码器,计算效率一般,所以HEVC软解的功耗相对较高。
视频分辨率对软解功耗差异较大,如表2所示,以iPhone 8为例,对于480P(640x480)视频,AVS2软解和H.264硬解功耗相当;对于720P视频,AVS2软解比H.264硬解功耗高8%;对于1080P视频,AVS2软解仅比H.264硬解功耗高11%。需要指出的是,软解码功耗和具体实现方案有很大相关性,随着软解码方案的不断优化,和硬解码的功耗差距还会进一步缩小。
总结
随着智能手机的通用计算能力增强,目前主流手机在480P和720P等主流视频分辨率上,软解和硬解的功耗差别已经很小,这意味着手机视频解码对专用芯片的支持依赖降低,移动视频技术迭代的速度将会大大加快。
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