通過實(shí)驗(yàn)測試不同軟硬解方案在不同檔次手機(jī)上的功耗表現(xiàn)

“硬解的功耗比軟件低很多！”相信這是大多數(shù)人對硬解碼和軟解碼的印象。然而具體低多少呢？卻很少有人能夠給出答案。為了揭開這個問題的謎底，北大數(shù)字媒體研究中心專門使用功耗儀進(jìn)行了測試。

在手機(jī)視頻播放方面，基于專用芯片的硬解碼由于速度快、功耗低，成為了手機(jī)視頻解碼的首選方案。但是，硬解碼芯片部署周期長、迭代速度慢，相當(dāng)程度上制約了手機(jī)視頻編碼技術(shù)的更新?lián)Q代速度。近年來，隨著智能手機(jī)通用處理能力的不斷增強(qiáng)，軟件解碼由于部署便捷，逐漸開始流行起來。那么，目前硬解碼相對于軟解碼的功耗優(yōu)勢還有多大呢？帶著這個問題，我們選擇了幾款典型手機(jī)測試了H.264/AVC硬解、H.264/AVC軟解、H.265/HEVC硬解、H.265/HEVC軟解和AVS2軟解碼之間的功耗差異，發(fā)現(xiàn)一個重要現(xiàn)象：硬解碼相對于軟解碼的功耗優(yōu)勢正在逐步喪失，近幾年生產(chǎn)的智能手機(jī)在主流的720P（1280x720）及更小分辨率視頻上硬解和軟解的功耗差異已經(jīng)很小。這意味著：手機(jī)端視頻編碼技術(shù)的更新迭代速度將會大大加快。下面具體描述測試過程和結(jié)果。

硬件解碼依賴于終端芯片，智能手機(jī)普遍支持H.264/AVC的硬件解碼；支持HEVC/H.265硬件解碼的手機(jī)并未完全普及，以蘋果手機(jī)為例，iPhone 6S之前的蘋果手機(jī)都不支持HEVC硬解碼；AVS2目前在移動終端中還缺乏硬解支持。在軟解碼方面，F(xiàn)FMPEG內(nèi)置了H.264和H.265的軟件解碼庫；我們團(tuán)隊研發(fā)了支持手機(jī)端應(yīng)用的AVS2軟解碼庫-uAVS2d，可實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)實(shí)時解碼1080P視頻[1]。下面通過實(shí)驗(yàn)測試不同軟硬解方案在不同檔次手機(jī)上的功耗表現(xiàn)。

1、測試條件

1） 測試視頻

測試視頻包括5個不同場景的視頻片段，覆蓋室內(nèi)場景、戶外運(yùn)動、自然風(fēng)景、訪談等場景。測試視頻分為三組，分別采用H.264、HEVC和AVS2編碼，三組視頻來自同一視頻源，同分辨率視頻編碼質(zhì)量近似。具體視頻規(guī)格如下：

2） 測試機(jī)型

3）測試工具

功耗測試工具：Monsoon Power Monitor AAA10F

視頻播放器：ijkplayerdemo

軟件解碼器：FFmpeg內(nèi)置H.264和HEVC解碼器；uAVS2d解碼器[2]。

2、測試方法

1）配置測試環(huán)境

a) 三星S3：拆除電池，power monitor給手機(jī)供電并連接電腦，設(shè)置輸出電壓3.7V，使用Main channel測試數(shù)據(jù)。

b) iPhone：使用USB方式連接power monitor，滿電狀態(tài)測試充電功率，充電功率近似為耗電功率。

2）手機(jī)開啟飛行模式，連接WIFI網(wǎng)絡(luò)，清除所有后臺進(jìn)程，亮度固定為最大亮度的一半，靜音。

3）先保持待機(jī)狀態(tài)，等待手機(jī)功耗數(shù)據(jù)波動平穩(wěn)。

4）進(jìn)行一組測試

a) 啟動功耗測試儀記錄程序；

b) 等待100s打開一組網(wǎng)絡(luò)測試視頻（5min）；

c) 視頻播放結(jié)束等待100s；

d) 導(dǎo)出功耗數(shù)據(jù)，計算前后100s平均功耗和視頻播放5分鐘平均功耗。

5）重復(fù)4）測試五組數(shù)據(jù)（H.264硬解，H.264軟解，H.265硬解，H.265軟解和AVS2軟解）。

6）更換手機(jī)，重復(fù)1）-5），依次測試三星S3、iPhone 6 Plus、iPhone 6S、iPhone 8。

3、測試結(jié)果

數(shù)據(jù)說明

1）總功耗指視頻播放時手機(jī)耗電功率。

2）待機(jī)功耗指手機(jī)亮屏無操作時手機(jī)耗電功率。

3）測試視頻為網(wǎng)絡(luò)流，播放器因?yàn)橛袛?shù)據(jù)緩存（15MB），會提前下載結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)下載對功耗有一定影響。

4、測試結(jié)果分析

隨著智能手機(jī)通用處理能力的提升，軟硬解功耗差距逐步縮小，對于720P視頻，iPhone 8中H264軟硬解視頻播放功耗僅相差14%，而AVS2軟解方案僅比H264硬解方案功耗高8%。不同軟件解碼方案功耗差異較大，測試的三種方案中，AVS2軟解方案功耗最低。與H.264軟解碼方案相比，因?yàn)锳VS2壓縮效率更高，同等質(zhì)量的視頻，AVS2編碼碼率可比H.264低40%，更低的碼率帶來更低的解碼復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)開銷。由于我們測試的是開源的HEVC軟解碼器，計算效率一般，所以HEVC軟解的功耗相對較高。

視頻分辨率對軟解功耗差異較大，如表2所示，以iPhone 8為例，對于480P（640x480）視頻，AVS2軟解和H.264硬解功耗相當(dāng)；對于720P視頻，AVS2軟解比H.264硬解功耗高8%；對于1080P視頻，AVS2軟解僅比H.264硬解功耗高11%。需要指出的是，軟解碼功耗和具體實(shí)現(xiàn)方案有很大相關(guān)性，隨著軟解碼方案的不斷優(yōu)化，和硬解碼的功耗差距還會進(jìn)一步縮小。

總結(jié)

隨著智能手機(jī)的通用計算能力增強(qiáng)，目前主流手機(jī)在480P和720P等主流視頻分辨率上，軟解和硬解的功耗差別已經(jīng)很小，這意味著手機(jī)視頻解碼對專用芯片的支持依賴降低，移動視頻技術(shù)迭代的速度將會大大加快。