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

“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。