使用編碼處理時間對HEVC編碼能耗進行建模

Основные понятия

提出一個簡單的HEVC編碼能耗估計模型,利用輕量級編碼過程的編碼時間來估計複雜編碼配置的編碼能耗。

Аннотация

本文研究了HEVC編碼過程的能耗特性,並提出了一個新的編碼能耗估計模型。主要內容如下:

1. 介紹了現有的基於量化參數(QP)的編碼能耗估計模型,並指出其局限性。

2. 建立了一個精確測量編碼能耗的實驗設置,並對x265編碼器在不同預設和碼率因子下的25個序列進行了編碼能耗測量。

3. 分析了編碼時間和編碼能耗之間的關係,發現它們呈現線性關係。

4. 提出了一個新的編碼能耗估計模型,利用輕量級編碼過程(即超快預設)的編碼時間來估計複雜編碼配置的編碼能耗。

5. 評估結果表明,該模型的平均估計誤差為11.35%,優於文獻中的QP基模型。

該模型可用於在不執行完整編碼過程的情況下,預估HEVC編碼的能耗,有助於開發新的節能視頻壓縮算法。

Статистика

超快預設編碼時間約為中等預設的0.4倍。
中等預設的編碼能耗和時間約為超快預設的2.5倍。
慢預設的編碼能耗和時間約為超快預設的7倍和8.5倍。
極慢預設的編碼能耗和時間約為超快預設的30倍和40倍。

Цитаты

無

Ключевые выводы из

Modeling the HEVC Encoding Energy Using the Encoder Processing Time

by Geet... в arxiv.org 10-03-2024

https://arxiv.org/pdf/2207.02676.pdf

Дополнительные вопросы

如何利用序列特性和編碼配置參數進一步提高編碼能耗估計的準確性?

為了提高編碼能耗估計的準確性，可以考慮以下幾個方面：

序列特性分析：不同的視頻序列具有不同的特性，例如運動複雜度、場景變化頻率和顏色豐富度等。這些特性會影響編碼過程中的計算需求和能耗。因此，通過分析視頻序列的特性，可以更準確地預測編碼所需的處理時間和能耗。例如，對於高運動場景，編碼器可能需要更多的計算資源，從而導致更高的能耗。

編碼配置參數的優化：編碼器的配置參數（如量化參數QP、預設值等）對能耗有直接影響。通過調整這些參數，可以在保證視頻質量的前提下，降低能耗。例如，選擇適當的QP值可以在不顯著影響視頻質量的情況下，減少編碼所需的計算量。

機器學習技術：利用機器學習算法來建立更精確的能耗預測模型。通過訓練模型來學習序列特性和編碼配置參數之間的關係，可以提高能耗估計的準確性。這些模型可以基於歷史數據進行訓練，並在實際編碼過程中進行即時預測。

多層次估計方法：結合多種估計方法，例如基於時間的估計和基於序列特性的估計，來提高整體的能耗預測準確性。這樣可以充分利用不同方法的優勢，從而獲得更全面的能耗預測。

如何在保證視頻質量的前提下,設計出更加節能的HEVC編碼算法?

設計更加節能的HEVC編碼算法可以考慮以下策略：

自適應編碼策略：根據視頻內容的特性，自適應地選擇編碼參數和預設值。例如，對於靜態場景，可以選擇較低的QP值和較快的編碼預設，以減少能耗；而對於動態場景，則可以選擇更高的QP值以降低計算需求。

能耗感知的編碼決策：在編碼過程中引入能耗感知的決策機制，根據當前的能耗狀態和視頻質量要求，動態調整編碼策略。例如，當設備電量低時，可以自動降低編碼質量以節省能耗。

並行處理和硬體加速：利用多核處理器和專用硬體加速器來提高編碼效率，從而降低能耗。通過合理分配計算任務，可以在保持視頻質量的同時，減少編碼所需的時間和能耗。

優化編碼算法：針對HEVC編碼的特定步驟進行優化，例如運用更高效的運動估計和補償算法，減少不必要的計算，從而降低能耗。

質量控制機制：設計質量控制機制，根據用戶需求和網絡狀況動態調整編碼質量，從而在不同情況下實現最佳的能耗效率。

視頻編碼能耗優化與其他系統能耗優化(如存儲、傳輸)之間是否存在協同效應?

視頻編碼能耗優化與其他系統能耗優化之間確實存在協同效應，具體表現在以下幾個方面：

整體系統效率提升：視頻編碼的能耗優化可以減少編碼過程中的計算需求，從而降低整體系統的能耗。這樣一來，存儲和傳輸過程中的能耗也會隨之減少，因為編碼後的數據量減少，傳輸所需的帶寬和存儲空間也會相應降低。

數據傳輸優化：在編碼過程中，通過選擇更高效的編碼參數，可以減少生成的數據量，從而降低傳輸過程中的能耗。這對於帶寬有限的環境尤為重要，因為減少數據量可以提高傳輸效率，降低延遲。

存儲需求降低：優化編碼能耗的同時，通常會減少生成的視頻文件大小，這直接影響到存儲需求。較小的文件不僅節省了存儲空間，還降低了存儲設備的能耗，特別是在大規模數據中心中。

協同優化策略：在設計系統時，可以考慮編碼、存儲和傳輸的協同優化策略。例如，根據視頻內容的特性，動態調整編碼質量和壓縮率，以實現整體能耗的最小化。

用戶體驗提升：通過協同優化，能夠在保證視頻質量的前提下，降低能耗，從而提升用戶體驗。用戶在觀看視頻時，能夠享受到更流暢的播放體驗，同時也減少了設備的能耗，延長了電池壽命。

總之，視頻編碼能耗優化與其他系統能耗優化之間的協同效應不僅能提高整體系統的能效，還能改善用戶體驗，這對於當前日益增長的視頻需求具有重要意義。