Performance and Energy Consumption Characterization and Modeling of Video Decoding on Multi-core Heterogenous SoC and their Applications
Résumé
To meet the increasing complexity of mobile multimedia applications, the System on Chip (SoC) equipping modern mobile devices integrate powerful heterogeneous processing elements among which General Purpose Processors (GPP), Digital Signal Processors (DSP), hardware accelerator are the most common ones.
Due to the ever-growing gap between battery lifetime and hardware/software complexity in addition to application computing power needs, the energy saving issue becomes crucial in the design of such systems. In this context, we propose a study aiming to enhance the understanding of the energy consumption behavior of video decoding on these kinds of systems. Accordingly, an end-to-end methodology for characterizing and modeling the performance and the energy consumption of video decoding on GPP and DSP is proposed. The characterization step is based on an exhaustive experimental methodology for evaluating, at different abstraction levels, the performance and the energy consumption of video decoding. It was achieved on embedded platforms on which were executed a wide range of video decoding configurations. This step highlighted the importance to consider different parameters which may pertain to different abstraction levels in evaluating the overall energy efficiency of a given system. The measurements obtained in this step were used to build empirically performance and energy models for video decoding on both GPP and DSP. The proposed models gave very accurate estimation (R 2 = 97%) of both the performance and the energy consumption of video decoding in terms of a rich set of parameters including the video quality and the processor frequency. Moreover, based on a multi-level characterization and sub-model decomposition approaches, we show how the developed models, unlike classic empirical models, are easily and rapidly generalizable to other platforms.
Some possible applications using the developed models, in the context of adaptive video decoding, were proposed. In general, it consists to use the capability of the proposed performance model to predict the decoding time of a given video quality in dimensioning/scheduling the processing resources. Due to the increasing demand on High Definition (HD), the characterization methodology was extended to consider HD video decoding on both parallel multi-cores and hardware video accelerator. This part highlighted the potential of parallelism video decoding to increase the energy efficiency of video decoding and point out some open issues in this domain.
Pour répondre à la complexité croissante des applications multimédia mobiles, les systèmes sur puce équipant les appareils mobiles modernes intègrent des unités de calcul puissantes et hétérogène. Parmi ces units de calcul, on peut trouver des processeurs à usage général, des processeur de traitement de signal et des accélérateurs matériels. En raison de l’écart toujours croissant entre la durée de vie des batteries et la demande de plus en plus importante en puissance de calcul, l’économie d’énergie devient un enjeu crucial dans la conception des systèmes mobiles. Cette problématique est accentuée par l’augmentation de la complexité des logiciels et architectures matériels utilisés. Dans ce contexte, nous proposons une étude visant à améliorer la compréhension des considérations énergétiques du décodage vidéo sur ce genre de systèmes. Nous proposerons ainsi une méthodologie pour la caractérisation et la modélisation des performances et de la consommation d’énergie du décodage vidéo, aussi bien sur des processeurs à usage général de type ARM que sur un processeurde traitement de signal. L’étape de caractérisation est basée sur une méthodologie expérimentale pour évaluer de façon exhaustive et à différents niveaux d’abstraction, les performances et la consommation d’énergie du décodage vidéo. Cette caractérisation a été réalisée sur des plates-formes embarquées sur lesquels ont été exécutés un large éventail de configurations du décodage vidéo. Cette étape a souligné l’importance d’examiner différents paramètres qui peuvent se rapporter à différents niveaux d’abstraction dans l’évaluation de l’efficacité énergétique globale d’un système donné. Les mesures obtenues dans cette étape ont été utilisées pour construire empiriquement des modèles de performance et de consommation d’énergie pour le décodage vidéo à la fois sur des processeurs à usage général type ARM et sur un processeur de traitement de signal. Les modèles proposés peuvent estimer avec une grande précision (R 2 = 97%) la performance et la consommation d’énergie de décodage vidéo en fonction d’un nombre de paramètres comprenant la qualité de la vidéo et la fréquence du processeur. En plus, en se basant sur une caractérisation multi-niveaux et une approches de modélisation par décomposition en sous-modèles, nous montrons comment les modèles développés, contrairement aux modèles empiriques classiques, sont facilement et rapidement généralisables à d’autres plates-formes. Nous proposerons également certaines applications possibles des modèles développés, dans le cadre du décodage vidéo adaptatif. En général, cela consiste à exploiter la capacité du modèle de performance proposé pour prédire le temps de décodage d’une qualité vidéo donnée afin de mieux dimensionner les ressources de calculs dans un but de réduire leur consommation
d’énergie.
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