Page 122 - 《软件学报》2020年第9期

李德光 等:基于视觉显著性的 AMOLED 显示器多区域功耗优化 2743

AMOLED(active-matrix organic light-emitting diode)显示技术 [11,12] 以其可视角度广、高色域、电压低、屏
幕薄、响应快、可弯曲甚至可折叠、重量轻、成本低等特点,目前发展迅猛,典型事例如京东方公司中国首条
第 6 代柔性 AMOLED 生产线于今年量产,Apple 公司新发布的 IPhone X 及 Apple Watch 均配备了多点触摸
AMOLED 屏.OLED 屏幕的驱动方式分为有源驱动(AMOLED)和无源驱动(PMOLED),由于有源驱动可以实现
对屏幕中每个像素点进行独立控制,屏幕的节能效率更高,目前为 OLED 的主要驱动方式.本文针对 AMOLED
显示屏的功耗优化进行研究.
不同于传统的 LCD(liquid crystal display)显示技术需要高强度的背光,AMOLED 显示技术采用非常薄的有
机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,驱动有机材料发光产生不同的颜色.AMOLED 屏幕的每个像素点由
红色、绿色和蓝色这 3 种类型子像素组成,3 个子像素各自独立发光构成一个像素点.由于 AMOLED 的自身自
发光特性,可以分别对每个子像素点的发光进行独立控制,从而实现在不降低显示内容视觉效果的同时降低其
显示功耗.所以 AMOLED 屏幕的显示功耗完全由显示内容所决定,更确切地说,是内容中所有像素点的像素值
决定 [13,14] .当屏幕显示全黑色时,显示屏的功耗几乎为零;当屏幕显示全白色时,屏幕的功耗处于峰值.由于其自
发光特性可以分别对每个子像素点的发光进行独立控制,从而在不影响显示内容整体视觉效果的前提下,通过
动态调整子像素的像素信息降低屏幕功耗.此时,屏幕功耗优化的关键是显示内容中动态调整区域的选择与划
分.已有学者假定屏幕的固定区域为调整区域或者对显示内容整体进行调整.上述方法虽在一定应用场景下适
用,但存在明显的局限性.
如何对显示内容进行多区域划分进而动态调整,成为 AMOLED屏幕功耗优化的关键.由于人类视觉系统并
非对屏幕显示内容所有区域平等地进行处理 [15,16] ,而是通过视觉关注机制筛选出重要区域以进一步的优先解
读,因此,根据人类视觉特性,通过对所显示内容进行视觉显著性计算,可以有效地对显示内容进行多区域划分
进而调整,从而实现既保持显示内容的“感兴趣域”信息的同时降低“非兴趣域”的像素信息.由于人类视觉系统
的分辨能力有限,无法察觉出处于一定阈值以下的信号内容变化 [14,16] ,从而实现在保证显示内容整体视觉效果
的同时降低显示功耗.随着 AMOLED 显示技术在智能移动终端、智能平板、高清数字电视、智能穿戴设备、
虚拟现实设备等新型智能移动设备的广泛应用,降低终端的显示功耗对降低整个设备的能量消耗起到关键作
用,对占据 ICT 产业超过 50%以上份额的嵌入式设备功耗具有重要的现实意义,同时可以延长设备的使用寿命,
降低由于消耗电力带来的二氧化碳排放以及对环境保护起到重要的推动作用.
1 相关工作

目前,针对 AMOLED 的功耗优化方法主要有基于上下文感知的亮度调节 [17−33] 和动态颜色映射 [34−42] .亮度
调节方法实现简单,但节能显著时,图像的视觉效果较差;动态颜色映射不适用于颜色表示特定含义的图像.计
算机视觉感知对人类视觉感知系统的深入研究 [15] ,为 AMOLED 功耗优化提供了方向,通过视觉感知,可以有效
地获取显示内容各区域的视觉关注度,根据其调整实现满足视觉效果的同时降低功耗.
Dalton [17] 最早提出通过网络摄像头检测用户与当前计算机是否交互,当用户离开时将显示屏关掉.该方法
虽简单,但其为显示设备节能提供了思路.随后,Intel 和 Microsoft 等公司制定了更加有效的屏幕电源管理策略,
并将其集成到通用的高级配置与电源接口(ACPI)中.Xie [18] 通过案例研究发现:用户在浏览图片时,经常使用缩
放和滚动功能浏览图像中的兴趣域.基于该事实,其提出了一种通过分析图片的浏览记录发现用户的兴趣点及
关注点改进软件性能.该研究基于图像的兴趣点及关注点,为 OLED 屏幕功耗优化提供了方向.
Wee [19,20] 提出了基于用户兴趣域降低 OLED 显示功耗的方法,其假设当前屏幕中心区域为用户兴趣域,并
设定该区域为矩形区域,从兴趣域到图像边界依次按一定的距离设定一个矩形区域为非兴趣域,多个矩形区域
共同构成图像的非兴趣域.该算法在实现时较为简单,但其假设对于图像兴趣域不在中心的图像是无法适用的.
在文献[20]中,同样基于用户的兴趣域对应用程序提出了一个简单的兴趣域模型,假定用户在使用应用程序时,
其注意力主要集中在显示屏幕的顶部和底部,进而对屏幕的其他区域进行优化.同样,该假设具有局限性,无法
满足不同应用程序的要求.Chen [21] 提出:当用户与屏幕进行交互时,手指覆盖的区域以及其相邻区域通常用户