Page 124 - 《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 2745

将 AMOLED 屏幕功耗优化问题转化在满足视觉效果限制条件下寻找图像各个区域功耗最小化的问题.由于在
计算图像显著图时会带来一定的计算量,此时需要对算法的复杂度、执行时间以及对视觉效果的影响等因素进
行深入研究,因此迫切需要将屏幕功耗优化与图像视觉感知协同考虑,设计更加快速有效的图像多区域感知算
法,以便最大限度优化功耗,同时减小视觉感知的计算功耗.
Wee [19,20] 均采用降低显示内容非兴趣域的亮度实现屏幕功耗优化,但其非兴趣域调节系数固定,导致调节
后的图像非兴趣域与兴趣域区别明显,对视觉效果有明显的影响.段林涛 [30] 以屏幕中心到边界间隔相同间距设
置多个矩形,并赋予不同的亮度调节系数.Betts [31] 同样对屏幕选定区域的像素亮度调节,实现功耗优化.上述方
法关于优化区域的选择存在一定的局限性.Hadizadeh [32] 对每个像素点确定一个亮度明显差异识别阈值 JND
(just-noticeable-difference threshold),提出了一种自适应性 JND 调节模型.该方法对多组图像验证,平均可节约
14.1%的显示功耗;但对每个像素点均计算其 JND 阈值,产生较大的计算功耗.Hadizadeh 也指出:该方法只支持
产生静态低功耗图像,无法在视频播放等实时性应用场景中使用.Lo [33] 提出了基于主观视觉感知的 AMOLED
亮度调节方法,获取视频比特流的运动矢量,并将其转换为图像特征图,以人类视觉特点为限制条件进行亮度调
节,实现功耗优化,但未对显示多区域的优化进行深入讨论.
Chuang [34] 首先对不同的颜色功耗特点进行研究,提出了在限定条件下搜索颜色功耗最优的医学等数据功
耗最优可视化方案.方案虽可以对医学等数据可视化提供功耗最优颜色方案,但对于颜色代表特定含义的可视
化应用是不适用的.Wang [35] 针对顺序数据的可视化,提出了在给定视觉感知差异的多目标功耗最优化色彩显示
方案,提出了预先设计配色方案和自动生成的配色方案来对顺序数据进行可视化.该方法与 Chuang [39] 类似.
Vallerio [36] 首先提出了高能效移动应用界面设计,并以典型的应用界面设计证明高能效的可行性.随后,Dong [37]
针对移动应用软件界面提出了利用颜色转换来降低 OLED 显示功耗的方案.首先统计原界面的颜色种类及位
图信息,并根据各颜色的区别度及图像内容设置限制条件,依据该限制,搜索使得整副图像功耗最小的颜色空间
来替换当前颜色空间,并在文献[38]中改进浏览器搜索引擎,自动将浏览网页的颜色转换为功耗最小的颜色,有
效降低了显示功耗,延长了待机时间.Li [39] 通过对 Web 应用程序的结构分析,使用灰暗的颜色来替代原有较明亮
的颜色,降低显示功耗.该方法的思想与文献[34−38]是一致的,在实现方式上有所区别.但上述方法由于改变了
原有图像的有颜色空间,只适用于图形用户界面,不适用于图像及视频需要维持原有颜色意义的应用场景.
Chen [40] 基于隐马尔可夫模型(HMM)分类器,根据视频的功耗特点对视频进行分类,对不同种类的视频采用颜色
映射、饱和度调节及色调调节来降低视频播放时的显示功耗.该方法虽降低了显示功耗,但由于进行分类时产
生的计算功耗较大.Jin [41] 基于颜色映射提出了功耗与视觉差异平衡指标,并在颜色空间内搜索指标值最优点,
旨在寻找视觉效果与功耗最优的平衡点,但在寻找最优平衡点时带来的计算功耗较大.
Bhojan [42] 提出了人类视觉系统(HVS)感知的自适应颜色转换和变暗方法,在保持视频的视觉逼真度的同
时,为 OLED 显示器创建节能视频.其提出的颜色空间转换及变暗方法本质上都是降低各颜色分量的像素值,与
本文提出的方法类似,但其未对视频内容进一步区分.Linares [43] 用于 Android 应用程序(Gemma)的 GUI 能源多
目标优化,用于使用多目标优化技术生成调色板.该技术生成优化能耗和对比度的颜色解决方案,同时使用与原
始调色板一致的颜色.Asnani [44] 提出将蓝色的强度降低到尽可能低的水平,从而在保持图像感知质量的同时降
低整体功耗.由于蓝色像素分量是最耗电的分量,即它比红色和绿色分量耗电更多.其提出的方法在一定程度上
可以降低图像的显示功耗,但需要平衡其他另外颜色分量的比例,对于蓝色分量占比较高的图片优化效果较好,
但对于蓝色分量占比较少的图像,优化效果需进一步改进.
亮度调节通过降低像素点的亮度间接减小像素点的像素值,动态颜色映射将图像原有的颜色空间转变为
其他功耗较低的颜色空间,二者在本质上都是减小像素点的像素值来降低显示功耗.亮度调节方法实现较为简
单,同时节能效果明显,但其功耗优化程度直接与图像的视觉效果有明显的关系.动态颜色映射通常是将依据原
有图像的颜色空间在满足能够描述图像特征的同时寻找一个功耗最小的颜色空间.该方法功耗优化明显,但由
于该方法将原有图像的颜色空间进行了颜色空间映射,改变了原有图像颜色的物理意义,对于只关注描述图像
特征的图像是适用的,但对于颜色表示特定含义的图像是不适用的.表 3 为各调整方法优缺点对比总结.通过对