CN102063695A - 通过优化帧率输出的移动设备功率节省 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及通过优化帧率输出的移动设备功率节省。具体地，本公开的实施方式提供了一种方法，包括：向图形处理模块提供2-D或者3D图形内容；处理图形内容以生成用于显示的图像(例如，三维图像和/或二维图像)流，该图像流具有一定的帧率；以及管理对图形内容的处理速率，以将所生成的图像流的帧率限制为小于或者等于帧率阈值。还可能描述并要求了其他实施方式。

Description

通过优化帧率输出的移动设备功率节省
相关申请的交叉引用
本公开要求2009年11月12日提交的美国临时专利申请序列号61/260,735的优先权，出于全部目的，在此通过引用将该申请(除与本说明书不一致的那些部分以外的，如果存在)整体结合于此。
技术领域
本公开的实施方式涉及电池供电设备中的二维(2-D)和/或三维(3-D)图形生成，并且更具体地，涉及通过优化图形图像的帧率输出来降低移动设备中的功耗。
背景技术
这里提供的背景描述是为了一般性地给出本公开内容的上下文。限于在此背景技术部分中描述的程度的所提到名字的发明人的工作，以及说明书中无法被另外证明为是在申请日时的现有技术的方面，既不明确也不隐含地被承认为是相对于本公开内容的现有技术。
大体上，电池供电并且移动的设备越来越多地提供图形，并且更具体地，提供使用图形图像的视频游戏功能。尽管图像帧是二维的，可以绘制图形，该图形被处理用于显示，以便描绘二维或者三维场景。通常，图形处理器经常被称作图形加速器，其以未限定的帧率运行。不同于传统视频图像，图形加速器通常配置用于以流式传输图像的可变帧率来生成图形，并且以可能的最快帧率(仅受限于处理能力)运行。在某些情况下，图形加速器实现高帧率，例如，每秒可达90到甚至100帧。另一方面，以这种高帧率生成图形消耗相当的功率量。然而，出于例如包括人眼的生理限制和显示器的刷新频率等各种原因，在观看图形图像时，异常高的帧率并非肯定有助于改进用户体验。
发明内容
在一个实施方式中，本公开提供一种方法，包括：向图形处理模块提供二维(2-D)和/或三维(3-D)图形内容；处理图形内容以生成用于显示的图像流，该流具有帧率；以及管理对图形内容的处理速率，以将所生成的图像流的帧率限制为小于或者等于帧率阈值。在实施方式中，处理图形内容包括以下一个或者多个：对内容进行预处理或者解码，生成绘制命令，以及响应于绘制命令而呈现用于显示的图形图像。在某些实施方式中，图形图像是二维的，并且图像中描绘的场景是二维的，然而在其他实施方式中，图形图像是二维的然而描绘的场景是三维的。
还提供一种装置，包括：诸如视频解码器的视频处理模块，用于处理图像内容以生成用于显示的图像流；图形处理单元(GPU)，用于处理图像流(例如，描绘3-D场景和/或2-D场景)；以及控制模块，用于至少部分地基于图像流的帧率来管理图形处理模块或者GPU的处理速率。在实施方式中，控制模块配置用于管理图形处理模块和/或GPU处的处理速率，以便绘制用于显示的图像帧的速率小于阈值帧率。
附图说明
通过下文的详细描述并结合附图，将易于理解本公开的实施方式。为便于此描述，相同的附图标记指示相同的结构元素。附图的各图例中，文中的实施方式以示例方式而不是限制性的方式示出。
图1A-1C示意性示出了根据本公开实施方式的用于降低在显示器上显示图像时的功耗的布置的实施方式；
图2是根据本公开实施方式的在显示图像的设备中降低功耗的方法的处理流程图；以及
图3是示意性示出根据本公开实施方式的、结合图1A、图1B和/或图1C中装置的计算设备的实施方式。
具体实施方式
本公开的实施方式描述了通过优化图形加速应用中的帧率输出，而在计算设备尤其是移动设备中降低功耗的技术、结构和配置。在下文的详细描述中将参考构成说明书一部分的附图，其中贯穿全文相同的数字指示相同的部分。在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以做出结构或者逻辑改变。由此，下文详细的描述不应作为限制含义，实施方式的范围由所附权利要求书及其等效项来限定。
如在此所使用，术语“模块”可以表示以下项、包括以下项、或者作为以下项的部分：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或者多个软件或者固件程序的处理器(共享、专用或者群组)和/或存储器(共享、专用或者群组)、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适合的组件。
图1A示意性示出根据本公开实施方式的用于降低在显示器110上显示图形图像时的功耗的布置100的实施方式。在一个实施方式中，布置100配置用于降低在显示器110上显示图形图像时的功耗，在另一实施方式中，布置100配置用于降低在显示器110上显示图形图像时的功耗。显示器110配置用于显示2-D图像帧。在某些实施方式中，图形图像中描绘的场景是二维的，而在其他实施方式中，描绘的场景是三维的。显示器110还可以配置用于显示例如结合成对二维图像的立体视觉、3-D图像。
在一个实施方式中，布置100包括片上系统(SOC)。在一个实施方式中，布置100包括：处理模块(例如，视频处理模块或者视频解码器)，其形式为中央处理单元(CPU)102；以及图形加速器，其形式为包括处理器模块112的图形处理单元(GPU)104。
在一个实施方式中，CPU 102和GPU 104由接口106耦合，该接口106的通常形式为应用编程接口(API)。API 102从CPU 102向GPU 104传输指令和数据。根据一个实施方式，CPU 102包括帧率确定模块108，其确定将由显示器110显示的绘制的图形图像帧的帧率。在一个实施方式中，帧率确定模块108是感测模块，其感测将由显示器110显示的绘制的图形图像帧，例如描绘2-D或者3-D场景的2-D图像。在一个实施方式中，CPU 102还包括控制模块114。
尽管CPU 102、API 106和GPU 104被示为包括在SOC 100中，但是在另一实施方式中，这些组件中的一个或者多个(或者这些组件的一个或者多个的一部分)可以在SOC 100外部。
根据一个实施方式，CPU 102运行需要在显示器110上显示的图形图像的应用。该应用例如可以是游戏、计算机图形、动画、“实时，，导航地图等。该应用提供将在显示器110上显示的图形图像帧的图形内容。如在此使用，视频内容可以指任意类型的图形内容(例如，图形图像内容)，例如与视频游戏、计算机图形、动画、“实时”导航地图、视频图像流等相关联的内容。
在一个实施方式中，图形内容包括可变帧率图形内容的流。CPU102处理与图形内容相关联的公式和/或等式以生成图像帧。例如，CPU 102包括视频解码器功能，并处理公式和/或等式，以生成与在应用中描绘的场景相对应的图像帧，诸如视频游戏、导航等。公式和/或等式关联于例如3-D图像帧将被显示的方式(例如，关联于图像帧的内容)、后续图像间的改变(例如，由于图像帧内对象的运动)、透视和遮挡，以在图形地描绘3-D场景时提供3-D效果等。在一个实施方式中，随后向GPU 104提供与用于绘制2-D或者3-D场景的CPU(其可以在CPU内部)的图像帧相对应的命令，继而解码该命令并且将描绘的场景绘制成为二维视频帧用于在显示器110上显示。在某些实施方式中，场景是二维场景，其被绘制为用于显示的二维图像。在其他实施方式中，场景是三维场景，其被绘制为用于显示的二维图像。另外，在某些实施方式中，3-D场景提供用于立体视觉显示器或者显示器110。
在某些实施方式中，在CPU 102处管理处理速率，以便节流需要被绘制的图形图像帧的生成速率、和/或一个或者多个绘制命令的生成速率。在其他实施方式中，处理速率在GPU 104处管理，以便直接节流绘制被显示图像帧的速率。在一个示例中，对于显示器110而言，屏幕刷新速率在大约30至60帧/秒之间变化，当然，本公开的教示在此方面不受限制。生成用于显示的图形图像的速率被节流，使得不会以快于显示器刷新率的速率向显示器提供绘制的图像。如前所述，在实施方式中，显示图像生成的速率在一个或者多个CPU102(例如，绘制命令的生成)或者GPU 104(例如，将场景实际绘制为用于显示的图像帧)处被管理。
在一个实施方式中，公式和/或等式随同视频数据一起，经由API106而从CPU 102向GPU 104转发。在一个实施方式中，帧率确定模块108确定可以从图形内容生成图像帧的帧率，例如，通过感测生成用于显示的视频帧的速率、或者通过估计解码图形内容的帧和/或将其绘制为用于显示的图像的速度而进行。
在一个实施方式中，如果确定的绘制的图像帧流的帧率超过预定的帧率阈值，则(例如，由控制模块114)管理例如由在CPU 102处解码和/或在GPU 104绘制的处理速率，以便将图形图像流的帧率限制为小于或者等于帧率阈值。例如，如果为显示绘制的图形图像流的帧率(例如，由帧率确定模块108确定)高于帧率阈值，则控制模块114指令CPU和/或GPU 104“减缓”生成视频帧和/或绘制的图形图像。在另一示例中，控制模块114指令CPU 114向GPU 104在不同的帧率提供图形绘制命令，用于绘制要在显示器110上显示的特定图像帧流。在另一示例中，CPU 102和/或GPU 104暂时停止图形内容的处理，以便CPU 102和/或GPU 104不前进至下一图像帧，和/或使用其他适合的方法来降低帧率。在另一示例中，控制模块114管理在CPU 102处对图形图像内容的处理，从而使CPU 102限制与图形图像帧相关联的公式和/或等式的处理(例如，以便绘制的图形图像帧的流的帧率小于帧率阈值)。由于在图像帧以例如大约30帧/秒或者大于30帧/秒而被流式传输时，观看动画的用户体验存在很小差异或者不存在差异，因此预定的帧率阈值通常处于每秒大约24帧至每秒大约35帧的范围中。在一个示例中，帧率阈值是30帧每秒。此外，如上所述，影响观看图像时的用户体验的限制性因素可以是显示器的刷新率；当以快于刷新率的速率生成图像时，并非全部被改变的图像都能被显示。因而，这意味着，在绘制具有改变的内容但是不能被显示的图像时使用的功率被极大地浪费。
在一个实施方式中，GPU 104获取来自CPU 102的视频数据和公式和/或等式(例如，由CPU 102确定)以及一个或者多个受限的帧率，并且根据公式和/或等式利用处理器模块112来处理视频帧或者图形，以便将视频帧中描绘的场景绘制为应用所需显示的图像。继而由GPU 104向显示器110提供用于显示的图像帧的流(尽管二维可以描绘2-D或者3-D场景)，以便图像可以以适当的帧率在显示器110上显示。在一个实施方式中，CPU 102可以从GPU 104接收包括图像帧的数据用于进一步处理，例如，用于更新图像而不是从头开始计算整个图像。在其他实施方式中，CPU 102配置用于向显示器110直接传送图形图像帧(例如，旁路GPU 104)。
参见图1B，根据一个实施方式，API 106包括帧率确定模块108和控制模块114。根据此类实施方式，CPU 102如同先前所述那样对应用的图像内容进行预处理，例如执行视频解码，并且向API 106转发经计算的公式和/或等式(例如，以绘制命令的形式)以及用于图形的视频数据，以用于向GPU 104转发。API 106内的帧率确定模块108(例如，其可以是帧率感测模块，配置用于感测3-D图像流的帧率)确定来自CPU 102的经预处理的视频内容或者视频数据内的帧率。附加地或者备选地，帧率确定模块108从GPU 104接收指示图像帧绘制实际速率的反馈。API 106内的控制模块114继而指令GPU 104和/或CPU 102以管理CPU 102和/或GPU 104的处理速率，使得由GPU 104绘制的和/或在显示器110中显示的用于显示的图像输出的帧率小于(或者大约是)帧率阈值。例如，当生成绘制图像帧的速率超过帧率阈值时，控制模块114指令CPU 102减缓绘制命令或者视频帧的生成速率，和/或指令GPU 104减缓用于显示的图形图像帧的生成。在一个实施方式中，将帧率减缓至预定范围内，也即介于大约24-35帧每秒之间(例如，大约30帧每秒)。由此，在此类实施方式中，API 106充当GPU 104和/或CPU 102的节流装置。
在一个实施方式中，布置100以两种模式操作，例如，(i)第一模式，其中视频内容的处理率被管理，使得由GPU 104绘制的和/或在显示器110中显示的3-D图像的帧率小于帧率阈值；以及(ii)第二模式，其中不执行此类管理。在一个示例中，第一模式与功耗优化相关联，而第二模式与性能优化相关联。
参见图1C，示意性示出了布置100的另一实施方式。在此实施方式中，GPU 104包括帧率确定模块108，其配置用于确定(例如，估计、感测或者测量)将要显示的图形的2-D图像流的帧率。如上所述，基于应用，显示的2-D图像可以描绘2-D或者3-D场景。备选地，在一个实施方式中，2-D图像对的序列可以在显示设备处结合，以提供立体视觉图像。在一个实施方式中，控制模块114和处理器模块112也包括于GPU 104内。基于接收预处理的或者解码的视频内容和/或视频数据(例如，描绘将被现实场景的视频帧的流)，GPU104绘制将在显示器110上显示的图形图像流。处理器模块112处理从CPU 102接收的经预处理的视频内容和视频数据。控制模块114控制处理器模块112在基于来自帧率确定模块108的确定帧率与预定帧率阈值的比较的帧率内操作。控制模块114管理处理器模块112的处理速率，使得生成(例如绘制)的图形图像帧的流的帧率在预定范围以内，也即，在24-35帧每秒之间(例如，大约30帧每秒)。根据一个实施方式，GPU 104包括诸如视频解码器的处理模块(未示出)其代替CPU 102对视频内容进行预处理。
通过管理(例如，减缓)预处理的速度(例如，处理与3-D图像帧相关联的函数/等式的速度)和/或通过管理图形图像帧的绘制速度(例如，由此被绘制的图形图像帧以低于或者大约是预定帧率阈值而被输出)，GPU 104以及在某些实例中的CPU 102需要较少的功率(例如，与以其原始帧率绘制图形图像流的功率需求相比)。
参考图1A至图1C，应当注意，在一个实施方式中，CPU 102或者控制模块114配置用于指令时钟116(其例如，向布置100的一个或者多个组件提供时钟信号)，以控制(例如，减缓)操作布置100的时钟频率。通过减缓布置100的时钟频率，通常在布置100内发生操作布置100的电压的相应降低，由此降低布置100的功耗。CPU 102或者控制模块114还可以指令电源118(其例如，向布置100的一个或者多个组件提供电压)，以基于降低的帧率来减小向布置100提供的电压。由此，在布置100正在处理的应用是3-D视频游戏的示例中，布置100可以开始3-D视频游戏，并且以完全时钟速度生成伴随的描绘3-D场景的图形图像帧的流。随后，布置100估计生成以大约帧率阈值显示的帧所需的时钟速度。CPU 102或者控制模块114继而降低时钟速率，这通常以相应方式降低电压，并且导致布置100的功耗减小。
在一个实施方式中，本公开的教示还适用于描绘一个或者多个2-D场景和3-D场景的图形图像的处理。应当注意，生成的图形图像实际上是二维的，这是由于该图形图像在二维显示器上显示，然而，通过使用适合的透视、遮挡等，可以在描绘2-D场景或者3-D场景时将场景和其他内容投影至图像中。在图形图像中，提供描绘三维图形效果通常需要功耗密集型处理，如从上文描述中可知。同样，如在某些游戏和应用中使用(诸如，地图/导航程序)，以对于用户体验并无贡献的帧率来描绘更新图像(仅为2-D图像)，这也不必要地消耗功率。
图2是根据本公开一个实施方式的流程图，示出了在显示图像的设备中降低功耗的方法200。在步骤204，向图形处理模块(例如，CPU 102)提供图像内容。在208，处理图像内容(例如，由CPU 102和/或由GPU 104来处理)，以生成图形图像流(例如，基于命令绘制描绘2-D和3-D场景之一的图形图像流)用于显示(例如，在显示器110中显示)，该流具有一定的帧率。在212，控制模块114在操作204和/或208处管理处理图像内容的速率，以便将所生成图形图像流的帧率限制为小于或者等于帧率阈值。
图3示意性示出了根据本公开的一个实施方式的、结合了图1A、图1B和/或图1C的布置的计算设备300的实施方式。计算设备300例如是电池供电的设备，例如，手持设备、移动设备等。例如，计算设备300是移动电话、游戏设备、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机等。在一个实施方式中，计算设备300提供3-D图形、2-D图形和/或提供视频游戏功能。
如所示出，计算设备300包括布置100(例如，图1A至图1C中示出的任意装置)。在一个实施方式中，计算设备300配置用于降低在显示器11O上显示图像(例如，2-D和/或3-D场景的图像)时的功耗。例如，计算设备300处理视频内容以便生成用于显示运动图像的图像流，该流具有一定的帧率；以及管理处理视频内容的速率，以将所生成图像流的帧率限制为小于或者等于帧率阈值。
尽管在此已经示出了特定实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，用于实现相同目的的各种备选和/或等效实施方式或者计算的实现可以替代所示出和描述的实施方式。本公开旨在于覆盖在此讨论的实施方式的任何调整者改变。由此，其明显旨在于在此所述的实施方式仅受到权利要求书及其等效项的限定。

Claims (21)

1.一种方法，包括：
向图形处理模块提供图像内容；
处理所述图像内容以生成用于显示的图形图像流，所述图形图像流具有帧率；以及
管理对所述图像内容的处理速率，以将生成的图形图像流的所述帧率限制为小于或者等于帧率阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述管理所述处理速率进一步包括：
确定所述生成的图形图像流的所述帧率；以及
管理所述处理速率，使得所确定的所述生成的图形图像流的帧率小于或者等于所述帧率阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定所述生成的图形图像流的所述帧率进一步包括：
感测所述生成的图形图像流的所述帧率。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述管理所述处理速率进一步包括：
如果所确定的所述生成的图形图像流的所述帧率超过所述帧率阈值，则降低所述图形处理模块的时钟的时钟频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述管理所述处理速率进一步包括：
如果所确定的所述生成的图形图像流的所述帧率超过所述帧率阈值，则降低向所述图形处理模块提供的电压。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述感测所述生成的图像流的所述帧率进一步包括：
在所述图形处理模块内感测所述生成的图形图像流的所述帧率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理所述图像内容进一步包括：
生成与所述图像内容相对应的图像绘制命令；以及
响应于所述图像绘制命令，绘制生成的图形图像流用于在显示器设备上显示；
其中所述管理所述处理速率进一步包括限制以下至少一项：生成所述图像绘制命令的速率，以及绘制所述图形图像流用于显示的速率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理所述图像内容进一步包括：
在中央处理单元CPU中生成所述图像绘制命令；以及
在图形处理单元GPU内绘制所述生成的图形图像流，其中所述CPU和所述GPU由应用编程接口API耦合。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
在所述API内确定所述生成的图形图像流的所述帧率。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定所述生成的图形图像流的所述帧率包括：在所述图形处理模块内确定所述帧率。
11.根据权利要求7所述的方法，其中生成所述图像绘制命令包括：
处理与在计算机应用中使用的场景的图形表示相对应的公式和/或等式。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在图形处理单元GPU内估计所述帧率，其中所述GPU包括所述视频处理模块，以及其中所述GPU配置用于处理所述图像内容以及管理所述处理速率。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理所述图像内容以生成所述图形图像流进一步包括：
响应于所述图像绘制命令而绘制图像，其中所述图形图像流中的图像与二维2-D场景或者三维3-D场景相对应。
14.一种装置，包括：
图形处理模块，用于处理图形视频内容以生成绘制的图形图像流用于显示；以及
控制模块，用于至少部分地基于所述绘制的图形图像流的帧率，管理所述图形处理模块的处理速率。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述控制模块耦合至与所述图形处理模块相关联的时钟，其中所述控制模块进一步配置用于：在所述帧率超过帧率阈值时，降低所述时钟的时钟频率。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述图形处理模块包括：
中央处理单元CPU，配置用于输出二维2-D或者三维3-D图形绘制命令；以及
图形处理单元，配置用于绘制2-D或者3-D图形场景以作为用于显示的图像帧。
17.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：
应用编程接口API，耦合：中央处理单元CPU，配置用于输出2-D或者3-D图形绘制命令；以及图形处理单元GPU，配置用于绘制2-D或者3-D图形场景以作为用于显示的图像帧；以及
帧率确定模块，用于确定所述帧率；
其中所述帧率确定模块和所述控制模块包括在所述API中。
18.根据权利要求14所述的装置，其中所述控制模块耦合至操作用于生成图形绘制命令的中央处理单元CPU，其中所述控制模块配置用于控制所述CPU生成用于所述图形内容的所述绘制命令，使得以低于帧率阈值的帧率生成所述绘制的图形图像帧的流。
19.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：
图形处理单元GPU，配置用于绘制2-D或者3-D图形场景的流以作为用于显示的图像；以及
其中所述控制模块配置用于管理所述GPU绘制所述图形图像流的速率，使得以小于帧率阈值的帧率绘制所述图像流。
20.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：所述GPU内的帧率估计模块。
21.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：感测模块，用于感测所述绘制的图像流的所述帧率，其中所述感测模块包括在所述图形处理模块内。
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