优化 Cyberlink PowerDVD 10* 提高了电池续航能力

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引言

电池续航能力不足是目前普遍困扰移动设备，特别是 Ultrabook™ 设备和平板电脑的严峻问题之一。用户已经习惯于从云端的内容服务器“按需”向其移动设备流式传输多媒体内容。由于这些设备的电池容量有限，因此能效至关重要。讯连科技 PowerDVD 10* (PowerDVD*) 是高清和 3D 电影播放行业的顶级播放器之一。此应用程序通常由 OEM 厂商预装。在本案例研究中，我们将展示 Intel 和讯连科技如何协作优化 PowerDVD* 应用程序，在 Intel 设备上提供一流的体验。

首先，我们将讨论讯连科技在 PowerDVD 中添加流媒体功能时遇到的挑战，以及 Intel 用于改善 PowerDVD 功耗的工具和技术。

接下来，我们将讨论讯连科技 PowerDVD 流媒体应用程序的功耗情况及其对移动设备电池续航能力的影响。我们还将分析 PowerDVD 的行为，以识别导致功耗增加的问题，例如 CPU 解码、大量上下文切换、高中断率等。最后，我们将提供数据，展示优化后功耗的降低情况。

优化取得了巨大成功。Intel 团队在 PowerDVD 上实现了以下改进：

• 媒体播放期间，Package C0 从 100% 降至 20%
• 使用 Intel® Power Gadget 将 SoC 功耗从约 6 W 降至约 1.8 W
• Intel® VTune™ 分析器报告称 CPU 利用率从 70% 降至 25%
• Windows* 性能分析器显示，与本地或流媒体播放的 10 毫秒唤醒频率相比，频繁唤醒（5 毫秒）的频率更低（10%）。

定义

缩写	定义
BLA	电池续航分析器
GPU	图形处理单元
WPA	Windows 性能分析器
DLNA 服务器	数字生活网络联盟服务器
HD	高密度
SoC	片上系统
帧率 (FPS)	每秒帧数
SDK	软件开发工具包
SKU	库存单位

优化电池续航的挑战

PowerDVD 提供了组织、流媒体、移动设备和社交媒体的新功能。除了作为客户端运行外，最新软件还可以将设备变成 DLNA 服务器，并通过网络将多媒体内容从 PC 流式传输到其他设备。它还可以从外部内容服务器流式传输内容。然而，添加流媒体功能是要付出代价的。高清流媒体等新功能需要运行更多进程，消耗更多的内存和 CPU 周期。这严重影响了电池续航能力。我们需要回答以下问题：

1. 1080p 流媒体播放期间 PowerDVD 的功耗是多少？
2. 为什么充满电的电池只能播放一个小时的媒体？

经过两个月的三次分析和验证迭代，工程团队通过进行以下更改提高了电池续航能力：

• 将图形卸载到 GPU（使用 Intel® Media SDK）
• 从两个线程中删除了睡眠循环调用
• 使用覆盖层减少额外的内存复制

以下将介绍导致 PowerDVD 优化的过程和工具。

讯连科技 PowerDVD 的功耗优化

测试系统配置

• 第四代 Intel® Core™ i7 处理器
• 联想 Yoga* 2 Pro
• CPU 速度：1.4 GHz 非 Turbo 频率
• 内存 4 GB 显示屏：1920x1080p 高清面板
• 讯连科技 PowerDVD 10 和讯连科技 PowerDVD 12

验证和分析显示：

• 媒体播放期间 Package C0 达到 100%，而我们预计为 20%。
• Intel Power Gadget 显示 SoC 功耗约为 6 W。对于第四代 Intel 处理器，应为约 1.7 W。
• Intel VTune 结果显示未将图形卸载到 GPU，CPU 利用率高达 70%（我们预计约为 10%）。
• Windows 性能分析器测试显示频繁唤醒（5 毫秒）。音频播放时的正常频率为 10 毫秒。

第一步 - 验证

为了理解和解决 PowerDVD 对电池续航能力的影响，我们使用了 Intel Power Gadget 和 Battery Life Analyzer (BLA) 来验证应用程序的 SoC 功耗。图 1 显示了 Windows 平台上的 Intel Power Gadget UI。

作为 PowerDVD 验证的一部分，我们使用 Intel Power Gadget 来确定播放期间的功耗影响。图 2 显示了 Intel Power Gadget 记录的功耗输出。

PowerDVD 播放期间的功耗约为 6 W SoC 功耗。Intel 建议第四代 Intel 处理器（通常用于 Ultrabook 设备上的低功耗处理器）的最高功耗约为 2.0 W。

为了更深入地了解影响功耗的其他活动，我们使用了 Battery Life Analyzer (BLA) 工具来了解媒体播放对驻留时间的影响。了解驻留时间很重要，因为更改 SoC SKU 会影响功耗。

BLA 是 Intel 开发的功耗管理分析工具，用于识别影响电池续航能力的问题。BLA 在软件分析期间有助于识别各种问题，例如：

• 软件 CPU 利用率
• 操作系统计时器分辨率更改
• 频繁的 C 状态转换
• 过度的 ISR/DPC 活动

图 3 显示了使用讯连科技 PowerDVD 进行 1080p 高清视频播放期间的软件包驻留时间。

软件包驻留时间包括 CPU、图形和 UnCore 事件。Package C0 停留时间越长，SoC 功耗就越高。对于第四代 U-Processor，讯连科技 PowerDVD 1080p 播放的预期软件包 C0 驻留时间约为 20%。从图 3 可以看出，软件包驻留时间远高于应有的水平。

Intel Power Gadget 和 BLA 都证实了功耗较高，在 42 Whr（瓦时）电池容量下，约 6 W SoC + 3 W 显示屏和 2+ W 的其他组件，电池续航能力约为 4 小时。

我们的下一步是分析应用程序以进行功耗优化。

第二步 - 分析

在分析阶段，我们使用了两种工具：

• Intel VTune 分析器
• Windows 性能分析器

下表总结了分析结果，这些结果表明有明显的改进空间。

实际结果	预期结果
媒体播放期间 Package C0 达到 100%	媒体播放期间 Package C0 应为 20%
使用 Intel® Power Gadget 的 SoC 功耗约为 6 W	对于第四代 Intel 处理器，SoC 功耗应为约 1.7 W

 

分析工具	观察
Intel VTune 结果	由于应用程序没有编解码器，因此没有图形卸载。 CPU 利用率高（70%，预计为 10%）
Windows 性能分析器	频繁唤醒（5 毫秒）——音频播放时的预期频率为 10 毫秒。

接下来的几张图将逐步展示我们分析中的一些重要截图。

Intel VTune 分析器用于验证 PowerDVD 应用程序是否存在自旋等待、硬件加速以及热点（微架构问题）。图 4 显示了收集图形调用堆栈的步骤。

图 5 显示了 VTune 摘要，其中大部分时间花在了自旋循环上。GPU 使用率显示没有编解码器使用。GPU 上花费的大部分时间用于显示和播放期间的其他预处理算法。

深入分析，Intel VTune 显示媒体播放期间 CPU 利用率很高，并且 VSync（图 5 中的红色高亮）和 GPU 软件队列未每约 33 毫秒（30 FPS 播放）发生。此分析显示了媒体播放期间的软件故障。

查看图 7，摘要报告确认帧速率随时间不一致。30 FPS 电影播放的 FPS 在 0-60 FPS 之间变化。图表显示应用程序中以特定帧速率执行的总帧数。大量慢帧或快帧表明存在性能瓶颈。目标是优化代码以保持帧速率恒定，例如从 30 到 60 FPS。

接下来，我们使用 Windows 性能分析器 (WPA) 工具来分析应用程序的唤醒活动、中断和上下文切换。图 8 显示了使用基于 CPU 的 Intel® SSE 指令进行 H264 解码。将此工作卸载到 GPU 比在 CPU 上运行更有效。

WPA 还显示了播放期间 PowerDVD 的唤醒活动。图 9 显示了两个 PowerDVD 线程，均以 10 毫秒运行。这两个线程未合并，导致整个系统在 5 毫秒的计时器间隔内唤醒。图 10 显示了调用堆栈，其中睡眠循环 Win32* API 每 10 毫秒间隔调用一次。

表 3 显示了优化后软件包驻留时间的显著减少。

C 状态计数器	优化前平均值（%）	优化后平均值（%）
PackageC0-C1	100%	20.18%
PackageC0-C2	0%	8.29%
PackageC0 C3	0% 0%	0.19%
PackageC0 C6	0%	1.91%
PackageC0 C7	0%	69.43%

优化结果/验证

下表显示了“优化前”和“优化后”的结果。

优化前	优化后
媒体播放期间 Package C0 达到 100%	Package C0 降至 20%
SoC 功耗约为 6 W	在测试系统中，SoC 功耗降至约 1.8 W

 

	以前	操作后
Intel® VTune™ Amplifier	由于应用程序没有编解码器，因此没有图形卸载。 CPU 利用率高（70%，预计为 10%）	现在报告了视频编解码器 CPU 利用率降低了 25%
Windows 性能分析器	频繁唤醒（5 毫秒）——音频播放时的预期频率为 10 毫秒。	移除了睡眠线程——唤醒次数减少了 2 倍（从 5 毫秒到 10 毫秒）
电池续航分析器	软件包驻留时间 100%	软件包驻留时间约 20%

 

¹ 性能测试中使用的软件和工作负载可能已针对 Intel 微处理器进行了性能优化。SYSmark* 和 MobileMark* 等性能测试使用特定的计算机系统、组件、软件、操作和功能进行测量。更改其中任何一个因素都可能导致结果有所不同。您应参考其他信息和性能测试，以协助您全面评估您打算购买的产品，包括该产品与其他产品结合使用时的性能。有关更多信息，请访问 **http://www.intel.com/performance**

我们通过以下方式进行了优化：

1. 使用 Intel Media SDK 将图形卸载到 Intel® HD Graphics
2. 优化导致 CPU 定期唤醒的 Win32 API 调用
3. 使用覆盖层节省每帧的内存复制

第一个任务是使用 Intel Media SDK 将解码卸载到图形，这将提供更好的 Intel HD 图形的效率/瓦特使用率。图 11 中的伪代码提供了一个简单的 Intel Media SDK 用途示例，即将帧流卸载到图形。

一旦我们使用 Intel Media SDK 将其卸载到图形，我们就运行了 PowerDVD 并使用 Intel VTune Amplifier 测量了结果。与图 5 中未看到任何编解码器使用的情况相比，现在我们在摘要中看到了视频增强（图 12）。

查看其他 Intel VTune 图形视图，我们验证了通过使用 Intel Media SDK [做什么？] 在 GPU 上解码帧而不是在 CPU 上解码。图 13 显示了一批帧在 GPU 上约 20 毫秒后解码。将解码工作卸载到 GPU 有助于将测试系统的 CPU 利用率降低约 25%。

为了验证我们图形卸载的优化，我们运行了 Intel Power Gadget。与图 2 中显示的基线结果相比，仅通过图形卸载就节省了约 2 W 的功耗（图 14）。

我们取得了不错的进展，但约 4 W 仍然不够低。如前所述，流媒体 1080p 播放的目标是约 1.7 W 的 SoC/软件包功耗。

下一步是寻找其他基于 CPU 的优化。初步分析显示，来自两个线程（非合并）的睡眠循环调用每 5 毫秒唤醒一次 CPU。讯连科技工程师需要从他们的应用程序中删除睡眠线程。然而，这是最困难的更改之一，因为它需要修改应用程序的结构。图 15 显示，在移除了周期性活动后，唤醒活动增加到 10 毫秒。

移除周期性活动可节省约 800 mW。通过当前的优化，1080p 高清流媒体播放的 SoC 功耗从约 6 W 降至 2.8 W，但仍需进行其他优化才能达到一流应用程序中的 1.7 W 目标。

下一步是使用覆盖层减少额外的内存复制。使用覆盖层后，总体软件包功耗降低了约 400 mW。图 17 显示功耗从约 6 W 降至约 1.8 W。

至此，最重要的优化目标已达成，Intel 和讯连科技工程师认为该项目取得了成功。

讯连科技和 Intel 之间的紧密合作帮助在两个月内完成了优化并进行了全面验证。所有优化完成的最终产品在项目启动六个月后发布给 OEM 厂商。

结论

Intel 和 PowerDVD 工程师使用了包括 Intel VTune 和 Microsoft Windows Performance Analyzer 在内的多种工具，以实现最佳的低功耗播放。合作包括通过每周的分析/会议进行工具知识共享，以在发布截止日期前达到电池续航目标。

在团队满意其结果（PowerDVD 功耗从约 6 W 降至约 1.8 W）之前，完成了多个迭代。Intel 和讯连科技工程师面临的挑战是保持优化前后播放质量不变。每项优化都需要进行验证和分析，才能通过讯连科技团队的内部质量测试。因此，跟踪了每一项更改，并评估了用户体验指标（功耗和性能）。

以下优化被发现对实现优化目标最有效，但如上所述，这些优化是在多个迭代中完成的：

• 将图形卸载到 GPU（使用 Intel Media SDK）
• 从两个线程中删除睡眠循环调用
• 使用覆盖层减少额外的内存复制

Intel 和讯连科技 PowerDVD 团队的共同努力，将他们的流媒体播放应用程序优化到了行业领先水平。

关于作者

	Manuj Sabharwal 是 Intel 软件解决方案部门的软件工程师。Manuj 一直致力于探索闲置和活动软件工作负载的功耗提升机会。他在能效方面拥有丰富的研究经验，并在行业中提供过教程和技术讲座。他还致力于通过软件优化技术来赋能客户端平台。
	Gael Hofemeier 自 2000 年起在 Intel 软件解决方案部门担任应用工程师。Gael 目前专注于面向企业客户端应用程序和技术的技术宣传。

参考文献

1. Windows 性能分析器：http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=30652
2. 电池续航分析器：http://downloadcenter.intel.com/Detail_Desc.aspx?agr=Y&DwnldID=19351
3. Intel® Power Gadget：https://software.intel.com/en-us/articles/intel-power-gadget-20
4. 讯连科技 PowerDVD：http://www.cyberlink.com/products/powerdvd-ultra/features_en_US.html?&r=1
5. Intel® Media SDK：https://software.intel.com/en-us/vcsource/tools/media-sdk-clients

相关 Intel 链接

能效软件开发：https://software.intel.com/en-us/energy-efficient-software
Windows* 功耗分析指南： https://software.intel.com/en-us/articles/power-analysis-guide-for-windows
Windows 8* 软件功耗优化：https://software.intel.com/en-us/articles/windows-8-software-power-optimization
Intel 处理器编号：http://www.intel.com/products/processor_number/

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