PVRIC4介绍——将图像压缩提升到新的水平

作者:Benny Har-Even

数据压缩是一项基本的技术工具,它能够让我们充分有效的利用有限资源,如果没有它许多我们认为理所当然的事情都是不可能实现的:像DVD、蓝光等媒体都依赖它,就像我们在电视和移动设备上播放视频和音乐一样。

它同样被应用于Imagination GPU,无论是智能手机、TV还是汽车,都要有大量的数据需要SoCs来处理,而且这种趋势只会朝着一个方向来发展。TV已经从高清(HD)演变成4K,无论你相不相信,现在8K电视已经开始面市了。与此同时,我们的手机也集成了更多的传感器来采集周围环境的信息。此外手机的通信方式也从4G发展为5G,这造就了更大的数据流量,会给存储带宽和存储容量带来越来越大的压力,这无疑将影响到电池的使用寿命。与此同时在竞争日益激烈的市场上,制造商也面临着降低成本的压力。

那么我们如何降低功耗和成本同时提升性能呢?为此我们在GPU设计中采用了三种技术,称为PVR3C三重压缩——纹理压缩(PVRTC和ASTC)、几何压缩(PVRGC)和图像压缩(PVRIC)。


PVRTC和PVRGC都会影响GPU的内部操作,而PVRIC则负责将最终图像从GPU传输到显示控制器。自PowerVR Series6 GPU系列后,PVRIC已经发布了第三版并且在去年同Series8 GPU一起推出,在一篇博客中我们详细介绍了它在降低带宽和功耗方面所带来的好处

PVRIC3已经被广泛应用于其他第三方IP模块中,比如ISPs、显示控制器、2D内核和视频编码/解码,因此它是一项经过验证的技术。

PVRIC4技术介绍

现在,我们自豪的宣布图像压缩技术的下一个版本——PVRIC4,其特性是视觉无损压缩。

和之前版本有何区别呢?在PVRIC3中图像会被无损压缩,根据定义这意味着压缩对图像质量没有任何的影响,但是压缩的大小取决于压缩的内容,图像的某些部分可能会被很好的压缩(比如纯白色的天空中存在一块颜色),整体压缩可能是非常有效的——理论上的最好情况是256:1。虽然这意味着传输带宽消耗会大大的降低,但是仍需要保留完整的内存分配,因为压缩比并不会预先知道或者被保证。


双管道——两倍的好处

这正是PVRIC4所发挥作用的地方,每个像素块都从GPU传输到目的地,比如显示控制器、视频解码器,这些都是通过常规方式发送的。

当图像数据通过两个管道后,新的决策逻辑将判断哪个版本的数据能够传输到其目的地。如果无损管道成功的将数据块压缩了至少50%,那么就将选择这个,这同样意味着会保持完美的图像质量。但是如果不能实现,那么有损压缩管道的输出就会被采用,这将总是保证图像压缩达到50%。因此,我们不仅可以保证带宽减少50%,而且还可以保证内存占用减少50%。

这意味着SoC设计人员可以设计更少的存储管脚——这就节省了BOM成本。此外存储数据块采用128字节,这对于数据传输来说是非常高效的。

视觉无损化

一想到“压缩”就可能会引起我们的警觉关注,因为根据定义,有损压缩不就是意味着损失质量吗?虽然我们将数据大小降低了50%,但是我们花费大量的时间和精力来确保在不影响图像质量的情况下完成这项工作。我们的算法是经过调整的,从而避免出现竞争对手有损压缩解决方案所呈现的失真效果,这些变化往往会应用到单个像素上,从而带来局部化图像的质量改变。

我们实现这一关键技术的要点在于PVRIC4是在块级别上的操作,这些块是GPU分批的,逐bit送进来处理的,这意味着每一帧部分都是无损的,而且而其他部分在视觉上也是无损的。在下面的图片中只有紫色区域进行了视觉无损压缩——你可以看到它是如何影响图像的一部分区域的。


下面我们看到的是Netflix GUI和“愤怒的小鸟”之间的图像质量对比,以及应用“有损压缩”的区域,你会发现即使在近距离观察下,你也很难分辨出其中的区别。换句话说这就是视觉无损压缩。


下图展示了一系列流行应用和游戏的压缩比例,显示了无损压缩和视觉无损压缩的发展路径,后者在《Temple Run》、《Minion Rush》、《Minecraft》和《Command & Conquer》等游戏中提供了更好压缩能力。


总结

凭借PVRIC4,Imagination展现了在GPU设计方面的领先地位,它拥有独特的功能,进一步推动了其目前已经非常高效的架构设计,并且为设备制造商带来了真正的好处。它帮助降低了带宽和以及50%的内存占用,有效地降低了功耗。因此随着SoC需求的不断增加,PVRIC4技术将帮助低成本市场更好的控制存储/带宽成本,对于高端市场而言而能够帮助有效的控制功耗。其带来的结果是价格更便宜的产品、更高的利润率以及更长的电池寿命。

PVRIC4已经和2018款GPU一起发布了,更重要的是它还可以作为独立的IP授权给我们的合作伙伴,从而集成到他们的设计中。它是一款强大的、灵活的以及可授权的技术。

原文链接:https://www.imgtec.com/blog/introducing-pvric4-taking-image-compression-...

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