E 3 :Energy-Efficient Engine for Frame Rate Adaptation on - - PowerPoint PPT Presentation

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E 3 :Energy-Efficient Engine for Frame Rate Adaptation on - - PowerPoint PPT Presentation

Feb 04, 2023 410 likes •655 views

E 3 :Energy-Efficient Engine for Frame Rate Adaptation on Smartphones Haofu Han*, Jiadi Yu*, Hongzi Zhu*, Yingying Chen + , Jie Yang , Yanmin Zhu*, Guangtao Xue*, Minglu Li*

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E3:Energy-Efficient Engine for Frame Rate Adaptation

  • n Smartphones

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Haofu ¡Han*, ¡Jiadi ¡Yu*, ¡Hongzi ¡Zhu*, ¡Yingying ¡Chen+, ¡Jie ¡Yang§, ¡ ¡ Yanmin ¡Zhu*, ¡Guangtao ¡Xue*, ¡Minglu ¡Li* ¡ *Shanghai ¡Jiaotong ¡University ¡

+Stevens ¡Insi4tute ¡of ¡Technology ¡ § ¡Oakland ¡University ¡

¡

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SLIDE 2

Enjoy Our Smartphone Everyday

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Browse ¡the ¡webpage; ¡News ¡& ¡Magazines; ¡ ¡ IM ¡& ¡Social, ¡Travel ¡& ¡Local; ¡Maps; ¡ Media; ¡Reading; ¡Game ¡…… ¡ ¡ ¡

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Powerful Smartphone Drains Battery Quickly

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When ¡using ¡Apps ¡such ¡as ¡web-­‑browser ¡ The ¡baDery ¡drains ¡quickly ¡

Why？ ¡

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Human-Screen Interaction applications:  more than 20 input- events per second  more than 30% time for touch-screen

  • perations

Inspiration from High Power Consumption during Human-Screen Interaction

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Scrolling - Finger Operations on Touch-screens

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Scrolling ¡Time ¡Ratio = ¡ ¡ Scrolling ¡OperaOon ¡Time ¡ ApplicaOon ¡Usage ¡Time ¡

> ¡30% ¡

60% ¡

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Scrolling Operations vs Power Consumption

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Power ¡Consump4on ¡during ¡a ¡Web ¡Surfing ¡ ¡

53% ¡ 6% ¡

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Is It a General Problem? Yes!

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60% ¡52% ¡ 37% ¡

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Insight of a Scrolling Operation

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… …

Before Scrolling After

…

Catching a touch event Processing a touch event Feeding back to screen display

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The Secret of Frame Rate

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Frame Rate (FPS) = ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡The ¡number ¡of ¡screen ¡update ¡operaOon ¡ ¡ Time ¡

  • The higher frame rate,

the more smooth the image display

  • Frame Rate = 60fps
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The Secret of Frame Rate

 Is it necessary to use a fixed 60 frames per second?

 No, not really

 Can we just cut it to 30 frames per second in

  • rder to save energy ?

 Yes, but at the cost of user experience

 lower frame rate  bigger image difference between two frames  less smooth display

 What is the frame rate that people really need ?

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Frame Rate that People Really Need

 Image difference between two frames:

 To guarantee the user experience:

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frame ¡rate ¡r ¡> ¡rmin(s)r ¡

rmin(s): ¡the ¡minimum ¡frame ¡rate ¡that ¡guarantee ¡the ¡ user ¡experience ¡at ¡scrolling ¡speed ¡s. ¡ The ¡sa4sfied ¡frame ¡rate: ¡ Minimize ¡the ¡power ¡consump1on ¡ & ¡ ¡ ¡Guarantee ¡the ¡user ¡experience ¡

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Trace ¡from ¡over ¡300 ¡volunteers ¡

Satisfied Frame Rate Model

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Each ¡user’s ¡specific ¡preference ¡ ¡

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E3: System Design & Work Flow

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Touch ¡Screen ¡

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Work Flow – Initiating Stage

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User ¡ Preference ¡ CollecOng ¡ Preference ¡ Model ¡ Training ¡ learning ¡the ¡preference ¡of ¡a ¡user: ¡ energy ¡saving ¡without ¡affec4ng ¡user ¡ experience ¡ User ¡Specific ¡Preference ¡Model: ¡

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= ¡

+ =

Work Flow – Reacting Stage

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Scrolling ¡Speed ¡ ExtracOon ¡ SaOsfied ¡ Frame ¡Rate ¡ CalculaOon ¡ Frame ¡Rate ¡ ¡ Controlling ¡

Frame ¡Rate ¡min ¡(Speed) ¡ Real-­‑4me ¡Scrolling ¡Speed ¡ ¡ ¡Distance ¡of ¡finger ¡posi4ons ¡ ¡ Time ¡interval ¡ ¡

=

SaOsfied ¡ ¡ Frame ¡Rate

User ¡Experience ¡ & ¡ ¡ Energy ¡Efficient ¡

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Work Flow – Evolving Stage

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Feedback ¡ CollecOng ¡ Preference ¡ Model ¡ RecalibraOon ¡

dynamically ¡update ¡the ¡preference ¡ model ¡based ¡on ¡the ¡feedback ¡from ¡ the ¡user ¡

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Prototype and Experimental Evaluation

 Implement our system on five kinds of devices.  Over 300 volunteers participate in the trace collecting.  Not aware of which smartphone is embedded with E3

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Nexus ¡One ¡ Android ¡2.3 Nexus ¡S ¡ Android ¡4.1 ¡Galaxy ¡Tablet ¡ Android ¡3.2 ¡Galaxy ¡S ¡II ¡ Android ¡4.1 Nexus ¡Prime ¡ Android ¡4.1

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Measurement Tools and Testbeds

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The ¡source ¡code ¡of ¡E3 ¡and ¡tools ¡are ¡available ¡at: ¡ ¡Hap://www.cs.sjtu.edu.cn/~jdyu/research/E3/index.html ¡

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Impact on User Experience

3.00 ¡ 4.00 ¡ 5.00 ¡ 6.00 ¡ 7.00 ¡ 8.00 ¡ 9.00 ¡ 10.00 ¡ Browser ¡ Reader ¡ Facebook ¡ Google ¡ Map ¡

User ¡Experience ¡Score ¡

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Grading ¡System: ¡ How ¡experience ¡ difference ¡between ¡ smartphones ¡ ¡ with ¡and ¡without ¡E3 ¡ ¡

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Impact on Energy Saving

0% ¡ 20% ¡ 40% ¡ 60% ¡ 80% ¡ 100% ¡ CPU ¡Consump4on ¡ Saved ¡By ¡E3 ¡

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0% ¡ 20% ¡ 40% ¡ 60% ¡ 80% ¡ 100% ¡ Overall ¡Consump4on ¡ Saved ¡By ¡E3 ¡

50% ¡ 25% ¡

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Existing Work on Smartphone Energy Consumption

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  • Radio ¡Power ¡ConsumpOon ¡
  • Screen ¡Power ¡ConsumpOon ¡
  • ApplicaOon ¡Energy ¡ConsumpOon ¡

Anand et.al[Mobisys’11], Chameleon [Mobisys’11], Pathak et.al[HotNetsX’11], Pathak et.al [Mobisys’12] Balasubramanian et. al[Sigcom’09], Qian et. al [WWW’12], Schulman et.al [Mobicom’10]

  • Smartphone ¡Power ¡Model ¡
  • CPU ¡Power ¡ConsumpOon ¡

Choi et.al[DATE’04], Rajan et.al [Mobisys’11], Bellosa et. al[COLP’03], Fan et. al[ISCA’12], Dong et.al [Mobisys’11], Pathak et.al [EuroSys’11]

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Conclusion

 Investigate the impact of human-screen reactions to the power consumption on mobile devices

  • Scrolling operation causes large energy consumption

 Propose an innovative frame rate adaptation system E3

  • Realize energy saving without affecting user experience

 Implement our system successfully on different mobile devices

  • Verify the feasibility of E3

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Thanks & Questions?

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