Study and implementation of wavelet-based video coding for dynamic transition environments

Abstract

Από τα παιχνίδια δράσης έως τις ταινίες υπερ-υψηλής ευκρίνειας και από την αναπαραγωγή μουσικής έως την επαυξημένη πραγματικότητα, ετερογενή πολυμέσα κυριαρχούν απόλυτα στα κινητά μας. Ταυτόχρονα, οι υπολογιστικοί πόροι διανέμονται ολοένα και περισσότερο, από τους πολλαπλούς πυρήνες ενός επεξεργαστή, έως τις υπηρεσίες on-line - cloud computing και αποθήκευσης. Οι εφαρμογές παρουσιάζουν όλο και περισσότερο δυναμισμό όσον αφορά τις ανάγκες τους σε πόρους. Συνεπώς, οι συσκευές θα πρέπει να είναι σε θέση να ανέχονται μια ευρεία ποικιλία συνθηκών εκτέλεσης και διαθεσιμότητας των πόρων τους ή του μέσου μετάδοσης, τα οποία όλα έχουν τη δυνατότητα να μεταβάλλονται απρόβλεπτα κατά το χρόνο εκτέλεσης. Οι κλιμακούμενες (scalable) εφαρμογές που βασίζονται σε wavelets μπορούν να αποτελέσουν ένα μεγάλο κομμάτι της λύσης σε αυτό το παζλ, επιτρέποντας τη μέγιστη ποιότητα εφαρμογής, κλιμακούμενη προς τις συντελούμενες συνθήκες εκτέλεσης. Είναι σαφές ότι αυτό θα οδηγήσει επίσης σε δυναμικές και απρόβλεπτα μεταβαλλόμενες απαιτήσεις πολυπλοκότητας στην πλατφόρμα εκτέλεσης. Λόγω των χαμηλών απαιτήσεων ρεύματος των ενσωματωμένων συστημάτων που σχετίζονται με την περιορισμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, δεν θα είναι πλέον αποδεκτό να αντιμετωπίζουμε αυτές τις παραλλαγές πολυπλοκότητας χρησιμοποιώντας επιλογές χαρτογράφησης δεδομένων χειρότερης περίπτωσης (worst case mapping), καθώς αυτές θα οδηγήσουν σε πολύ υποβέλτιστη χρήση των διαθέσιμων πόρων. Αυτή η εργασία επιδεικνύει μια προσέγγιση για την αποφυγή της χαρτογράφησης χειρότερης περίπτωσης για εφαρμογές βασισμένες σε wavelets, εναλλάσοντας κατά το χρόνο εκτέλεσης τη σειρά εκτέλεσης του αλγορίθμου, προσαρμοζόμενη στις συντελούμενες συνθήκες εκτέλεσης. Για την αποτελεσματική εκμετάλλευση αυτής της αρχής εναλλαγής κατά τον χρόνο εκτέλεσης, το middleware θα πρέπει να διαθέτει συστηματικές κατευθυντήριες γραμμές χαρτογράφησης που εκφράζουν τη γνώση σχετικά με το ποια σειρά εκτέλεσης προσφέρει το χαμηλότερο ποσοστό απωλειών χρήσης της τοπικής μνήμης (cache misse-rate) και ποια κέρδη μπορούν να επιτευχθούν με τη μετάβαση στην εν λόγω σειρά εκτέλεσης. Αυτές οι κατευθύνσεις χαρτογράφησης προκύπτουν από την τυποποίηση της συμπεριφοράς του miss-rate του Wavelet Transform σε συνάρτηση με τη χρονική τοπικότητα της χρήσης των δεδομένων. Επιπλέον, απεικονίζει την επίδραση της εγγενούς δυναμικής μέσα σε μια εφαρμογή, στη διερεύνηση της βέλτιστης σειράς εκτέλεσης του αλγορίθμου και στην εκμετάλλευση της χαρτογράφησης δεδομένων στην ιεραρχία της μνήμης της πλατφόρμας. Στις εφαρμογές που εξαρτώνται από δεδομένα, οι προσπελάσεις στη μνήμη δεν είναι προκαθορισμένες, αλλά εξαρτώνται από τις τιμές εισόδου. Συνεπώς, δεν είναι μόνο η απρόβλεπτη διαθεσιμότητα πόρων, αλλά και τα χαρακτηριστικά των δεδομένων εισόδου που καθορίζουν τις αποφάσεις επιλογής της βέλτιστης σειράς εκτέλεσης του αλγορίθμου στο πλαίσιο της ελάχιστης κατανάλωσης ενέργειας στη μνήμη.