135/155申請上海交通大學工學碩士學位論文基于CMMB電視手機的LCD背光功耗優化和實現學校代碼：10248作者姓名：趙景新學號：1080379191第一導師：王賡第二導師：李夏學科專業：軟件工程答辯日期：年月日上海交通大學軟件學院2011年4月

ADissertationSubmittedtoShanghaiforMasterDegreeofEngineeringImplementationandOptimizationofLCDLowPowerBacklightScalingBaseonCMMBTVMobileUniversityCode：10248Author：ZhaoJingxinStudentID:1080379191Mentor1：WangGengMentor2:LiXiaField：SoftwareEngineeringDateofOralDefense：SchoolShanghaiApr.2011

上海交通大學學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中差不多注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體差不多發表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日

上海交通大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，同意論文被查閱和借閱。本人授權上海交通大學能夠將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，能夠采納影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在年解密后適用本授權書。本學位論文屬于不保密□。（請在以上方框內打“√”）學位論文作者簽名：指導教師簽名：日期：年月日日期：年月日CMMB電視手機LCD背光功耗優化和實現摘要CMMB（ChinaMobileMultimediaBroadcasting）電視手機的電池續航能力不足，成為其進展的瓶頸。研究表明當前60%以上手機使用的是TFT-LCD（ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay）顯示屏，手機顯示系統的功耗幾乎占其整體功耗的50%，是阻礙CMMB手機續航能力最要緊因素。實驗表明降低TFT-LCD背光的亮度能夠減少手機顯示系統的功耗，從而節約CMMB手機播放電視節目時的功耗，然而假如降低LCD背光的亮度，圖像顯示質量就會受到嚴峻的阻礙。論文要緊研究在不阻礙CMMB數字電視播放圖像質量的前提下，通過降低背光功耗，從而節約整機功耗，延長電池續航能力。論文提出一種新型的密度直方圖（DensityHistogram）圖像分析方法和基于密度直方圖的動態背光操縱算法，此算法幸免圖像播放顯示時候出現的大面積像素飽和現象，保留圖像顯示的細節，使功耗降低和圖像質量之間達到良好的平衡。論文采納Gamma補償方法來代替線性的亮度補償方法，更好地還原圖像顯示質量，保證LCD背光亮度降低時CMMB數字電視播放的圖像質量可不能下降。論文要緊開展以下工作：（1）論文以基于SC6600V芯片的CMMB數字電視手機為研究對象，對CMMB手機編碼過程及手機LCD顯示系統進行研究。（2）在節約手機背光功耗方面，論文分析標準動態背光操縱算法的不足，提出一種新型的密度直方圖圖像分析方法和基于該密度直方圖的動態背光操縱算法。（3）在圖像顯示增強技術方面，論文分析線性亮度補償算法的不足，提出Gamma補償方法，增強圖像顯示質量。（4）針對論文研究的動態背光操縱技術和圖像增強技術，在SC6600V芯片上進行軟硬件實現。并在Gamma補償方法的設計上，論文使用Gamma查表和線性擬合相結合的方法來代替Gamma曲線計算，從而節約LUT（LookUpTable）存儲單元，減少的內存空間。（5）最后對動態背光操縱和Gamma補償技術進行測試驗證。測試結果表明在CMMB數字電視播放時功耗可節約30%以上，證明論文所開展工作的正確性和實際應用價值。關鍵字CMMB電視，動態背光操縱，密度直方圖，Gamma補償DevelopmentofaLCDLowPowerBacklightScalingforCMMBMobilephoneABSTRACTThelackofCMMB(ChinaMobileMultimediaBroadcasting)mobilephone’sbatterylife,hasbecameitsdevelopmentbottleneck.Researchesshowthatmorethan60%ofmobilephonesuseTFT-LCD（ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay）intheirdisplaysystems.TheTFT-LCDbacklightpowerconsumptionaccountsforalmosthalfofthewhole,actingasthemaincauseleadingtothehighpowerconsumptionofmobilephones.ByloweringthebrightnessofTFT-LCDbacklightthusreducingthepowerconsumptionofmobiledisplaysystems,itcanhighlyextendthedurationofbattery.Butthatalsoexertsatremendousinfluenceonthedisplayquality.ThispaperisfocusingonextendingthedurationofbatterywithCMMBmobilephoneswhilemaintainingthehighdisplayqualitybyreducingthebacklightpowerconsumptionappropriatelyandeffectively.Thispaperpresentedanewtypeofdensityhistogramimageanalysisandanewdynamicbacklightcontrolbasedonthat.Thisnewalgorithmavoidingtheimagedistortionandkeepingthedetailsoftheimagedisplay,makingabetterbalancebetweenimagequalityandpowerconsumption.Asforimagedisplayenhancement,theGammacompensationtheoryisappliedtoreplacethestandardlinearbrightnesstheory,whichmanagestoreducethebacklightofLCDwithoutaffectingtheimagequality.Thedetails

ofpaperareasfollows:(1)ThispaperanalysedtheencodingprocessoftheCMMBandmobilephoneLCDdisplaysystemontheSC6600VCMMBmobilephone.(2)Comparedwiththedynamicbacklightcontrolwhichisroutinelyadoptedtoreduceitspowerconsumption,thispaperpresentedanewtypeofdensityhistogramimageanalysisandanewdynamicbacklightcontrolbasedonthat.(3)Asforimagedisplayenhancement,theGammacompensationtheoryisappliedtoreplacethestandardlinearbrightnesstheory,whichmanagestoreducethebacklightofLCDwithoutaffectingtheimagequality.(4)ExperimentsaredesignedbasedonthetheoriesmentionedaboveforSC6600Vchips.InthedesignofGammaCompensation,thispaperproposesaGammacorrectionmethodbycombininglook-uptableandstraightlinefittingtoreducetheLUT(LookUpTable),sothattoreducesizeofmemory.(5)ExperimentsaredesignedbasedonthetheoriesmentionedaboveforSC6600Vchips.Testsarepreciselyconductedandstrictlycontroled.Andtheresultsshowthatabout30%powersavingwasachiedvedwhenplayingCMMBTV,henceitgreatlyextendedthebatterylifeofmobilephones.Allthatservestoprovethepracticaluseofthispaper.KeywordsCMMBTV,Dynamicbacklightcontrol,Densityhistogram,Gammacompensation目錄摘要 VABSTRACT VI第一章 緒論 11.1研究背景與意義 11.2目前存在的問題 21.3國內外研究現狀 41.4研究內容與取得的成果 51.4.1論文的要緊工作 51.4.2論文的關鍵技術 61.4.3論文取得的成果 71.4.4創新點 71.5論文結構 8第二章 CMMB解碼及手機顯示系統研究 92.1CMMB系統架構 92.2CMMB編解碼研究 102.2.1CMMB信源編碼 102.2.2CMMB手機音視頻解碼 112.3TFT-LCD顯示原理 132.4手機顯示系統功耗研究 142.4.1手機LCD顯示系統研究 142.4.2手機LCD背光與功耗關系 152.5本章小結 18第三章 動態背光操縱 203.1數字圖像處理 203.1.1灰度直方圖 203.1.2Gamma校正 213.2動態背光操縱 253.2.1標準亮度補償算法 253.2.2圖像失真分析 263.2.3亮度增益系數 273.2.4動態背光操縱的流程 283.3動態背光操縱技術優化 293.3.1標準亮度補償技術存在的不足 293.3.2基于密度直方圖的背光操縱算法 303.3.3基于密度直方圖的亮度增益系數 323.3.4基于密度直方圖的圖像失真分析 343.3.5基于密度直方圖的背光操縱流程 343.3.6背光操縱算法比較 353.4圖像增強技術 363.4.1Gamma補償與線性亮度補償 363.4.2Gamma補償的圖像增強技術 373.5本章小結 40第四章 動態背光操縱的設計與實現 414.1CMMB解碼芯片SC6600V 414.2SC6600V電視手機架構 424.3SC6600V芯片研究 434.3.1芯片架構 434.3.2芯片CMMB解碼 444.3.3芯片Video解碼 454.3.4芯片LCDC架構 464.4動態背光操縱的實現 474.4.1動態背光操縱系統架構 494.4.2直方圖統計模塊設計 514.4.3動態背光等級計算模塊設計 554.4.4Gamma補償模塊設計 574.5本章小結 63第五章 動態背光操縱測試與驗證 645.1Matlab模擬仿真 645.1.1模擬仿真環境 645.1.2模擬仿真結果 645.2實驗儀器測試 655.2.1測試環境 655.2.2測試結果 675.3測試結論 685.4本章小結 68第六章 結論 696.1工作總結 696.2以后工作 70參考文獻 71致謝 75攻讀碩士學位期間已發表或錄用的學術論文 76緒論目前CMMB數字電視手機差不多越來越普及，人們通過手機長時刻觀看CMMB電視節目，會給手機電池續航能力帶來嚴峻的考驗。如何延長電池的續航能力，節約數字電視播放的功耗，是當前迫切要解決的問題。論文要緊研究CMMB數字電視播放時的功耗問題，對CMMB解碼及手機的顯示系統進行研究。分析目前國內外研究的現狀，深入探討動態背光亮度操縱技術和圖像增強技術，并對其進行優化，解決在不降低CMMB數字電視播放圖像質量的前提下，節約CMMB數字電視播放功耗的核心問題，延長CMMB數字電視手機的電池續航能力。研究背景與意義中國移動多媒體廣播（ChinaMobileMultimediaBroadcasting）（簡稱CMMB）是我國自主研發的第一套面向手機、PDA、MP3、MP4等移動終端的數字電視廣播標準[1]。2006年10月24日，國家廣電總局正式頒布了中國移動多媒體廣播（俗稱手機電視）行業標準[2]。目前網絡電視是采納網絡實現數據雙向傳遞的運行方式，隨著信息量猛增會給網絡承載帶來巨大壓力。CMMB是一種單向無線廣播，無需占用網路帶寬，因此CMMB和移動運營商就能夠實現優勢互補，目前CMMB與TD-SCDMA實行捆綁，隨著3G無線通信的快速進展，CMMB數字電視手機越來越普及。手機增加多媒體CMMB數字電視的功能，人們長時刻點亮手機屏幕觀看CMMB數字電視節目，享受娛樂的同時也嚴峻縮短了CMMB手機的待機時刻。待機時刻的縮短，無疑讓CMMB數字電視手機的推寬敞打折扣。目前電池技術的進展緩慢，嚴峻落后于終端設備的進展，因此在CMMB數字電視日趨流行的今天，研究節約CMMB數字電視手機在播放電視節目時的功耗，延長手機待機時刻具有相當大的意義。CMMB數字電視手機是嵌入式通信設備和數字視頻播放器的組合，手機使用的是嵌入式RISCCPU和SDRAM（SynchronousDynamicRandomAccessMemory）作為內存系統，得益于當前CPU、內存系統的技術改進和進展，使得嵌入式設備待機功耗得以延長[3]。在過去的文獻針對嵌入式設備的功耗研究中，節能技術的重點是減少CPU運算[4]，互聯總線[5]和SDRAM內存系統[6]的功耗，這些軟件和硬件技術已廣泛被引入，以減少設備電源的消耗。但關于嵌入式設備的顯示系統功耗的研究相對較少。研究表明當前60%以上手機使用TFT-LCD顯示屏，TFT-LCD本身不發光，需要背光源才能讓圖像顯示。在手持嵌入式設備中，假如設備的TFT-LCD顯示屏關閉的時候，設備在待機狀態或者運行某些程序時，功耗節約能達到特不行的效果，但只要顯示屏被點亮，手持嵌入式設備的功耗立即提高。特不是視頻播放的時候，如CMMB數字電視播放時手機顯示系統的功耗幾乎占其整體功耗的50%，是阻礙CMMB手機續航能力最要緊因素。隨著目前手持嵌入式設備的液晶顯示屏越來越大，消費者更傾向于購買大液晶屏的終端設備，因此嵌入式顯示系統的功耗也越來越引起人們的關注。目前存在的問題針對CMMB數字電視手機顯示系統的研究，論文首先探討目前手持嵌入式視頻播放器的顯示屏類型。目前市面上大部分的手機使用的是LCD液晶顯示屏，而彩色LCD液晶顯示屏，因為LCD的品質和研發技術不同而有所差異，其要緊種類大致有TFT、TFD、UFB、STN、OLED、UFS、LTPS和CGS等等。和其它顯示屏相比，TFT-LCD的性能優良、大規模生產特性好、自動化程度高和原材料成本低廉，因此幾乎60%手機使用TFT-LCD作為顯示屏。論文研究重點是以TFT-LCD作為顯示屏的CMMB數字電視手機。依照DisplaySearch的QuarterlyMobilePhoneShipmentandForecastReport報告顯示目前小屏幕LCD市場的占有率如圖1-1所示，其中TFT-LCD達59.2%。TFTTFT圖1SEQ圖\*ARABIC\s11.手機LCD液晶顯示屏的市場占有率Fig.1-1MarketshareofmobilephoneLCDTFT-LCD每個液晶像素點差不多上由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動，從而能夠做到高速度、高亮度和高對比度顯示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色顯示設備之一，其效果接近CRT顯示屏，是現在主流顯示設備。但TFT-LCD本身不發光，依靠背光源才能顯示圖像，其缺點是比較耗電。隨著多媒體應用的迅速進展，針對手機的用戶體驗差不多發生顯著變化。特不是CMMB數字電視手機的誕生，手機用戶更加注重的是手機的電視娛樂功能。這種進展趨勢產生兩種重大阻礙：（1）設備的顯示屏尺寸和分辨率不斷提高，以滿足用戶對多媒體視頻娛樂的需求。（2）手機在享受視頻娛樂時，其LCD顯示系統一直在工作狀態。例如在觀看CMMB數字電視節目時，必須保持LCD顯示屏在點亮狀態。以TFT-LCD為例，TFT-LCD自身是不能發光的，需要背光源才能讓圖像顯示。目前常用的背光源是CCFL（ColdCathodeFluorescentLamp，冷陰極熒光燈）和LED（LightEmittingDiode，發光二極管）。以CCFL背光源為例，在SmartBadge系統中，當系統運行和待機時，CCFL的功耗分不占其系統總功耗的28.6％和50％[7]。以LED作為背光源，TFT-LCD液晶顯示屏的尺寸越來越大，使用的LED數量越多。例如QCIF大小的TFT-LCD顯示屏，背光源至少需要2顆LED。現在比較普遍的3.5寸WQVGA大小的TFT-LCD液晶顯示屏，背光源就需要6顆LED。背光LED數量不斷增加，導致LED驅動功率越來越高。一個典型的3.5寸TFT-LCD液晶屏的CMMB電視手機，需要6顆白光LED組成TFT-LCD背光源，每顆LED驅動電壓為3.5V，最大電流為20mA。當手機播放CMMB電視節目時，LED背光最大的功耗達到420mW，是一個耗電量專門大的部件。手機系統總功耗一般為900mW，也確實是講TFT-LCD液晶顯示屏中的LED背光消耗的功率占到系統總功率的50%左右。假如考慮TFT-LCD面板功耗及整個顯示系統，包括操縱電路和幀緩存（framebuffer）等，那么手機顯示系統的功耗占據手機系統總功耗的比重就更大。當前市場上大多數手機使用的是高性能的鋰離子電池，電池一般容量為850mAH~1500mAH。以容量為1500mAH鋰電池為例，手機的工作電壓為3.7V，關于3.5寸TFT-LCD液晶屏的手機，在播放CMMB節目電視時系統總功耗約為900mW，那么手機只能連續播放6小時CMMB電視節目。假如播放CMMB數字電視的功耗不得到解決，會嚴峻阻礙CMMB電視手機的推廣和銷售。因此關于CMMB數字電視手機，如何節約功耗是特不重要和關鍵。針對TFT-LCD液晶顯示屏，占功耗最大部分是LED背光源。假如降低LED背光源的功耗，能夠延長電池使用壽命，特不關于CMMB數字電視手機而言，降低播放CMMB電視節目時的功耗具有重要阻礙。在播放CMMB電視節目的時候，通過簡單的降低背光亮度，能夠節約系統功耗。然而背光亮度降低后，顯示圖像的亮度都會受到阻礙，導致圖像失真。如何不降低CMMB圖像播放質量的基礎上，通過有效降低背光功耗的方法來節約整機功耗，這是目前研究的難題。國內外研究現狀針對多媒體手機顯示系統功耗問題，國內外分不從LCD液晶屏原材料和顯示操縱技術等兩方面進行研究。關于LCD液晶屏原材料的研究，即開發一種能夠代替TFT-LCD更省電的LCD顯示屏。近年來，有機發光顯示屏（OrganicLightEmittingDisplay）（簡稱OLED），憑借其自發光、廣視角、反應時刻快、發光效率高、工作電壓低、面板厚度薄、可制作大尺寸與可彎曲式面板等優先，使其越來越受到關注[8][9]。特不是AMOLED（ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode）的研發出現，能夠更有效降低嵌入式設備的顯示系統功耗。目前聯想的樂phone3GW100手機和三星的i8000手機等采納的是AMOLED顯示屏。AMOLED是有源矩陣有機發光二極風光板，不管在\o"畫質"畫質、功耗及成本上，表現都比TFT-LCD好專門多。特不是AMOLED具自發光的特色，不需使用背光源，因此更省電。AMOLED耗電量大約僅有TFT-LCD的60%，但目前AMOLED最大的問題是產品的不良率，導致AMOLED\o"價格"價格比TFT-LCD價格的高出50%。這是目前AMOLED難以普及，難以代替TFT-LCD的全然緣故。在顯示操縱技術方面，目前更多的研究在調整顯示屏的背光源上，因為背光源是最大的能量消耗者。這些技術包括：（1）改善背光源的驅動電路，依照LED的連接方式進行串并交錯放置，使得LED發光更有效[10]，從而節約背光功耗。但這種方法只是用于需要LED較多的大屏幕的LCD電視，不適用于LED只有3~6顆的小屏幕手機。改變LED連接方式，優化背光驅動電路，對改善手機整體功耗無法起到關鍵性的作用。（2）動態背光亮度調節（DynamicBacklightLuminanceScaling）（簡稱DLS），依照圖像灰度直方圖的信息，在降低圖像顯示的背光亮度后，采納亮度補償、圖像增強等技術對圖像進行亮度補償[11]。這種技術能降低整個顯示系統的功耗，然而在圖像失真度計算時，這種技術沒有考慮亮度溢出點對失真度的阻礙，會嚴峻造成圖像色彩的飽和。（3）并行亮度和對比度調節（ConcurrentBrightnessandContrastScaling）（簡稱CBCS），通過調節背光亮度和亮度的補償系數來保證圖像對比度[12]。這種技術只針對靜態顯示的圖像，不適用于圖像連續播放變化的環境，因此不適用于CMMB數字電視手機。（4）圖像質量自適應背光調節（QualityadaptiveBacklightScaling）（簡稱QABS），依照圖像的失真度動態調節背光[13]；HVS-DBS（HumanVisualSystemDynamicBacklightScaling），依照人眼對圖像對比度更為敏感，提出在低背光下提高圖像對比度，來彌補背光降低帶來圖像顯示質量的下降[14][15]。這些技術沒有考慮到圖像像素亮度分布情況，假如亮度值較高的像素點分布過于集中，進行背光調節后，會造成圖像部分區域像素的失真。而使用線性亮度補償的方法，會導致亮度值較高的像素飽和，導致圖像失真，丟失圖像的細節。（5）HEBS（HistogramEqualizationforBacklightScaling）技術，使用灰度直方圖均衡化的技術來調節背光亮度[16]。該技術以灰度直方圖的均衡化為基礎，從圖像全局角度對灰度直方圖進行調整。該技術沒有考慮到圖像像素的局部信息，進行背光調節后，會造成圖像部分區域像素的失真。其它文獻針對動態背光亮度調節與亮度補償技術中，同樣沒有考慮到圖像像素灰度分布的空間信息，亮度補償后會導致圖像局部的失真，丟失圖像顯示的細節，阻礙圖像顯示質量[17-21]。綜上所述針對顯示系統功耗調節上，目前的研究存在以下不足之處：（1）只調整背光，不補償圖像，從而導致圖像顯示較暗，顯示圖像的質量專門差。因為不進行圖像補償，不能大幅降低背光亮度，節能的程度有限。（2）側重于進行顯示圖像的全局分析，并對其進行背光亮度操縱，不進行圖像的局部或像素空間分布的分析，導致某些圖像，進行背光亮度操縱后，圖像顯示局部失真。（3）調整LCD背光亮度同時對圖像進行亮度補償，但會導致圖像顯示的失真，如丟失圖像顯示細節，導致圖像顯示質量下降。因此針對CMMB數字電視手機，研究一種高效的動態背光操縱技術和圖像增強技術，解決CMMB數字電視在播放電視節目過程中，在不阻礙電視圖像顯示的質量前提下，又能降低背光顯示的功耗，有著重要的研究意義。研究內容與取得的成果論文的要緊工作論文的要緊工作包括：（1）對我國自主研發的CMMB數字電視的編解碼技術進行研究，探討CMMB數字電視編解碼原理及解碼后數據處理和圖像顯示過程。針對這方面的研究目的為了分析CMMB數字電視解碼后，如何對數據進行統計和計算，以便更好地進行數據顯示，達到節約功耗和增強圖像顯示的效果。（2）對手機LCD顯示系統進行整體研究。探討TFT-LCD顯示原理和背光系統，研究手機LCD透光率，背光亮度及功耗的關系。針對這方面的研究目的是為了分析LCD背光與功耗的關系，以便研究有效的方案來降低手機背光亮度，從而節約手機整體的功耗。（3）對動態背光亮度調節技術和亮度補償算法進行分析和研究。探討標準的動態背光操縱技術和亮度背光補償算法不足之處，在此基礎上研究和改進，提出一種新型的密度直方圖圖像分析方法和基于密度直方圖的動態背光操縱算法，此算法不但有效節約顯示系統的功耗，而且可不能造成圖像大面積的飽和失真。（4）對圖像增強技術的分析和研究。探討線性的亮度增強技術不足之處，研究基于Gamma補償方法的圖像增強技術。基于Gamma補償的圖像增強技術，不但彌補了由于背光亮度降低帶來的圖像顯示質量下降，而且增強圖像的顯示效果。（5）對CMMB數字電視芯片SC6600V進行分析和研究。針對芯片現有的架構、CMMB解碼流程和LCDC顯示的流程進行探討，并在此芯片上進行軟硬件設計，實現動態背光操縱算法和Gamma補償圖像增強技術。在設計方面，為了適應嵌入式芯片計算的特點，進一步對背光操縱算法進行優化。在Gamma補償方法的設計上，論文使用Gamma查表和線性擬合相結合的方法來代替Gamma曲線計算，從而節約LUT存儲單元，減少的內存空間。（6）對動態背光操縱技術和Gamma補償技術進行測試和驗證，驗證論文所優化的算法和技術的可行性，證明論文所開展工作的正確性和實際應用價值。論文的關鍵技術論文的關鍵技術包括：（1）CMMB編解碼技術CMMB采納具有自主知識產權的移動多媒體廣播電視技術，移動多媒體廣播系統涵蓋了信源、復用、信道、衛星、擴展業務、終端等各方面的技術。信源壓縮是要緊包括視頻壓縮編碼與音頻壓縮編碼。視頻壓縮編碼采納AVS（AudioVideocodingStandard）標準和H.264標準，音頻壓縮編碼采納DRA（DigitalRiseAudio）標準和AAC（AdvancedAudioCoding）標準。實際目前CMMB系統使用的是H.264，然而標準同時支持H.264和AVS。論文將會針對CMMB視頻格式H.264和AVS解碼技術進行研究。（2）灰度直方圖分析技術灰度直方圖是圖像像素亮度（灰度）值的函數，表示圖像中具有每種亮度等級的像素的個數，反映圖像中每種亮度出現的頻率。灰度直方圖是圖像處理技術的基礎。通過對圖像的灰度直方圖進行分析和統計，能夠方便對圖像亮度、對比度等進行處理和優化。論文中的動態背光亮度調節及Gamma補償等技術，差不多上基于圖像灰度直方圖的分析和統計。（3）動態背光亮度調節技術分析圖像的灰度直方圖，在降低顯示屏的背光亮度后，采納亮度補償、圖像增強等技術對圖像進行優化處理。動態背光亮度調節技術是本論文研究的重點，通過對動態背光亮度調節算法進行優化，能有效降低CMMB數字電視手機播放時候的功耗。（4）圖像增強技術與Gamma補償圖像增強技術，確實是針對輸入的圖像進行調整，如增加亮度、增強對比度等，改善圖像顯示的視覺效果。在圖像增強技術中，論文對輸入圖像的灰度值進行調整，讓輸出的灰度值達到某個設定的級不，改善圖像的顯示效果。Gamma補償是圖像增強技術的一種。通過Gamma補償調整，不但能提高圖像的亮度，而且能增強圖像的顯示效果。圖像中高亮度的像素通過Gamma補償調節后不容易產生圖像像素的飽和，保證圖像顯示質量。論文取得的成果論文取得的成果包括：（1）通過動態背光亮度調節算法的研究和分析，提出一種新型的密度直方圖圖像分析方法和基于密度直方圖的動態背光操縱算法，以降低CMMB數字電視播放時的背光功耗。（2）通過對圖像增強技術的研究，使用Gamma補償來保持圖像顯示的質量而且增強圖像顯示的效果。（3）對Gamma曲線計算方法進行優化，使用Gamma查表和線性擬合相結合的方法來代替Gamma曲線計算，從而節約LUT存儲單元，減少的內存空間。（4）在CMMB數字電視解碼芯片（SC6600V）原架構上進行軟硬件設計，實現論文的研究成果。通過測試驗證，在CMMB數字電視播放的時候，能夠節約功耗30%以上，驗證論文所優化的算法和技術的可行性。創新點論文的創新點包括：（1）優化標準動態背光操縱算法，提出一種新型的密度直方圖圖像分析方法和基于密度直方圖的動態背光操縱算法。動態背光亮度調節算法，側重于進行顯示圖像的全局分析，假如圖像灰度值較高的像素分布過于集中，進行背光調節后，會造成圖像部分區域像素的失真。密度直方圖分析的是灰度統計信息和灰度空間分布信息，能夠更好地反映圖像的灰度分布。相關于現有的動態背光調整方法，基于密度直方圖的動態背光亮度調節算法在有效降低背光亮度的同時，能夠更好地保證圖像的顯示效果。（2）Gamma曲線計算方法改進。在Gamma補償方法的設計方面，使用Gamma查表和線性擬合相結合的方法來代替Gamma曲線計算，節約LUT存儲單元，減少的內存空間。論文結構論文剩余部分的結構組織如下：第二章對CMMB數字電視進行研究及CMMB數字電視解碼技術進行闡述。分析手機的LCD顯示系統和結構，針對CMMB解碼后的圖像顯示系統進行研究。第三章研究和分析動態背光操縱技術，提出一種新型的密度直方圖圖像分析方法和基于密度直方圖的動態背光操縱算法，在圖像增強技術方面，使用Gamma補償技術來代替線性的亮度補償技術。第四章研究CMMB數字電視解碼芯片SC6600V，闡述手機電視的整體架構，并基于此芯片上實現和優化動態背光亮度操縱和Gamma補償技術。第五章對動態背光操縱技術和圖像補償技術進行測試和驗證。第六章對全文進行總結并展望本課題的以后工作。CMMB解碼及手機顯示系統研究論文要緊研究對象是CMMB數字電視手機，解決CMMB數字電視播放電視節目過程中，不但不阻礙電視圖像顯示的質量，而且能降低手機顯示系統功耗的技術問題。要分析和解決那個問題，需要論文先對CMMB解碼和手機的顯示系統進行研究。本章要緊分析CMMB系統架構，闡述CMMB復用技術和CMMB編解碼技術，重點研究CMMB視頻解碼過程，對TFT-LCD的顯示原理及手機的顯示系統進行分析，探討手機LCD背光與功耗關系。為下一章節改進CMMB數字電視手機播放功耗奠定技術基礎。CMMB系統架構中國移動多媒體廣播（CMMB）的要緊特點[22]：（1）可提供數字廣播電視節目、綜合信息和緊急廣播服務，實現衛星傳輸與地面網絡相結合的無縫協同覆蓋，支持公共服務。（2）支持手機、PDA、MP3、MP4、數碼相機、筆記本電腦以及在汽車、火車、輪船、飛機上的小型接收終端，接收視頻、音頻、數據等多媒體業務。（3）采納具有自主知識產權的移動多媒體廣播電視技術，系統可運營、可維護、可治理，具備廣播式、雙向式服務功能，可依照運營要求逐步擴展。（4）支持中央和地點相結合的運營體系，具備加密授權操縱治理體系，支持統一標準和統一運營，支持用戶全國漫游。（5）系統安全可靠，具有安全防范能力，具有良好的可擴展性，能夠適應移動多媒體廣播電視技術和業務的進展要求。CMMB采納“天地一體”的技術體系，即利用大功率S波段衛星覆蓋全國100%國土、利用地面覆蓋網絡進行都市人口密集區域有效覆蓋、利用雙向回傳通道實現交互，形成單向廣播和雙向互動相結合、中央和地點相結合的無縫覆蓋的系統[23]。CMMB的總體構成如圖2-1所示。在那個體系中包括：衛星廣播、地面廣播、廣播業務地面操縱、移動終端、移動接入網。其核心技術采納的是StiMi（SattelliteTerrestrialinteractiveMulti-serviceinfrastructure）傳輸技術。在CMMB的系統構成中，CMMB信號要緊由S波段衛星覆蓋網絡和U波段地面覆蓋網絡實現信號覆蓋。S波段衛星網絡廣播信道用于直接接收，Ku波段上行，S波段下行；分發信道用于地面增補轉發接收，Ku波段上行，Ku波段下行，由地面增補網絡轉發器轉為S波段發送到CMMB終端。為實現都市人口密集區域移動多媒體廣播電視信號的有效覆蓋，采納U波段地面無線發射構建都市U波段地面覆蓋網絡[24]。圖2SEQ圖\*ARABIC\s11.移動多媒體廣播電視總體構成[24]Fig.2-1ArchitectureofCMMBCMMB是數字電視技術的一種，采納先進的編碼、壓縮、調制等數字技術，專為7寸以下小尺寸屏幕便攜接收終端提供廣播電視節目服務，具有移動接收、高效省電等傳統數字電視所不具備的技術特點。目前國外手機電視技術要緊有美國的MediaFLO、歐洲的DVB-H、韓國的T-DMB等。和這些技術相比，CMMB圖像清晰流暢、組網方便靈活、支持多種業務，具有自主知識產權，多項技術達到國際先進水平。從CMMB的架構和要緊特點能夠得知，CMMB是一種單向無線傳播，無需占用網路帶寬。而當前移動運營商流媒體模式是一種通過網絡實現數據雙向傳遞的運行方式，這種流媒體方式受到網絡帶寬的阻礙。新一代多媒體、影像傳輸、網絡電視等信息量猛增使得帶寬成為嚴峻的瓶頸，給網絡承載帶來巨大壓力。然而CMMB不存在如此的問題，是3G無線通信多媒體模式的必要補充。CMMB編解碼研究CMMB信源編碼CMMB信源編碼系統采納低碼率、高效率的音視頻壓縮編碼，輸出碼流遵循RTP（Real-timeTransportProtocol）協議，實現與復用系統的連接。圖22.CMMB音視頻編碼及邏輯框圖[25]Fig.2-2AudioandvideoencodediagramofCMMB如圖2-2所示，信源壓縮部分接收音視頻源的數據，通過壓縮編碼處理輸出到復用部分。信源壓縮系統具備音視頻預處理、視頻壓縮、音頻壓縮、RTP封裝等功能。移動多媒體廣播系統音視頻業務分為電視廣播業務和聲音廣播業務，移動多媒體廣播系統信源視頻、音頻壓縮編碼標準選用為：（1）電視廣播業務中，視頻壓縮編碼采納AVS標準、H.264標準，音頻壓縮編碼采納DRA標準、AAC標準。（2）聲音廣播業務中，音頻壓縮編碼采納DRA標準[25]。CMMB手機音視頻解碼CMMB數字電視手機其CMMB接收器包括：CMMB射頻調諧器（CMMBRFTuner）、CMMB基帶信號解調模塊（CMMBDemodulator）、CMMB解復用模塊（CMMBDemux）、音頻解碼器（AudioDecoder）和視頻解碼器（VideoDecoder）。圖23.CMMB終端音視頻解碼過程Fig.2-3AudioandvideodecodedatapathofCMMBCMMB射頻調諧器，負責接收CMMB無線信號，并對信號選取放大。CMMB基帶信號解調模塊，負責對CMMB載波解調，在完成物理信道同步后，將得到的CMMB業務復用幀數據。CMMB解復用模塊，負責對CMMB業務復用幀的解復用，將視頻數據傳送到視頻解碼器進行解碼，將音頻數據傳送到音頻解碼器進行解碼。音頻解碼器，負責對CMMB解復用后的音頻數據進行解碼。視頻解碼器，負責對CMMB解復用后的視頻數據進行解碼。CMMB終端音視頻解碼過程如圖2-3所示。CMMB終端音視頻解碼過程：首先天線將接收到的數字電視信號通過CMMB射頻調諧器（CMMBRFTuner）選取放大后送入CMMB基帶信號解調模塊（CMMBDemodulator），CMMB基帶信號解調模塊將載波解調后，將數字信息送入CMMB解復用模塊（CMMBDemux）。解復用模塊對CMMB復用幀進行解復用后，將視頻數據將送視頻解碼器進行解碼，將音頻數據送給音頻解碼器進行解碼。音頻解碼器（AudioDecoder）對音頻進行解碼，把解碼后的音頻數據輸出給揚聲器(Speaker)播放。視頻解碼器（VideoDecoder）對視頻進行解碼，把解碼后的視頻數據送給LCD操縱器（LCDController），LCD操縱器把數據輸出給LCD進行視頻圖像的顯示播放。CMMB視頻壓縮標準是AVS和H.264，因此CMMB數據通過解復用模塊處理完畢后輸出的視頻數據為AVS或H.264。H.264和AVS視頻編解碼標準差不多上基于混合視頻編解碼框架，要緊包含以下5個模塊：熵編碼/熵解碼、變換/反變換、量化/反量化、幀內預測、幀間預測和環路濾波。H.264和AVS視頻的解碼過程確實是從比特流中解出頭信息，產生預測塊，再通過熵解碼得到的量化系數經反量化、反變換得到殘差塊相加后，再進行視頻幀的補償和重構。H.264/AVS幀間預測使用基于塊的運動矢量來消除圖像間的冗余，幀內預測使用空間預測模式來消除圖像內的冗余。這種利用了時刻冗余和空間冗余進行編碼的方式決定了解碼過程通常由兩條途徑組成：對預測視頻塊的解碼和對編碼殘差塊的解碼。H.264/AVS視頻解碼器與其它混合視頻解碼器有共同的特性，包括輸入比特流的緩沖、熵解碼、運動補償預測、反掃描、反量化和反變換等[26][27]。解碼器結構如圖2-4所示。圖24.視頻解碼流程Fig.2-4Videodecodedatapath解碼分為幾個層次，依次為圖像頭解碼，幀層解碼，宏塊層解碼，塊解碼，數據后處理等幾部分組成。其具體解碼過程如下：首先對熵編碼比特流進行分析和解碼，通過熵解碼得到圖像數據，將得到的圖像數據逆掃描得到量化系數，量化系數通過反量化和反變換得到殘差系數，殘差系數加上預測的結果得到重構數據，再通過環路濾波去塊效應，最終得到YUV解碼數據流。解碼得到的YUV數據傳送給手機LCDC模塊進行處理和顯示。TFT-LCD顯示原理TFT-LCD技術是微電子技術和LCD技術巧妙結合的高新技術。人們利用微電子精細加工技術和Si材料處理技術，來開發大面積玻璃板上生長Si材料和TFT平面陣列的工藝技術。TFT-LCD即薄膜場效應晶體管LCD，是有源矩陣類型液晶顯示屏中的一種。TFT-LCD的要緊特點是為每個像素配置一個半導體開關器件。由于每個像素都能夠通過點脈沖直接操縱。因此每個節點都相對獨立，并能夠進行連續操縱。如此的設計方法不僅提高了顯示屏的反應速度，同時也能夠精確操縱顯示灰度，這確實是TFT色彩較為逼確實緣故。圖25.彩色TFT-LCD模塊的截面圖[28]Fig.2-5SetionofcolorTFT-LCDmodule如圖2-5所示，TFT液晶屏的差不多結構為上下兩片偏振膜中間夾住一層液晶。上層偏振膜貼上色彩濾光片，下層TFT基板上制作薄膜晶體管（TFT）。TFT的顯示采納“背透式”照耀方式，光源路徑從下向上，由于液晶是不發光的，因此液晶的背部設置專門背光源，光源照耀時通過下偏振膜向上透出。液晶上下兩個偏振膜的偏振方向是相互垂直的，當液晶兩端沒有施加電壓時，光線會因為液晶將之旋轉90度的極性，導致光無法透過液晶屏，現在看到液晶屏是暗黑的。當液晶兩端施加一定的電壓時，液晶分子就會產生扭轉，使得透過下層偏振膜的光發生偏轉，光的振動方向不完全垂直于上層的偏振膜，導致一部分光透過上層偏振膜，現在能夠看到光亮。依照液晶兩端施加不同的電壓，透過光的強度不同，看到的亮度也不一樣。上層偏振膜加上色彩濾光片，分只是濾紅、藍、綠三原色，則液晶能夠顯示色彩圖像[28]。由于TFT-LCD面板本身并不發光，因此需要背光源，液晶顯示屏就必須加上一個背光板，來提供一個高亮度而且亮度分布均勻的光源。目前的常用背光源是CCFL和LED。（1）CCFL背光源

冷陰極熒光燈管，CCFL通過氣體放電現象采把電能轉化為光能。冷陰極熒光燈管在玻璃管內封入惰性氣體Ne+Ar混合氣體，其中含有微量水銀蒸氣，并于玻璃內壁涂布熒光體，在二電極間加上高壓高頻電場，則水銀蒸氣在此電場內被激發即產生釋能發光效應，放出波長253.7nm的紫外線光，而內壁的熒光體原子則因紫外線激發而提升其能階，當原子返回原低能階時放射出可見光。現在大部分面積較大的LCD顯示屏（如LCD電視）都使用CCFL背光。（2）LED背光發光二極管，LED是利用半導體的P-N然電致發光原理制成的一種半導體發光器件。LED背光是指用LED作為液晶顯示屏的背光源。和傳統的CCFL背光源相比，LED具有低功耗、低發熱量、亮度高、壽命長等特點。目前市面上小屏幕的液晶屏，如手機、掌上電腦及多媒體移動設備使用的液晶屏，廣泛采納白光LED作為背光。例如在手機液晶屏中，通常采納3~6顆白光LED作為背光源。而大型液晶屏，如筆記本、電腦顯示屏、液晶電視等目前還大多采納CCFL作為背光。然而這種CCFL存在著缺點是亮度不夠、壽命太短和含有水銀等有害物質，因此目前CCFL背光正逐漸被LED背光所代替。論文研究對象是小屏幕（TFT-LCD）的手機，以LED作為背光源的LCD顯示系統。手機顯示系統功耗研究手機LCD顯示系統研究手機TFT-LCD顯示系統包括LCD操縱器、LCD驅動器和LCD背光驅動器。論文以海信N51手機為例，研究手機LCD顯示系統。海信N51手機，采納2.4英寸的26萬色TFT-LCD顯示屏，分辨率達到主流的（240x320）QVGA水平。海信N51手機的LCD操縱器集成在基帶芯片SC8800S上，LCD液晶屏的驅動器為奕力科技公司的ILI9325LCD驅動芯片，而LCD背光驅動器使用的是Analogic公司的AAT3155LED驅動芯片。LCD顯示系統架構如圖2-6。圖26.TFT-LCD顯示系統架構Fig.2-6ArchitectureofdisplaysystemLCD操縱器（LCDC）要緊通過操縱顯示的數據、命令和參數的傳輸來實現LCD的操縱功能。從另一角度來講，LCD操縱器在嵌入式系統中的功能如同顯卡在計算機中所起到的作用。LCD操縱器負責把顯存中的LCD圖形數據傳輸到LCD驅動器（LCDdriver）上，并產生必須的LCD操縱信號，從而操縱和完成圖形的顯示、翻轉、疊加和縮放等一系列復雜的圖形顯示功能。LCD驅動器則只負責把CPU發送的圖像數據在LCD顯示出來，可不能對圖像做任何的處理。海信N51手機LCD顯示系統中使用白光LED作為背光源，背光驅動器即LED驅動芯片（LEDdriver）要緊負責對輸出電流的操縱，以操縱LED發光的明亮度，即操縱LCD背光的明亮度。手機LCD背光與功耗關系TFT-LCD背光系統架構。海信N51手機的LCD背光驅動芯片，即LED驅動芯片使用的是Analogic公司的AAT3155。AAT3155芯片的特點是單總線操縱輸出電流、16級輸出電流可調、可作為2.4英寸的TFT-LCD液晶屏的背光驅動芯片。AAT3155芯片鏈接4個白光LED作為TFT-LCD面板的背光源。AAT3155芯片與LED的鏈接示意圖如圖2-7。圖27.AAT3155芯片與LED連接示意圖[29]Fig.2-7ChipandLEDconnectiondiagramAnalogic公司的AAT3155LED驅動芯片能夠操縱16電流等級的設定，設定不同的電流等級，能夠調節不同的背光明亮度。16等級的背光亮度，對應的輸出電流設定如表格2-1。表格STYLEREF1\s21.電流等級設定表[29]Table2-1CurrentlevelsettingtableLevelOutput

(mA/Ch)LevelOutput

(mA/Ch)10.0596.0020.10107.0030.50118.6041.001210.0052.801312.0063.401414.0074.201517.0085.001620.00由表格2-1能夠得知，背光亮度等級越高，需要的電流數越大。海信N51手機的背光單元，LED的電氣規格參數如表格2-2。表格STYLEREF1\s22.背光單元的電氣規格參數表Table2-2ElectricalspecificationofbacklightunitItemSymbolTyp.Max.UnitNotesCurrentIF1520mA每顆LED的電流ForwardVoltageVF3.33.5V每顆LED的電壓PowerConsumptionPWF198280mW整個背光單元的功耗(4顆LED)由表格2-2能夠得知，假如只計算LED背光單元的功耗，其最大能夠消耗80mA（20*4=80mA），即功耗最大達到280mW。（2）TFT-LCD背光功耗。TFT-LCD液晶顯示屏的功耗與液晶的透射率有緊密的關系。透射率與顯示像素的灰度值有關，灰度值越大，從液晶屏透過的光越多，透射率越大[30]。LCD液晶顯示屏的作用就像一個透鏡一樣，人眼感受到的色彩和明亮度是背光通過屏幕透射之后到達人眼的部分。屏幕的透射率是由屏上的各個像素的值決定的，這些像素不僅決定了圖像的色彩，而且決定了圖像的明亮度（屏蔽掉部分色彩也就意味著能量的損失和亮度的降低）。假設LCD背光亮度為B，對應像素點i的透光率為t(i)，那么該點i的人眼感受到的LCD顯示亮度L(i)可表示為公式(2-1)[31]。L(i)=B*t(i)(2-1)由公式(2-1)能夠得知，當LCD液晶顯示屏的透光率t(i)一定時，背光亮度B越大，LCD顯示亮度L(i)越大。而假如要調節背光亮度B，必須調節LED背光電流。LED輸出的電流越大，背光亮度B的值越大，會導致LED消耗的能量越多，即功耗就越高。為了更好地研究手機背光的功耗，論文在結構上對TFT-LCD液晶顯示屏的功耗進行計算和分析。如圖2-8，表示整個LCD顯示模塊工作的總電流，表示LCD驅動器工作的電流，表示LED工作的電流。能夠使用公式(2-2)表示。=+(2-2)圖28.TFT-LCD液晶顯示模塊功耗Fig.2-8TFT-LCDdisplaymodulepowerconsumption以海信N51手機為例，手機的背光源使用的是4顆白光LED，每顆LED最大的電流為20mA，因此最高達到80mA。而最大達到5mA左右，在整個LCD顯示模塊中能夠忽略不計。綜上所述，LCD液晶顯示屏的功耗決定于LCD液晶顯示屏的背光單元功耗，即LED背光的功耗。（3）背光亮度等級及電流關系。論文接著以海信N51手機為例，對背光亮度等級及電流的關系進行測量。手機中AAT3155LED驅動芯片一般額定電壓為3.5V，通過操縱AAT3155LED驅動芯片的輸出電流來調節不同的背光亮度等級。因此能夠從AAT3155LED驅動芯片的輸出電流來衡量背光單元功耗的變化。依照表格2-2，能夠得知四顆LED理論輸出電流最大的電流為80mA（20*4=80mA）。為了更準確描述LED背光與手機功耗，論文針對海信N51手機，使用Agilent66319D程控周密電源測量手機在不同背光亮度等級下的待機電流，得到表格2-3的數據。表格STYLEREF1\s23.海信N51手機不同背光亮度等級測量結果Table2-3OutputcurrentofbacklightlevelwithHisenseN51mobilephoneLevelOutput

(mA)LevelOutput

(mA)18.38934.1628.511037.77310.011144.25411.901250.47522.341357.96624.731466.77728.771576.38830.621687.50盡管測試電流的實際數值受系統其它模塊的阻礙，但從表格2-3的數據顯示背光亮度等級的變化，整機的待機電流值也隨之變化，其變化反映了背光亮度調整對系統功耗的阻礙。當LCD背光亮度等級越高，系統電流越高，功耗就越高。特不當LCD背光亮度等級在12級至16級時，每降低一級，系統電流就會降低10mA左右。綜上所述，合理調節LCD背光的亮度等級，能夠降低LCD顯示系統的功耗，節約手機的功耗。本章小結本章要緊對CMMB解碼和手機的顯示系統進行研究。論文分析CMMB系統架構、CMMB編解碼技術和CMMB手機視頻解碼過程。論文對TFT-LCD的顯示原理及手機的顯示系統進行分析，研究手機LCD背光與功耗關系，以海信N51手機為例，對手機背光及功耗進行分析并得到結論：背光亮度越大，手機顯示系統的功耗就越高，合理地調節LCD背光的亮度等級，能夠降低手機顯示系統的功耗。這些研究結論為下一章節的YUV數據分析和實現降低CMMB電視手機播放的功耗奠定技術基礎。

動態背光操縱通過第二章的研究，論文得到能夠通過合理調節手機LCD背光亮度等級，從而降低手機功耗的結論。本章對灰度直方圖和Gamma補償進行分析，研究標準的動態背光亮度調節算法，探討其不足之處并對動態背光操縱算法進行優化，提出一種新型的密度直方圖圖像分析方法和基于密度直方圖的動態背光操縱算法，同時分析兩種算法的優劣。在亮度補償算法方面，探討線性亮度補償算法的不足，提出使用Gamma補償方法對圖像顯示效果進行優化處理。數字圖像處理彩色圖像中，RGB和YUV是常用的兩個差不多的彩色模型。RGB（RedGreenBlue）是計算機中最常見的色彩空間。RGB通過紅、綠、藍三基色的相加來產生其它的顏色。由于其設備的獨立性，RGB被廣泛應用于計算機圖形、成像系統和彩色顯示屏之中。YUV（亦稱YCrCb）色彩空間則描述灰度和色差的概念，其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也確實是灰度值；而“U”和“V”表示的則是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。采納YUV色彩空間的重要性是亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。假如只有Y信號重量而沒有U、V信號重量，那么如此表示的圖像確實是黑白灰度圖像。YUV易于壓縮方便傳輸和處理，要緊用于優化彩色視頻信號的傳輸，與RGB視頻信號傳輸相比，YUV最大的優點在于只需占用極少的頻寬（RGB要求三個獨立的視頻信號同時傳輸）。通過第二章節的探討，CMMB數據其視頻部分解碼后得到的是YUV數據流，論文的圖像分析均基于YUV數據進行的。灰度直方圖黑白灰度圖是指只含亮度信息（Y重量）不含彩色信息（U、V重量）的圖像，就像人眼平常看到的亮度由暗到明的黑白照片，亮度變化是連續的。因此，要表示灰度圖，就需要把亮度值進行量化。亮度值通常分成0-255共256個級不，0最暗（全黑），255最亮（全白）。一般人眼能夠分辨的只有32個級不，人眼對光的強度變化特不敏感，而對顏色的變化就比較弱，目前流行的視頻壓縮軟件差不多上應用這一原理，比如RM格式視頻文件。灰度直方圖（Histogram）是圖像亮度值（Y重量）的函數，表示圖像中具有每種亮度等級的像素的個數，反映圖像中每種亮度出現的頻率。灰度直方圖的橫坐標是亮度級，縱坐標是該亮度等級出現的頻率，灰度直方圖是圖像的最差不多的統計特征。灰度直方圖是多種空間域處理技術的基礎。如圖3-1，圖像Grandma及其灰度直方圖。圖3SEQ圖\*ARABIC\s11.圖像Grandma及其灰度直方圖Fig.3-1Grandmaimageanditshistogram通過對灰度直方圖的操作能夠有效用于圖像增強，提供有用的圖像統計信息，便于在軟件中計算。灰度直方圖的性質如下[32]：表征了圖像的一維信息。只反映圖像中像素不同亮度值出現的次數（或頻數）而未反映像素所在位置。與圖像之間的關系是多對一的映射關系。一幅圖像唯一確定出與之對應的直方圖，但不同圖像可能有相同的直方圖。子圖直方圖之和為整一張圖的直方圖。Gamma校正物理設備發出的光，其光強通常都不是輸入信號的線性輸出，因此顯示屏的輸出的光強度并非與輸入信號成正比，而是一種非線性關系，這種非線性特性確實是Gamma特性[33]。但事實上即使顯示屏是線性的，Gamma校正仍然存在。緣故在于人類視覺系統關于亮度（Luminance）或者講關于RGB三色信號的感受大致成值數關系，而并非線性關系，Gamma校正確實是為了克服這種非線性而引入的一種傳輸函數，在視頻流、計算機圖形學以及其它成像系統中應用廣泛[34]。理想的顯示系統是線性的，即顯示系統輸出的光強度應該與輸入的視頻信號幅度成正比[35]。假設顯示系統的輸出光強度為y，輸入值為x，關于線性的顯示系統而言存在公式y=x。如圖3-2線性系統的輸入真實地反