BMP位图显示（五）简易数码相框的设计

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BMP位图显示（五）简易数码相框的设计 [复制链接]

文章节选自：《ARM Cortex-M0从这里开始》 作者：zhaojun_xf   https://bbs.eeworld.com.cn/thread-324656-1-1.html

 

1概述
    数码相框常见的支持格式有BMP\GIF\JPG\TIF等，由于使用LPC1100微处理器实现数码相框，只能是达到原理性的效果，特殊效果是没法实现的。再加上除了BMP格式外，都要涉及到解码问题，而使用微处理器软件解码也是非常缓慢的。所以，本书只讲解BMP格式的显示。
2 BMP结构
BMP是Windows操作系统中的标准图像文件格式，使用非常广泛。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选1Bit、4Bit、8Bit、16Bit、24Bit、32Bit等。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按照从左到右、从下到上的顺序。典型的BMP图像文件由四部组成，如表7-5所示。

                

下面就以一副24位位图来说明其文件结构。如图7-26所示，为这幅图的属性。

                   

（1）位图文件头
由14字节数据组成，包含文件的标志、文件大小和实际数据偏移量等信息。为了直观显示文件头信息，下面定义一个结构体来表示文件头。
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
 uint16 bfType;    // 说明文件类型，在windows系统中为BM
 uint32 bfSize;    // 说明文件大小
 uint16 bfReserved1;  // 保留，设置为０
 uint16 bfReserved2;  // 保留，设置为０
 uint32 bfOffBits;   // 说明实际图形数据的偏移量
}BITMAPFILEHEADER;    // 14Byte
如图7-27所示，为一副图的文件头信息，已经用黑色线条把14字节的位图文件头标出。同样是使用WinHex软件打开的，需要注意的是，这里采用的是小端格式存储。
                

文件头说明：
 bfType：2字节组成，数据为42 4D，是BM的ASCII值，表示此图为位图；
 bfSize ：4字节数据为36 84 03 00，表示文件大小，转换一下为0x00038436 = 230454字节；
 bfReserved1：2字节组成，数据为00 00，保留；
 bfReserved2：2字节组成，数据为00 00，保留；
 bfOffBits： 4字节数据为36 00 00 00，表示图像数据是从0x00000036 = 54开始。
（2）位图信息头
由40字节数据组成，包含图像宽度、高度、数据位数、压缩、分辨率等信息。为了直观显示信息头结构，下面定义一个结构体来表示文件头。
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER
{
 uint32 biSize;          // 说明BITMAPINFOHEADER结构所需字节数，在windows系
// 统中为28h
 uint32 biWidth;   // 说明图像宽度         
 uint32 biHeight;   // 说明图像高度
 uint16 biPlanes;   // 为目标设备说明位面数，其值设为１
 uint16 biBitCount;      // 每个像素的位数，单色位图为１，256色为8，16bit为
// 16，24bit为24
 uint32 biCompression;  // 压缩说明，BI_RGB：无压缩，BI_RLE8：８位RLE压缩，
// BI_RLE4：４位RLE压缩
 uint32 biSizeImage;  // 说明图像大小，如无压缩，可设为０
 uint32 biXPelsPerMerer; // 水平分辨率  
 uint32 biYPelsPerMerer; // 垂直分辨率  
 uint32 biClrUsed;   // 位图使用的颜色数
 uint32 biClrImportant;  // 重要颜色数目
}BITMAPINFOHEADER;    // 40Byte
如图7-28所示为位图信息头数据。

                

信息头说明：
 biSize：4字节数据28 00 00 00，即0x00000028 = 40，表示信息头占用40字节空间；
 biWidth：4字节数据40 01 00 00，即0x00000140 = 320，表示图像宽320像素；
 biHeight：4字节数据F0 00 00 00，即0x0000000F = 240，表示图像高240像素；
 biplanes：2字节数据01 00，即0x0001 = 1，为目标设备说明位面数；
 biBitCount：2字节数据18 00，即0x0018 = 24，表示为24位位图；
 biSizeImage：4字节数据00 84 03 00，即0x00038400 = 230400字节，表示实际图像数据大小。
（3）彩色表
包含的元素与位图所具有的颜色数目相同，像素颜色用结构RGBQUAD存储。只有biBitCount等于1、4、8时才有调色板。调色板实际上是一个数组，元素的个数由biBitCount和biClrUsed决定。
typedef struct tagRGBQUAD
{
 uint8 rgbBlue;   // 指定蓝色强度
 uint8 rgbGreen;   // 指定绿色强度
 uint8 rgbRed;    // 指定红色强度
 uint8 rgbReserved;  // 保留，设为０
}RGBQUAD;      // 4Byte
（4）图像数据
图像数据扫描方式如7-29所示，在彩色表后的是图像数据阵列，图像每一扫描行由连续的字节组成，扫描行由底向上存储，阵列中第一字节为左下角像素，最后一字节为右上角像素。

                                                                

3 BMP显示
    本数码相框实现16位和24位位图的显示。
    （1）获取文件头信息
    显示图像之前先获取文件的一些信息，上面讲过位图的文件头信息一共占用54字节，而这里只读取需要的部分信息数据，如程序清单7-17所示。
/****************************** 程序清单7-17  **********************************/
/********************************************************************************
* FunctionName   : Bmp_GetHeadInfo()
* Description    : 获取BMP头信息
* EntryParameter : buf - 信息
* ReturnValue    : None
********************************************************************************/
BMP_HEADER Bmp_GetHeadInfo(uint8 *buf)
{
 BMP_HEADER bmpHead;

 bmpHead.bfType  = (buf[0]<<8)+buf[1];                               // BM
 bmpHead.bfSize  = (buf[5]<<24 +(buf[4]<<16)+(buf[3]<<8)+buf[2];     // 大小
 bmpHead.biWidth = (buf[21]<<24)+(buf[20]<<16)+(buf[19]<<8)+buf[18]; // 宽度
 bmpHead.biHeight= (buf[25]<<24)+(buf[24]<<16)+(buf[23]<<8)+buf[22]; // 高度
 bmpHead.biBitCount = (buf[29] << 8) + buf[28];    // 每个像素的位数
 return bmpHead;
}
（2）1555格式转换
在PC机上创建的16位位图中，用16位表示一个像素，所以两个字节可以表示1个像素。默认情况下16位DIB是555格式，最高位无效。所以要在TFT上显示时，必须先转换成RGB565，否则显示是有问题的。
    说明：在RGB555转换RGB565格式时要注意：
 RGB555格式中，最高位无效：1+5+5+5；
 RGB565中G的最低位可以不管，也可以根据G的最高位的值来补"1"还是补"0"。
/****************************** 程序清单7-18  **********************************/ /********************************************************************************
* FunctionName   : Bmp_555To565()
* Description    : 颜色数据格式转换，默认情况下16位DIB是555格式
* EntryParameter : RGB555转换到RGB565; dat - 数据
* ReturnValue    : None
********************************************************************************/
uint16 Bmp_555To565(uint16 dat)
{ 
    return  (uint16)(((dat & 0x7C00) << 1) | ((dat & 0x03E0) << 1) | (dat & 0x001F));
}
（3）24位格式转换
在PC机创建位图时，一般都采用24位真彩色，结构比较简单。用24位表示一个像素，所以三个字节可以表示1个像素。需要注意的是存储顺序一般是BGR，而不是传统的RGB。由于TFT为565格式的16位数据格式，所以要显示24位位图在TFT上也必须转换一下。转换方法和很简单，B和R直接去掉最高3位数据，G去掉最高2位数据，之后组合成为565格式的16位数据即可，如程序清单7-19所示。
/****************************** 程序清单7-19  **********************************/
/********************************************************************************
* FunctionName   : Bmp_24To565()
* Description    : 颜色数据格式转换，把24位转换成RGB565
* EntryParameter : RGB555转换到RGB565;
* ReturnValue    : None
********************************************************************************/
uint16 Bmp_24To565(uint8 r, uint8 g, uint8 b)
{ 
 return (((uint16)(r >> 3) << 11) | ((uint16)(g >> 2) << 5) | ((uint16)b >> 3));
}
（4）16位位图显示
16位位图显示比较简单，直接从数据缓冲区中读取两个字节数据，先转换成TFT的565格式后，发送给TFT即显示了相应像素点。如程序清单7-20所示。
/****************************** 程序清单7-20  **********************************/
    /********************************************************************************
* FunctionName   : Bmp_Disp16Bits()
* Description    : 显示16位位图
* EntryParameter : p - 数据指针
* ReturnValue    : None
********************************************************************************/
void Bmp_Disp16Bits(uint8 *pData)
{
    uint16 i;

 for (i=0; i<MMC_BUFF_SIZE/2; i++)
 {
  TFTWriteData(Bmp_555To565((*(pData+i*2+1) << 8) + *(pData+i*2)));
 }
}
（5）24位位图显示
24位位图显示比较复杂一点，这是因为，一般情况下SD卡读取一扇区数据为512字节，而512字节并不能存储完整的RGB信息。在最后一个RGB数据中会少一个数据，一就是说512字节，前面510字节存放了170个像素点的颜色信息，而后面两字节只存放了一个像素点的部分信息，需要从下次读取是信息中获取一字节数据来补齐，这样就给显示带来了不少麻烦。
在读取第1个扇区时会缺少1字节，读取第2个扇区时会缺少2个字节，在读取第3个扇区时刚好构成完整数据。所以需要按照3个扇区为周期进行数据处理。具体代码如程序清单7-21所示。
/****************************** 程序清单7-21  **********************************/
  /********************************************************************************
* FunctionName   : Bmp_Disp24Bits()
* Description    : 显示24位位图。每读取512*3个字节数据，完成一次完整数据读取
* EntryParameter : pData - 数据指针
* ReturnValue    : None
********************************************************************************/
void Bmp_Disp24Bits(uint8 *pData)
{
    uint16 i = 0;

 while (1)
 {
     if (0 == Offset24Bits%3)
  {
         Blue24Bits   = *(pData+(Offset24Bits%MMC_BUFF_SIZE)); // 获取蓝色数据
   if (0 == ++Offset24Bits%(512*3))    // 判断是否为一个周期
   {
       Offset24Bits = 0;
   }
 
   if (++i >= MMC_BUFF_SIZE)        // 判断是否读完数据
   {
       break;
   }
  }

  if (1 == Offset24Bits%3)        // 获取绿色数据
  {
      Green24Bits = *(pData+(Offset24Bits%MMC_BUFF_SIZE));
   if (0 == ++Offset24Bits%(512*3))
   {
       Offset24Bits = 0;
   }
 
   if (++i >= MMC_BUFF_SIZE)
   {
       break;
   }
  }

     if (2 == Offset24Bits%3)
  {
      Red24Bits  = *(pData+(Offset24Bits%MMC_BUFF_SIZE));  // 获取红色数据
            // 三个数据都获取，发生到TFT显示
   TFTWriteData(Bmp_24To565(Red24Bits,Green24Bits,Blue24Bits));

   if (0 == ++Offset24Bits%(512*3))
   {
       Offset24Bits = 0;
   }
 
   if (++i >= MMC_BUFF_SIZE)
   {
       break;
   }
  }
 }
}
（6）位图读取并显示
位图显示是通过函数参数，传递文件名，通过文件名读取文件数据。读取位图数据时，先读取54字节的头信息，在根据头信息判断是否为位图图像。如果不是位图，直接返回不再读取数据；如果是位图图像，再判断是16位还是24位。并循环读取数据信息，经过数据转换后发送到TFT进行显示。
读取位图文件需要调用FatFs文件系统的API函数，在读取文件时需要注意一下几点：
 首先要f_mount函数注册工作区，在文件读取完成后，再调用这个函数来注销工作区；
 打开文件需要调用f_open函数，当文件读取完成后，再调用f_close函数关闭文件，所以这两个函数必须成对出现；
 在读取文件时，可以同f_read函数返回的结果和次函数的读取结果来判断数据是否读取完成。
/****************************** 程序清单7-22  **********************************/
/********************************************************************************
* FunctionName   : BmpDisplay()
* Description    : bmp图片显示，实现位图的读取和显示
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
********************************************************************************/
uint8 BmpDisplay(uint8 *bmpName)
{
    FATFS fs;               /*Work area (file system object) for logical drive*/
    FIL file;               /*file objects    */
 UINT  br;               /*File R/W count  */
 FRESULT res;
 BMP_HEADER bmpHead;     // 获取头信息

    f_mount(0, &fs);
 res = f_open(&file, (const TCHAR *)bmpName, FA_OPEN_EXISTING|FA_READ);
 if(res != FR_OK)
    {
  return res;
    }
 else
 {
     res = f_read(&file, MMCBuf, 54, &br);        // 读取头文件
  if(res != FR_OK)
     {
   return res;
     }
  else
  {
      bmpHead = Bmp_GetHeadInfo(MMCBuf);     // 获取头信息
   if (bmpHead.bfType == BMP)       // 判断是否为BMP图像
   {
                // 设置图片显示窗口
    TFTSetWindows(0, 0, bmpHead.biHeight, bmpHead.biWidth);
    TFT_CS_CLR();
    TFTWriteIndex(0x0022);
    TFT_RS_SET();
    Offset24Bits = 0;          // 偏移清零

       while (1)
    {
        res = f_read(&file, MMCBuf, MMC_BUFF_SIZE, &br);
     if ((res != FR_OK) || (br < MMC_BUFF_SIZE))// 判断数据是否读完
     {
      break;
     }

     if (bmpHead.biBitCount == 16)       
     {
      Bmp_Disp16Bits(MMCBuf);     // 显示16位位图
     }

     if (bmpHead.biBitCount == 24)    // 显示24位位图
     {
      Bmp_Disp24Bits(MMCBuf);     // 显示24位位图
     }
    }
 
    TFT_CS_SET();
   }
  }
 }

    f_close(&file);      // 关闭文件，必须和f_open函数成对出现
    f_mount(0, 0); 
 return FR_OK;
}

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