基于BMP的圖像點(diǎn)陣獲取原理及其應(yīng)用

1　引　言
　　點(diǎn)陣式液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）以優(yōu)越的性價(jià)比早已成為電子設(shè)計(jì)者的常用器件，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)電子設(shè)備中。起初，點(diǎn)陣式液晶只是用來(lái)消除段碼式液晶顯示過(guò)于粗糙、容易混淆等的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符的顯示。為了擺脫英文顯示的限制，人們通過(guò)查詢內(nèi)碼從標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)中得到所需漢字的點(diǎn)陣值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漢化菜單，使設(shè)備的使用更加直觀、方便。于是，漢化顯示也成為許多國(guó)產(chǎn)設(shè)備在與進(jìn)口設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)中的主要優(yōu)勢(shì)之一。后來(lái)，人們又通過(guò)手工的方法，實(shí)現(xiàn)了某些簡(jiǎn)單圖像的顯示，使顯示界面有了一定程度的提高。然而，如何通過(guò)簡(jiǎn)單的途徑在沒(méi)有圖形驅(qū)動(dòng)模塊的點(diǎn)陣式液晶顯示器中顯示各種靜態(tài)圖像以及動(dòng)畫，成為長(zhǎng)期困擾設(shè)計(jì)者的問(wèn)題。我們現(xiàn)在可以通過(guò)掃描儀、互聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)圖形處理軟件很方便地獲得各種各樣的圖像，但是這些文件最終都以各種特定的格式儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，怎樣通過(guò)比較簡(jiǎn)單的手段把它移植到液晶顯示器中，就是本文闡述的主要內(nèi)容。文章通過(guò)分析傳統(tǒng)圖像點(diǎn)陣獲取原理以及BMP圖像的存儲(chǔ)格式，找到了它們間的內(nèi)在聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)了圖像點(diǎn)陣的快速獲取，并以T6963C〔3〕控制器為例進(jìn)一步探討了在點(diǎn)陣式液晶中的靜態(tài)圖像以及動(dòng)畫的顯示步驟。
2　傳統(tǒng)的點(diǎn)陣獲取法
　　在點(diǎn)陣式液晶中顯示圖像，首先要獲得圖像的點(diǎn)陣值。最傳統(tǒng)、最簡(jiǎn)單直接的點(diǎn)陣獲取方法就是坐標(biāo)掃描法。其基本步驟為：將圖像置于坐標(biāo)系中，根據(jù)坐標(biāo)格上象素的存在與否決定該點(diǎn)值為1還是0；然后將每八個(gè)象素值拼成一個(gè)字節(jié)，從而得到該圖像的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。圖1為一個(gè)燈泡圖像掃描成16×16點(diǎn)陣的示意。
　　可以看出，坐標(biāo)掃描方法不需要太多技巧，直觀明了。然而對(duì)于高象素圖像（即點(diǎn)陣數(shù)量比較多的圖像），坐標(biāo)掃描法就顯得非常繁瑣。試想，要獲得象素高達(dá)240×128的圖像點(diǎn)陣值，需要手工清點(diǎn)30，720個(gè)點(diǎn)陣，然后再組成3，840個(gè)字節(jié)的點(diǎn)陣表供程序讀取，其工作量之大可想而知。另外，當(dāng)需要顯示的畫面比較多時(shí)工作量也成比例增加。

3　BMP位圖格式分析〔4〕
　　BMP位圖是微軟公司（Microsoft）和國(guó)際商用機(jī)器公司（IBM）共同倡導(dǎo)的一種圖像格式。它按點(diǎn)陣排列順序，將每個(gè)象素的色彩值以規(guī)定的方式把整個(gè)圖像記錄下來(lái)。BMP格式還可細(xì)分為兩種類型，即Microsoft Windows型和IBM OS／2型，兩者的差別主要在于說(shuō)明部分（文件頭）。由于IBM OS／2類型的BMP用得比較少，所以在絕大多數(shù)情況下，BMP默認(rèn)為Microsoft Windows類型。根據(jù)色彩位深度不同，Windows BMP文件象素描述部分差別較大，如256色每個(gè)象素需要8位（即1個(gè)字節(jié)）來(lái)描述，而16色的圖像每個(gè)象素描述者只需4位（即半個(gè)字節(jié)）。對(duì)于絕大部分電子設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，黑白二色的點(diǎn)陣式液晶顯示器價(jià)格適中、接口簡(jiǎn)單，因而最為常用。因此，這里僅分析Microsoft Windows類型1位（Bit）描述的二色BMP圖像文件。詳見(jiàn)表1。

4　圖像點(diǎn)陣的獲取
　　從上述對(duì)二色BMP文件的分析，我們發(fā)現(xiàn)BMP文件的象素描述段中點(diǎn)陣的存放格式跟液晶圖像顯示所需的格式很類似。因此，我們不難想到液晶顯示所需的圖像點(diǎn)陣借助于計(jì)算機(jī)高級(jí)軟件從BMP文件中讀取。
4．1　目標(biāo)圖像的編輯與處理
　　目標(biāo)圖像通常并不是BMP格式，原始尺寸跟液晶顯示中所需的也相差很多。因此，在從圖像文件中讀取點(diǎn)陣前必須對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬇c處理。其步驟如下：
　　（1）通過(guò)圖像處理軟件編輯或調(diào)整目標(biāo)圖像尺寸，使得圖像跟液晶顯示的尺寸要求一致。常用的有Photoshop、Capture Professional等軟件。
　?。?）將圖像轉(zhuǎn)換為二色Windows格式的BMP文件。注意，如果是彩色圖像，則在轉(zhuǎn)換為黑白圖像時(shí)需要調(diào)節(jié)黑白對(duì)比效果，以適合黑白顯示。本步驟筆者使用的是Capture Professional3．0版本Operations菜單下的Convert to－＞Black and White，轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)彈出消息框，調(diào)整其Threshold的值可以預(yù)覽到其黑白對(duì)比效果。
　?。?）將圖像上下翻轉(zhuǎn)（以水平線為軸）。從上面的分析可知，BMP文件中圖像象素的內(nèi)容是由下而上、由左及右存儲(chǔ)的。所以按照習(xí)慣的由上而下、由左及右的順序往液晶的顯示RAM寫圖像點(diǎn)陣，必須將上述處理后的圖像進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并存儲(chǔ)為最終的圖像文件。本步驟用Photoshop和Capture Professional都比較方便。
4．2　BMP文件中讀取點(diǎn)陣的程序設(shè)計(jì)
　　在完成對(duì)目標(biāo)圖像編輯與處理后，就可以從最終得到的黑白二色Windows BMP文件中讀出圖像點(diǎn)陣了。假設(shè)點(diǎn)陣值按照傳統(tǒng)的X86匯編語(yǔ)言格式存放在名為fig　n．inc的文件中。設(shè)計(jì)點(diǎn)陣讀取程序框圖如圖2所示。
    設(shè)圖像水平方向及垂直方向尺寸（點(diǎn)陣數(shù)）分別為ohr__size、ver__size,則圖2的框圖中:
    (1)所要掃描的總行數(shù)為ver__size。
　?。?）判斷每行是否結(jié)束的方法為：當(dāng)hor__size被8整除時(shí)，則每行應(yīng)讀取的字節(jié)數(shù)　　Byte　num＝hor　size／8；
否則
    Byte　num＝取整（hor　size／8）＋1。
　?。?）一行掃描完后，確定下一行指針位置的方法為：如每行字節(jié)數(shù)能被4整除時(shí)，則指針加1即可，否則指針應(yīng)加上
    (4--取余(Byte__unm/4)+1)。
5　圖像在液晶中的顯示
5．1　靜態(tài)圖像顯示
　　經(jīng)過(guò)前面的處理，生成的點(diǎn)陣文件fig　n．inc中點(diǎn)陣存放順序跟我們習(xí)慣的方向已經(jīng)一致。因此，只要在初始化液晶后，按順序從點(diǎn)陣文件中讀取點(diǎn)陣值，再寫往液晶相應(yīng)的顯示區(qū)，就能完成整幅靜態(tài)圖像的顯示。圖3是以常見(jiàn)的用T6963C作控制器的液晶顯示模塊為例來(lái)說(shuō)明圖像顯示的靜態(tài)流程。
5．2　動(dòng)畫顯示
　　眾所周知，動(dòng)畫顯示的基本原理是利用人眼的視覺(jué)殘留，將一序列靜止的畫面按一定的時(shí)間間隔連續(xù)播放?？梢?jiàn)，只要獲得各靜態(tài)子畫面的點(diǎn)陣值，就可以實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)陣式液晶中的動(dòng)畫顯示。圖4是實(shí)現(xiàn)一個(gè)包括N個(gè)子畫面的動(dòng)畫顯示流程。其中時(shí)間間隔T根據(jù)實(shí)際效果設(shè)置。

6　結(jié)束語(yǔ)
　　計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)圖像除了BMP外，還有多種其它格式。本文之所以選擇用BMP，是因?yàn)樗且环N沒(méi)有壓縮的點(diǎn)陣型的圖像文件格式，而且?guī)缀跛械腤indows應(yīng)用軟件都支持這種格式，從而處理起來(lái)特別方便。在網(wǎng)絡(luò)資源日益豐富的今天，多數(shù)情況下設(shè)計(jì)者可不必自己繪制而直接利用各種現(xiàn)成的圖像、圖標(biāo)、動(dòng)畫，然后對(duì)之加以處理。在筆者參與的電力系統(tǒng)新一代數(shù)字式保護(hù)研制中，上述方法的成功運(yùn)用使產(chǎn)品在很短的開(kāi)發(fā)周期內(nèi)取得了非常理想的人機(jī)界面效果。

    實(shí)踐證明，一個(gè)好的界面對(duì)塑造產(chǎn)品形象，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力起著不可低估的作用。本文給出的基于BMP的圖像點(diǎn)陣獲取方法，原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。