8位灰度圖在LCD上顯示

一、概述

1、灰度

　　灰度使用黑色調表示物體,即用黑色為基准色，不同的飽和度的黑色來顯示圖像。每個灰度對象都具有從 0%（白色）到灰度條100%（黑色）的亮度值。 使用黑白或灰度掃描儀生成的圖像通常以灰度顯示。

　　像素值量化后用一個字節（8 bits）來表示。如把有黑-灰-白連續變化的灰度值量化為256個灰度級，灰度值的范圍為0~255，表示亮度從深到淺，對應圖像中的顏色為從黑到白。黑白照片包含了黑白之間的所有的灰度色調，每個像素值都是介於黑色和白色之間的256種灰度中的一種。

2、灰度圖

　 用灰度表示的圖像稱作灰度圖，灰度圖的RGB三通道滿足關系式：R=G=B。

3、灰度圖bmp文件格式

	偏移量	域的名稱	大小	內容
圖像文件頭	0000h	標識符(Identifier)	2 bytes	兩字節的內容用來識別位圖的類型： ‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, …
	0002h	File Size	1 dword	用字節表示的整個文件的大小
	0006h	Reserved	1 dword	保留，設置為0
	000Ah	Bitmap Data Offset	1 dword	從文件開始到位圖數據開始之間的數據 (bitmap data)之間的偏移量
	000Eh	Bitmap Header Size	1 dword	位圖信息頭(Bitmap Info Header)的長度，用來描述 位圖的顏色、壓縮方法等。下面的長度表示： 28h - Windows 3.1x, 95, NT, 0Ch - OS/2 1.x F0h - OS/2 2.x …
	0012h	Width	1 dword	位圖的寬度，以像素為單位
	0016h	Height	1 dword	位圖的高度，以像素為單位
	001Ah	Planes	1 word	位圖的位面數
圖像信息頭	001Ch	Bits Per Pixel	1 word	每個像素的位數 1 - Monochrome bitmap 4 - 16 color bitmap 8 - 256 color bitmap 16 - 16bit (high color) bitmap 24 - 24bit (true color) bitmap 32 - 32bit (true color) bitmap
	001Eh	Compression	1 dword	壓縮說明： 0 - none (也使用BI_RGB表示) 1 - RLE 8-bit / pixel (也使用BI_RLE4表示) 2 - RLE 4-bit / pixel (也使用BI_RLE8表示) 3 - Bitfields (也使用BI_BITFIELDS表示)
	0022h	Bitmap Data Size	1 dword	用字節數表示的位圖數據的大小。該數必須是4的倍數
	0026h	HResolution	1 dword	用像素/米表示的水平分辨率
	002Ah	VResolution	1 dword	用像素/米表示的垂直分辨率
	002Eh	Colors	1 dword	位圖使用的顏色數。如8-位/像素表示為100h或者 256.
	0032h	Important Colors	1 dword	指定重要的顏色數。當該域的值等於顏色數時，表示所有 顏色都一樣重要
調色板數據	0036h	Palette	N * 4 byte	調色板規范。對於調色板中的每個表項，這4個字節用下述 方法來描述RGB的值： 1字節用於藍色分量 1字節用於綠色分量 1字節用於紅色分量 1字節用於填充符(設置為0)
圖像數據	0436h	Bitmap Data	x bytes	該域的大小取決於壓縮方法，它包含所有的位圖數據字節 ，這些數據實際就是彩色調色板的索引號

 example: gray.bmp

1）gray.bmp的圖片信息

2）grap.bmp文件的數據

0000h: 標示符為“BM”

0002h: 文件大小為0x13036，也就是77878字節

0006h: 保留

000Ah：從文件開頭到位圖數據開始的偏移量為0x436

000Eh: 位圖信息頭的長度為0x28

0012h: 位圖的寬度為0x140，也就是寬320個像素

0016h: 位圖的高度為0xF0，也就是高為240個像素

001Ah: 位圖為1幀

001Ch：像素的位數為8位

001Eh： 圖片無壓縮

0022H: 位圖數據的大小為0x12C00，也就是76800個字節

0026H: 水平分辨率為7200

002Ah: 垂直分辨率為7200

002Eh: 位圖使用的顏色數--該域並未賦值

0032h: 重要的顏色數--該域並未賦值

0036h-0435h: 調色板數據

0436h: 位圖數據區

3）解讀

　　位圖數據區保存的是圖片有效的數據，一個字節的存儲單元對應圖片的一個像素，一個字節的數值代表了對應像素的灰度值。本例圖片是寬320*高240，位圖數據區為76800個字節，算上頭部的控制塊為1078個字節，文件總大小為77878字節。

　　在顯示的時候，從位圖數據區讀取數據，獲得一個像素的灰度值后，就以灰度值為索引，從調色板區找出灰度值對應的rgb，然后再顯示屏上顯示出該像素。

☆ 注意

　　windows規定一個掃描行所占的字節數必須是4的倍數，不足的以0填充。假設一個圖片款318個像素，實際上一行占據了320個字節。

4) bmp文件存儲灰度圖像的順序

　　bmp文件存儲圖像的順序是左下角-->右上角，也就是“從下到上，從左到右”。

　　那么在顯示bmp圖像時也要遵循這樣的順序，即是：由下而上，由左到右。倘若安裝"從上到下，從左到右"，那么顯示的圖像實際上是關於Y軸翻轉的。

測試bmp文件：

WinHex中對應的內容：

二、8位灰度格式轉換到16位565RGB的格式

　　灰度圖的RGB通道滿足：R=G=B，以灰度值替換RGB三個通道就得到RGB格式的數據。考慮到LCD顯示器的顯示格式是5:6:5（r:g:b），而灰度值是8位灰階，所以有如下的轉換計算公式：

r = GrayValue/256 * 32 = GrayValue/8 = GrayValue >> 3

g = GrayValue/256 * 64 = GrayValue/4 = GrayValue >> 2

b = GrayValue/256 * 32 = GrayValue/8 = GrayValue >> 3

　　8位灰度值轉換為16位的RGB公式為：

#define GRAYTORGB16(t) ((t >> 3)|((t & ~3) << 3)|((t & ~7) << 8))

三、測試程序代碼

/**
  * @brief  顯示灰度圖 
  * @param  x,y : 顯示在LCD上的坐標 
  *         pic_name: 存儲在SD卡根目錄下的灰度文件名
  * @retval None
  */
void Lcd_show_bmp(unsigned short int x, unsigned short int y,char *pic_name)
{
    int i, j;
    int width, height, l_width;    
    BITMAPFILEHEADER bitHead;
    BITMAPINFOHEADER bitInfoHead;
    WORD fileType;
    unsigned int read_num;

    f_mount(0, &bmpfs[0]);
    BMP_DEBUG_PRINTF("file mount ok \r\n");    
    bmpres = f_open( &bmpfsrc , (char *)pic_name, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);    

    if(bmpres == FR_OK)
    {
        BMP_DEBUG_PRINTF("Open file success\r\n");

        /* 讀取文件頭信息  兩個字節*/         
        f_read(&bmpfsrc,&fileType,sizeof(WORD),&read_num);     

        /* 判斷是不是bmp文件 "BM"*/
        if(fileType != 0x4d42)
        {
            BMP_DEBUG_PRINTF("file is not .bmp file!\r\n");
            return;
        }
        else
        {
            BMP_DEBUG_PRINTF("Ok this is .bmp file\r\n");    
        }        

        /* 讀取BMP文件頭信息*/
        f_read(&bmpfsrc,&bitHead,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),&read_num);        
        showBmpHead(&bitHead);

        /* 讀取位圖信息頭信息 */
        f_read(&bmpfsrc,&bitInfoHead,sizeof(BITMAPINFOHEADER),&read_num);        
        showBmpInforHead(&bitInfoHead);
    }    
    else
    {
        BMP_DEBUG_PRINTF("file open fail!\r\n");
        return;
    }    

    width = bitInfoHead.biWidth;
    height = bitInfoHead.biHeight;

    /* 計算位圖的實際寬度並確保它為4的倍數    */
    l_width = WIDTHBYTES(width);
    if(l_width > 320)
    {
        BMP_DEBUG_PRINTF("\n SORRY, PIC IS TOO BIG (<=320)\n");
        return;
    }
    
    /* 設置Lcd Gram 掃描方向為: 右下角-> 左上角 */
    Lcd_GramScan(3);
    
    /* 開一個圖片大小的窗口*/
    LCD_OpenWindow(x, y, width, height);
    
    /* 判斷是否是8bit灰度圖 */
    if(bitInfoHead.biBitCount == 8)
    {
        f_lseek(&bmpfsrc,0x0436);
        
        for(i=0;i< height; i++)
        {      
            /* 讀取一行bmp的數據到數組pColorData里面 */
            f_read(&bmpfsrc,pColorData,l_width,&read_num);

            for(j=0; j<width; j++)                  //一行有效信息
            {
                unsigned short d; 
                d = pColorData[j];
                LCD_WR_Data(GRAYTORGB16(d));        //寫入LCD-GRAM
            } 
        }
    }    
    else 
    {        
        BMP_DEBUG_PRINTF("SORRY, THIS PIC IS NOT A 8BITS GRAY Picture!");
        return ;
    }
    f_close(&bmpfsrc);    
}

 

參考資料：bmp頭文件和8 bit 灰度圖的顯示

　　　　《STM32庫開發實戰指南》