第四十八章 照相机实验

上一章，我们学习了图片解码，本章我们将学习bmp编码，结合前面的摄像头实验，实现一个简单的照相机。本章分为如下几个部分：

48.1 BMP编码简介

48.2 硬件设计

48.3 软件设计

48.4 下载验证

48.1 BMP编码简介

       上一章，我们学习了各种图片格式的解码。本章，我们介绍最简单的图片编码方法：BMP图片编码。通过前面的了解，我们知道BMP文件是由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据等四部分组成。我们先来了解下这几个部分。

1、BMP文件头（14字节）：BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位图起始位置等信息。

//BMP文件头

typedef __packed struct

{

    u16  bfType ;           //文件标志.只对'BM',用来识别BMP位图类型

    u32  bfSize ;            //文件大小,占四个字节

    u16  bfReserved1 ;       //保留

    u16  bfReserved2 ;       //保留

    u32  bfOffBits ;                //从文件开始到位图数据(bitmap data)开始之间的的偏移量

}BITMAPFILEHEADER ;

2、位图信息头（40字节）：BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。

typedef __packed struct

{

    u32 biSize ;                //说明BITMAPINFOHEADER结构所需要的字数。

    long  biWidth ;            //说明图象的宽度，以象素为单位

    long  biHeight ;         //说明图象的高度，以象素为单位

    u16  biPlanes ;           //为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1

    u16  biBitCount ;       //说明比特数/象素，其值为1、4、8、16、24、或32

    u32 biCompression ;    //说明图象数据压缩的类型。其值可以是下述值之一：

       //BI_RGB：没有压缩；

       //BI_RLE8：每个象素8比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成

    //BI_RLE4：每个象素4比特的RLE压缩编码，压缩格式由2字节组成

      //BI_BITFIELDS：每个象素的比特由指定的掩码决定。

    u32 biSizeImage ;//说明图象的大小,以字节为单位。当用BI_RGB格式时,可设置为0 

    long  biXPelsPerMeter ;//说明水平分辨率，用象素/米表示

    long  biYPelsPerMeter ;//说明垂直分辨率，用象素/米表示

    u32 biClrUsed ;             //说明位图实际使用的彩色表中的颜色索引数

    u32 biClrImportant ;    //说明对图象显示有重要影响的颜色索引的数目，

//如果是0，表示都重要。

}BITMAPINFOHEADER ;

3、颜色表：颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。

typedef __packed struct

{

    u8 rgbBlue ;       //指定蓝色强度

    u8 rgbGreen ;        //指定绿色强度

    u8 rgbRed ;          //指定红色强度

    u8 rgbReserved ;    //保留，设置为0

}RGBQUAD ;

颜色表中RGBQUAD结构数据的个数由biBitCount来确定：当biBitCount=1、4、8时，分别有2、16、256个表项；当biBitCount大于8时，没有颜色表项。

BMP文件头、位图信息头和颜色表组成位图信息（我们将BMP文件头也加进来，方便处理），BITMAPINFO结构定义如下:

typedef __packed struct

{

       BITMAPFILEHEADER bmfHeader;

       BITMAPINFOHEADER bmiHeader;   

       RGBQUAD bmiColors[1]; 

}BITMAPINFO;   

4、位图数据：位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右，扫描行之间是从下到上。位图的一个像素值所占的字节数: 

当biBitCount=1时，8个像素占1个字节; 

当biBitCount=4时，2个像素占1个字节;

当biBitCount=8时，1个像素占1个字节;

当biBitCount=16时，1个像素占2个字节;

当biBitCount=24时，1个像素占3个字节;

当biBitCount=32时，1个像素占4个字节;

biBitCount=1 表示位图最多有两种颜色，缺省情况下是黑色和白色，你也可以自己定义这两种颜色。图像信息头装调色板中将有两个调色板项，称为索引0和索引1。图象数据阵列中的每一位表示一个象素。如果一个位是0，显示时就使用索引0的RGB值，如果位是1，则使用索引1的RGB值。   

biBitCount=16 表示位图最多有65536种颜色。每个色素用16位（2个字节）表示。这种格式叫作高彩色，或叫增强型16位色，或64K色。它的情况比较复杂，当biCompression成员的值是BI_RGB时，它没有调色板。16位中，最低的5位表示蓝色分量，中间的5位表示绿色分量，高的5位表示红色分量，一共占用了15位，最高的一位保留，设为0。这种格式也被称作555 16位位图。如果biCompression成员的值是BI_BITFIELDS，那么情况就复杂了，首先是原来调色板的位置被三个DWORD变量占据，称为红、绿、蓝掩码。分别用于描述红、绿、蓝分量在16位中所占的位置。在Windows 95（或98）中，系统可接受两种格式的位域：555和565，在555格式下，红、绿、蓝的掩码分别是：0x7C00、0x03E0、0x001F，而在565格式下，它们则分别为：0xF800、0x07E0、0x001F。你在读取一个像素之后，可以分别用掩码“与”上像素值，从而提取出想要的颜色分量（当然还要再经过适当的左右移操作）。在NT系统中，则没有格式限制，只不过要求掩码之间不能有重叠。（注：这种格式的图像使用起来是比较麻烦的，不过因为它的显示效果接近于真彩，而图像数据又比真彩图像小的多，所以，它更多的被用于游戏软件）。

biBitCount=32 表示位图最多有4294967296(2的32次方)种颜色。这种位图的结构与16位位图结构非常类似，当biCompression成员的值是BI_RGB时，它也没有调色板，32位中有24位用于存放RGB值，顺序是：最高位—保留，红8位、绿8位、蓝8位。这种格式也被成为888 32位图。如果 biCompression成员的值是BI_BITFIELDS时，原来调色板的位置将被三个DWORD变量占据，成为红、绿、蓝掩码，分别用于描述红、绿、蓝分量在32位中所占的位置。在Windows 95(or 98)中，系统只接受888格式，也就是说三个掩码的值将只能是：0xFF0000、0xFF00、0xFF。而在NT系统中，你只要注意使掩码之间不产生重叠就行。（注：这种图像格式比较规整，因为它是DWORD对齐的，所以在内存中进行图像处理时可进行汇编级的代码优化（简单））。

通过以上了解，我们对BMP有了一个比较深入的了解，本章，我们采用16位BMP编码（因为我们的LCD就是16位色的，而且16位BMP编码比24位BMP编码更省空间），故我们需要设置biBitCount的值为16，这样得到新的位图信息（BITMAPINFO）结构体：

typedef __packed struct

{

       BITMAPFILEHEADER bmfHeader;

       BITMAPINFOHEADER bmiHeader; 

       u32 RGB_MASK[3];                   //调色板用于存放RGB掩码.

}BITMAPINFO;

其实就是颜色表由3个RGB掩码代替。最后，我们来看看将LCD的显存保存为BMP格式的图片文件的步骤：

1）创建BMP位图信息，并初始化各个相关信息

这里，我们要设置BMP图片的分辨率为LCD分辨率（240*320）、BMP图片的大小（整个BMP文件大小）、BMP的像素位数（16位）和掩码等信息。

2）创建新BMP文件，写入BMP位图信息

我们要保存BMP，当然要存放在某个地方（文件），所以需要先创建文件，同时先保存BMP位图信息，之后才开始BMP数据的写入。

3）保存位图数据。

这里就比较简单了，只需要从LCD的GRAM里面读取各点的颜色值，依次写入第二步创建的BMP文件即可。注意：保存顺序（即读GRAM顺序）是从左到右，从下到上。

4）关闭文件。

使用FATFS，在文件创建之后，必须调用f_close，文件才会真正体现在文件系统里面，否则是不会写入的！这个要特别注意，写完之后，一定要调用f_close。

BMP编码就介绍到这里。

48.2 硬件设计

本章实验功能简介：开机的时候先检测字库，然后检测SD卡根目录是否存在PHOTO文件夹，如果不存在则创建，如果创建失败，则报错（提示拍照功能不可用）。在找到SD卡的PHOTO文件夹后，开始初始化OV7670，在初始化成功之后，就一直在屏幕显示OV7670拍到的内容。当按下WK_UP按键的时候，即进行拍照，此时DS1亮，拍照保存成功之后，蜂鸣器会发出“滴”的一声，提示拍照成功，同时DS1灭。DS0还是用于指示程序运行状态。

所要用到的硬件资源如下：

1）  指示灯DS0和DS1

2）  WK_UP按键

3）  蜂鸣器

4）  串口

5）  TFTLCD模块

6）  SD卡

7）  SPI FLASH

8）  摄像头模块

这几部分，在之前的实例中都介绍过了，我们在此就不介绍了。

48.3 软件设计

打开上一章的工程，然后打开PICTURE组下的bmp.c文件，在该文件里面添加bmp编码函数bmp_encode，该函数代码如下：

//BMP编码函数

//将当前LCD屏幕的指定区域截图,存为16位格式的BMP文件 RGB565格式.

//保存为rgb565则需要掩码,利用原来的调色板位置增加掩码.这里我们已经增加了掩码.

//保存为rgb555格式则需要颜色转换,耗时间比较久,所以保存为565是最快速的办法.

//filename:存放路径

//x,y:在屏幕上的起始坐标

//mode:模式.0,仅仅创建新文件的方式编码;1,如果之前存在文件,则覆盖之前的文件.

//如果没有,则创建新的文件.

//返回值:0,成功;其他,错误码. 

u8 bmp_encode(u8 *filename,u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 mode)

{                         

       FIL* f_bmp;

       u16 bmpheadsize;                 //bmp头大小      

      BITMAPINFO hbmp;           //bmp头

       u8 res=0;

       u16 tx,ty;                                 //图像尺寸

       u16 *databuf;                       //数据缓存区地址      

       u16 pixcnt;                          //像素计数器

       u16 bi4width;                 //水平像素字节数    

       if(width==0||height==0)return PIC_WINDOW_ERR;               //区域错误

       if((x+width-1)>lcddev.width)return PIC_WINDOW_ERR;        //区域错误

       if((y+height-1)>lcddev.height)return PIC_WINDOW_ERR;      //区域错误     

#if BMP_USE_MALLOC == 1     //使用malloc 

       databuf=(u16*)mymalloc(SRAMIN,1024);  //开辟至少bi4width大小的字节的内存区域

//对240宽的屏,480个字节就够了.

       if(databuf==NULL)return PIC_MEM_ERR;              //内存申请失败.

       f_bmp=(FIL *)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL)); //开辟FIL字节的内存区域

       if(f_bmp==NULL)                                           //内存申请失败.

       {           

              myfree(SRAMIN,databuf);

              return PIC_MEM_ERR;                     

       }      

#else

       databuf=(u16*)bmpreadbuf;

       f_bmp=&f_bfile;

#endif          

       bmpheadsize=sizeof(hbmp);//得到bmp文件头的大小  

       mymemset((u8*)&hbmp,0,sizeof(hbmp));//置零空申请到的内存.       

       hbmp.bmiHeader.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER);//信息头大小

       hbmp.bmiHeader.biWidth=width;       //bmp的宽度

       hbmp.bmiHeader.biHeight=height;      //bmp的高度

       hbmp.bmiHeader.biPlanes=1;                   //恒为1

       hbmp.bmiHeader.biBitCount=16;       //bmp为16位色bmp

       hbmp.bmiHeader.biCompression=BI_BITFIELDS;//每个象素的比特由指定的掩码决定。     hbmp.bmiHeader.biSizeImage=hbmp.bmiHeader.biHeight*hbmp.bmiHeader.biWidth*

hbmp.bmiHeader.biBitCount/8;//bmp数据区大小                             

       hbmp.bmfHeader.bfType=((u16)'M'<<8)+'B';//BM格式标志

       hbmp.bmfHeader.bfSize=bmpheadsize+hbmp.bmiHeader.biSizeImage;//整个bmp的大小

     hbmp.bmfHeader.bfOffBits=bmpheadsize;//到数据区的偏移

       hbmp.RGB_MASK[0]=0X00F800;                  //红色掩码

       hbmp.RGB_MASK[1]=0X0007E0;                  //绿色掩码

       hbmp.RGB_MASK[2]=0X00001F;                  //蓝色掩码

       if(mode==1)res=f_open(f_bmp,(const TCHAR*)filename,FA_READ|FA_WRITE);

//尝试打开之前的文件

      if(mode==0||res==0x04)res=f_open(f_bmp,(const TCHAR*)filename,FA_WRITE|

FA_CREATE_NEW);//模式0,或者尝试打开失败,则创建新文件              

      if((hbmp.bmiHeader.biWidth*2)%4)//水平像素(字节)不为4的倍数

       {

              bi4width=((hbmp.bmiHeader.biWidth*2)/4+1)*4;

//实际要写入的宽度像素,必须为4的倍数.      

       }else bi4width=hbmp.bmiHeader.biWidth*2;              //刚好为4的倍数

      if(res==FR_OK)//创建成功

       {

              res=f_write(f_bmp,(u8*)&hbmp,bmpheadsize,&bw);//写入BMP首部

              for(ty=y+height-1;hbmp.bmiHeader.biHeight;ty--)

              {

                     pixcnt=0;

                    for(tx=x;pixcnt!=(bi4width/2);)

                     {

if(pixcnt

//读取坐标点的值

                            else databuf[pixcnt]=0Xffff;//补充白色的像素. 

                            pixcnt++; tx++;

                     }

                     hbmp.bmiHeader.biHeight--;

                     res=f_write(f_bmp,(u8*)databuf,bi4width,&bw);//写入数据

              }

              f_close(f_bmp);

       }        

#if BMP_USE_MALLOC == 1     //使用malloc 

       myfree(SRAMIN,databuf);   

       myfree(SRAMIN,f_bmp);           

#endif    

       return res;

}

该函数实现了对LCD屏幕的任意指定区域进行截屏保存，用到的方法就是48.1节我们所介绍的方法，该函数实现了将LCD任意指定区域的内容，保存个为16位BMP格式，存放在指定位置（由filename决定）。注意，代码中的BMP_USE_MALLOC是在bmp.h定义的一个宏，用于设置是否使用malloc，本章我们选择使用malloc。

保存bmp.c，然后在bmp.h里面添加bmp_encode函数的申明，并保存bmp.h文件。

剩下的，我们就只需要修改主函数即可了，打开test.c，修改该文件代码如下：

//省略部分代码 

此部分代码，和第四十一章的代码有点类似，只是这里我们多了一个camera_new_pathname函数，用于获取新的bmp文件名字（不覆盖旧的）。在main函数里面，我们通过WK_UP按键控制拍照（调用bmp_encode函数实现），其他部分我们就不多介绍了，至此照相机实验代码编写完成。

最后，本实验可以通过USMART来测试BMP编码函数，将bmp_encode函数添加到USMART管理，即可通过串口自行控制拍照，方便测试。

48.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，得到如图48.4.1所示界面：

 

图48.4.1 程序运行效果图

随后，进入监控界面。此时，我们可以按下WK_UP即可进行拍照。拍照得到的照片效果如图48.4.2所示：

 

图48.4.2 拍照样图

       最后，我们还可以通过USMART调用bmp_encode函数，实现串口控制拍照，还可以拍成各种尺寸哦（不过必须小于240*320）！

 

)databuf[pixcnt]=lcd_readpoint(tx,ty)>