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点阵字库的原理及与矢量字库的差别

电子设计 作者:电子设计 2018-09-23 10:01 次阅读

点阵字库的生产原理

所有的汉字或者英文都是下面的原理,由左至右,每8个点占用一个字节,最后不足8个字节的占用一个字节,而且从最高位向最低位排列。

生成的字库说明:(以12×12例子)

点阵字库的原理及与矢量字库的差别

一个汉字占用字节数:12÷8=1····4也就是占用了2×12=24个字节。

编码排序A0A0→A0FE A1A0→A2FE依次排列。

以12×12字库的“我”为例:“我”的编码为CED2,所以在汉字排在CEH-AOH=2EH区的D2H-A0H=32H个。所以在12×12字库的起始位置就是[{FE-A0}*2EH+32H]*24=104976开始的24个字节就是我的点阵模。

其他的类推即可。

英文点阵也是如此推理。

在DOS程序中使用点阵字库的方法

首先需要理解的是点阵字库是一个数据文件,在这个数据文件里面保存了所有文字的点阵数据。至于什么是点阵,我想我不讲大家都知道 的,使用过"文曲星"之类的电子辞典吧,那个的液晶显示器上面显示的汉子就能够明显的看出"点阵"的痕迹。在 PC 机上也是如此,文字也是由点阵来组成了,不同的是,PC机显示器的显示分辨率更高,高到了我们肉眼无法区分的地步,因此"点阵"的痕迹也就不那么明显了。

点阵、矩阵、位图这三个概念在本质上是有联系的,从某种程度上来讲,这三个就是同义词。点阵从本质上讲就是单色位图,他使用一个比特来表示一个点,如果这 个比特为0,表示某个位置没有点,如果为1表示某个位置有点。矩阵和位图有着密不可分的联系,矩阵其实是位图的数学抽象,是一个二维的阵列。位图就是这种 二维的阵列,这个阵列中的 (x,y) 位置上的数据代表的就是对原始图形进行采样量化后的颜色值。但是,另一方面,我们要面对的问题是,计算机中数据的存放都是一维的,线性的。因此,我们需要 将二维的数据线性化到一维里面去。通常的做法就是将二维数据按行顺序的存放,这样就线性化到了一维。

那么点阵字的数据存放细节到底是怎么样的呢。其实也十分的简单,举个例子最能说明问题。比如说 16*16 的点阵,也就是说每一行有16个点,由于一个点使用一个比特来表示,如果这个比特的值为1,则表示这个位置有点,如果这个比特的值为0,则表示这个位置没 有点,那么一行也就需要16个比特,而8个比特就是一个字节,也就是说,这个点阵中,一行的数据需要两个字节来存放。第一行的前八个点的数据存放在点阵数 据的第一个字节里面,第一行的后面八个点的数据存放在点阵数据的第二个字节里面,第二行的前八个点的数据存放在点阵数据的第三个字节里面,…,然后后 面的就以此类推了。这样我们可以计算出存放一个点阵总共需要32个字节。看看下面这个图形化的例子:

点阵字库的原理及与矢量字库的差别

可以看出这是一个"汉"字的点阵,当然文本的方式效果不是很好。根据上面的原则,我们可以写出这个点阵的点阵数 据:0x40,0x08,0x37,0xfc,0x10,0x08,…, 当然写这个确实很麻烦所以我不再继续下去。我这样做,也只是为了向你说明,在点阵字库中,每一个点阵的数据就是按照这种方式存放的。

当然也存在着不规则的点阵,这里说的不规则,指的是点阵的宽度不是8的倍数,比如 12*12 的点阵,那么这样的点阵数据又是如何存放的呢?其实也很简单,每一行的前面8个点存放在一个字节里面,每一行的剩下的4点就使用一个字节来存放,也就是说 剩下的4个点将占用一个字节的高4位,而这个字节的低4位没有使用,全部都默认的为零。这样做当然显得有点浪费,不过却能够便于我们进行存放和寻址。对于 其他不规则的点阵,也是按照这个原则进行处理的。这样我们可以得出一个 m*n 的点阵所占用的字节数为 (m+7)/8*n.

在明白了以上所讲的以后,我们可以写出一个显示一个任意大小的点阵字模的函数,这个函数的功能是输出一个宽度为w,高度为h的字模到屏幕的 (x,y) 坐标出,文字的颜色为 color,文字的点阵数据为 pdata 所指:

/*输出字模的函数*/

void _draw_model(char *pdata, int w, int h, int x, int y, int color)

{

int i; /* 控制行 */

int j; /* 控制一行中的8个点 */

int k; /* 一行中的第几个"8个点"了 */

int nc; /* 到点阵数据的第几个字节了 */

int cols; /* 控制列 */

BYTE static mask[8]={128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1}; /* 位屏蔽字 */

w = (w + 7) / 8 * 8; /* 重新计算w */

nc = 0;

for (i=0; i

{

cols = 0;

for (k=0; k

{

for (j=0; j<8; j++)

{

if (pdata[nc]&mask[j])

putpixel(x+cols, y+i, color);

cols++;

}

nc++;

}

}

}

代码很简单,不用怎么讲解就能看懂,代码可能不是最优化的,但是应该是最易读懂的。其中的 putpixel 函数,使用的是TC提供的 Graphics 中的画点函数。使用这个函数就可以完成点阵任意大小的点阵字模的输出。

接下来的问题就是如何在汉子库中寻址某个汉子的点阵数据了。要解决这个问题,首先需要了解汉字在计算机中是如何表示的。在计算机中英文可以使用 ASCII 码来表示,而汉字使用的是扩展 ASCII 码,并且使用两个扩展 ASCII 码来表示一个汉字。一个 ASCII 码使用一个字节表示,所谓扩展 ASCII 码,也就是 ASCII 码的最高位是1的 ASCII 码,简单的说就是码值大于等于 128 的 ASCII 码。一个汉字由两个扩展 ASCII 码组成,第一个扩展 ASCII 码用来存放区码,第二个扩展 ASCII 码用来存放位码。在 GB2312-80 标准中,将所有的汉字分为94个区,每个区有94个位可以存放94个汉字,形成了人们常说的区位码,这样总共就有 94*94=8836 个汉字。在点阵字库中,汉字点阵数据就是按照这个区位的顺序来存放的,也就是最先存放的是第一个区的汉字点阵数据,在每一个区中有是按照位的顺序来存放 的。在汉字的内码中,汉字区位码的存放实在扩展 ASCII 基础上存放的,并且将区码和位码都加上了32,然后存放在两个扩展 ASCII 码中。具体的说就是:

第一个扩展ASCII码 = 128+32 + 汉字区码

第二个扩展ASCII吗 = 128+32 + 汉字位码

如果用char hz[2]来表示一个汉字,那么我可以计算出这个汉字的区位码为:

区码 = hz[0] - 128 - 32 = hz[0] - 160

位码 = hz[1] - 128 - 32 = hz[1] - 160.

这样,我们可以根据区位码在文件中进行殉职了,寻址公式如下:

汉字点阵数据在字库文件中的偏移 = ((区码-1) * 94 + 位码) * 一个点阵字模占用的字节数

在寻址以后,即可读取汉字的点阵数据到缓冲区进行显示了。以下是实现代码:

/* 输出一个汉字的函数 */

void _draw_hz(char hz[2], FILE *fp, int x, int y, int w, int h, int color)

{

char fontbuf[128]; /* 足够大的缓冲区,也可以动态分配 */

int ch0 = (BYTE)hz[0]-0xA0; /* 区码 */

int ch1 = (BYTE)hz[1]-0xA0; /* 位码 */

/* 计算偏移 */

long offset = (long)pf->_hz_buf_size * ((ch0 - 1) * 94 + ch1 - 1);

fseek(fp, offset, SEEK_SET); /* 进行寻址 */

fread(fontbuf, 1, (w + 7) / 8 * h, fp); /* 读入点阵数据 */

_draw_model(fontbuf, w, h, x, y, color); /* 绘制字模 */

}

以上介绍完了中文点阵字库的原理,当然还有英文点阵字库了。英文点阵字库中单个点阵字模数据的存放方式与中文是一模一样的,也就是对我们所写的 _draw_model 函数同样可以使用到英文字库中。唯一不同的是对点阵字库的寻址上。英文使用的就是 ASCII 码,其码值是0到127,寻址公式为:

英文点阵数据在英文点阵字库中的偏移 = 英文的ASCII码 * 一个英文字模占用的字节数

可以看到,区分中英文的关键就是,一个字符是 ASCII 码还是扩展 ASCII 码,如果是 ASCII 码,其范围是0到127,这样是使用的英文字库,如果是扩展 ASCII 码,则与其后的另一个扩展 ASCII 码组成汉字内码,使用中文字库进行显示。只要正确区分 ASCII 码的类型并进行分别的处理,也就能实现中英文字符串的混合输出了。

点阵字库和矢量字库的差别

我们都只知道,各种字符在电脑屏幕上都是以一些点来表示的,因此也叫点阵。最早的字库就是直接把这些点存储起来,就是点阵字库。常见的汉字点阵字库有 16x16, 24x24 等。点阵字库也有很多种,主要区别在于其中存储编码的方式不同。点阵字库的最大缺点就是它是固定分辨率的,也就是每种字库都有固定的大小尺寸,在原始尺寸下使用,效果很好,但如果将其放大或缩小使用,效果就很糟糕了,就会出现我们通常说的锯齿现象。因为需要的字体大小组合有无数种,我们也不可能为每种大小都定义一个点阵字库。于是就出现了矢量字库。

矢量字库

矢量字库是把每个字符的笔划分解成各种直线和曲线,然后记下这些直线和曲线的参数,在显示的时候,再根据具体的尺寸大小,画出这些线条,就还原了原来的字符。它的好处就是可以随意放大缩小而不失真。而且所需存储量和字符大小无关。矢量字库有很多种,区别在于他们采用的不同数学模型来描述组成字符的线条。常见的矢量字库有 Type1字库和Truetype字库。

在点阵字库中,每个字符由一个位图表示,并把它用一个称为字符掩膜的矩阵来表示,其中的每个元素都是一位二进制数,如果该位为1表示字符的笔画经过此位,该像素置为字符颜色;如果该位为0,表示字符的笔画不经过此位,该像素置为背景颜色。点阵字符的显示分为两步:首先从字库中将它的位图检索出来,然后将检索到的位图写到帧缓冲器中。

在实际应用中,同一个字符有多种字体(如宋体、楷体等),每种字体又有多种大小型号,因此字库的存储空间十分庞大。为了减少存储空间,一般采用压缩技术。

矢量字符记录字符的笔画信息而不是整个位图,具有存储空间小,美观、变换方便等优点。例如:在AutoCAD中使用图形实体-形(Shape)-来定义矢量字符,其中,采用了直线和圆弧作为基本的笔画来对矢量字符进行描述。 对于字符的旋转、放大、缩小等几何变换,点阵字符需要对其位图中的每个象素进行变换,而矢量字符则只需要对其几何图素进行变换就可以了,例如:对直线笔画的两个端点进行变换,对圆弧的起点、终点、半径和圆心进行变换等等。

矢量字符的显示也分为两步。首先从字库中将它的字符信息。然后取出端点坐标,对其进行适当的几何变换,再根据各端点的标志显示出字符。

轮廓字形法是当今国际上最流行的一种字符表示方法,其压缩比大,且能保证字符质量。轮廓字形法采用直线、B样条/Bezier曲线的集合来描述一个字符的轮廓线。轮廓线构成一个或若干个封闭的平面区域。轮廓线定义加上一些指示横宽、竖宽、基点、基线等等控制信息就构成了字符的压缩数据。

如何使用Windows的系统字库生成点阵字库?

我的程序现在只能预览一个汉字的不同字体的点阵表达。

界面很简单: 一个输出点阵大小的选择列表(8x8,16x16,24x24等),一个系统中已有的字体名称列表,一个预览按钮,一块画图显示区域。

得到字体列表的方法:(作者称这一段是用来取回系统的字体,然后添加到下拉框中)

//取字体名称列表的回调函数,使用前要声明一下该方法

int CALLBACK MyEnumFontProc(ENUMLOGFONTEX* lpelf,NEWTEXTMETRICEX* lpntm,DWORD nFontType,long lParam)

{

CFontPeekerDlg* pWnd=(CFontPeekerDlg*) lParam;

if(pWnd)

{

if( pWnd->m_combo_sfont.FindString(0, lpelf->elfLogFont.lfFaceName) <0 )

pWnd->m_combo_sfont.AddString(lpelf->elfLogFont.lfFaceName);

return 1;

}

return 0;

}

//说明:CFontPeekerDlg 是我的dialog的类名, m_combo_sfont是列表名称下拉combobox关联的control变量

//调用的地方 (******问题1:下面那个&lf怎么得到呢……)

{

::EnumFontFamiliesEx((HDC) dc,&lf, (FONTENUMPROC)MyEnumFontProc,(LPARAM) this,0);

m_combo_sfont.SetCurSel(0);

}

字体预览:

如果点阵大小选择16,显示的时候就画出16x16个方格。自定义一个类CMyStatic继承自CStatic,用来画图。在CMyStatic的OnPaint()函数中计算并显示。

取得字体:

常用的方法:用CreateFont创建字体,把字TextOut再用GetPixel()取点存入数组。 缺点:必须把字TextOut出来,能在屏幕上看见,不爽。

我的方法,用这个函数:GetGlyphOutline(),可以得到一个字的轮廓矢量或者位图。可以不用textout到屏幕,直接取得字模信息

函数原型如下:

DWORD GetGlyphOutline(

HDC hdc, //画图设备句柄

UINT uChar, //将要读取的字符/汉字

UINT uFormat, //返回数据的格式(字的外形轮廓还是字的位图)

LPGLYPHMETRICS lpgm, // GLYPHMETRICS结构地址,输出参数

DWORD cbBuffer, //输出数据缓冲区的大小

LPVOID lpvBuffer, //输出数据缓冲区的地址

CONST MAT2 *lpmat2 //转置矩阵的地址

);

说明:

uChar字符需要判断是否是汉字还是英文字符。中文占2个字节长度。

lpgm是输出函数,调用GetGlyphOutline()是无须给lpgm 赋值。

lpmat2如果不需要转置,将 eM11.value=1; eM22.value=1; 即可。

cbBuffer缓冲区的大小,可以先通过调用GetGlyphOutline(……lpgm, 0, NULL, mat); 来取得,然后动态分配lpvBuffer,再一次调用GetGlyphOutline,将信息存到lpvBuffer. 使用完毕后再释放lpvBuffer.

程序示例:(***问题2:用这段程序,我获取的字符点阵总都是一样的,不管什么字……)

……前面部分省略……

GLYPHMETRICS glyph;

MAT2 m2;

memset(&m2, 0, sizeof(MAT2));

m2.eM11.value = 1;

m2.eM22.value = 1;

//取得buffer的大小

DWORD cbBuf = dc.GetGlyphOutline( nChar, GGO_BITMAP, &glyph, 0L, NULL, &m2);

BYTE* pBuf=NULL;

//返回GDI_ERROR表示失败。

if( cbBuf != GDI_ERROR )

{

pBuf = new BYTE[cbBuf];

//输出位图GGO_BITMAP 的信息。输出信息4字节(DWORD)对齐

dc.GetGlyphOutline( nChar, GGO_BITMAP, &glyph, cbBuf, pBuf, &m2);

}

else

{

if(m_pFont!=NULL)

delete m_pFont;

return;

}

编程中遇到问题:

一开始,GetGlyphOutline总是返回-1,getLastError显示是"无法完成的功能",后来发现是因为调用之前没有给hdc设置Font.

后来能取得pBuf信息后,又开始郁闷,因为不太明白bitmap的结果是按什么排列的。后来跟踪汉字"一"来调试(这个字简单),注意到了glyph.gmBlackBoxX 其实就是输出位图的宽度,glyph.gmBlackBoxY就是高度。如果gmBlackBoxX=15,glyph.gmBlackBoxY=2,表示输出的pBuf中有这些信息:位图有2行信息,每一行使用15 bit来存储信息。

例如:我读取"一":glyph.gmBlackBoxX = 0x0e,glyph.gmBlackBoxY=0x2; pBuf长度cbBuf=8 字节

pBuf信息: 00 08 00 00 ff fc 00 00

字符宽度 0x0e=14 则 第一行信息为: 0000 0000 0000 100 (只取到前14位)

第二行根据4字节对齐的规则,从0xff开始 1111 1111 1111 110

看出"一"字了吗?呵呵

直到他的存储之后就可以动手解析输出的信息了。

我定义了一个宏#define BIT(n) (1《(n)) 用来比较每一个位信息时使用

后来又遇到了一个问题,就是小头和大头的问题了。在我的机器上是little endian的形式,如果我用

unsigned long *lptr = (unsigned long*)pBuf;

//j from 0 to 15

if( *lptr & BIT(j) )

{

//这时候如果想用j来表示写1的位数,就错了

}

因为从字节数组中转化成unsigned long型的时候,数值已经经过转化了,像上例中,实际上是0x0800 在同BIT(j)比较。

不多说了,比较之前转化一下就可以了if( htonl(*lptr) & BIT(j) )

Unicode中文点阵字库的生成与使用

点阵字库包含两部分信息。首先是点阵字库文件头信息,它包含点阵字库文字的字号、多少位表示一个像素,英文字母与符号的size、起始和结束unicode编码、在文件中的起始偏移,汉字的size、起始和结束unicode编码、在文件中的起始偏移。然后是真实的点阵数据,即一段段二进制串,每一串表示一个字母、符号或汉字的点阵信息。

要生成点阵字库必须有文字图形的,我的方法是使用ttf字体。ttf字体的显示采用的是SDL_ttf库,这是开源图形库SDL的一个扩展库,它使用的是libfreetype以读取和绘制ttf字体。

它提供了一个函数,通过传入一个Unicode编码便能输出相应的文字的带有alpha通道的位图。那么我们可以扫描这个位图以得到相应文字的点阵信息。由于带有alpha通道,我们可以在点阵信息中也加入权值,使得点阵字库也有反走样效果。我采用两位来表示一个点,这样会有三级灰度(还有一个表示透明)。

点阵字库的显示首先需要将文件头信息读取出来,然后根据unicode编码判断在哪个区间内,然后用unicode编码减去此区间的起始unicode编码,算出相对偏移,并加上此区间的文件起始偏移得到文件的绝对偏移,然后读出相应位数的数据,最后通过扫描这段二进制串,在屏幕的相应位置输出点阵字型。

显示点阵字体需要频繁读取文件,因此最好做一个固定大小的缓存,采用LRU置换算法维护此缓存,以减少磁盘读取。

标准点阵字库芯片

标准点阵字库芯片的特点:

1.内涵全国信标委授权的标准点阵字型数据、

2.支持国标字符集GB2312(6,763汉字),GB18030(27,484汉字)。

3.支持多种点阵字型,包括11×12点,15×16点,24×24点,32×32点。

4.免除了字库烧录和测试工序,并节省了2%以上的烧录损耗。

5.价格相当于空白FLASH价格

标准点阵字库芯片的种类和应用

标准点阵汉字字库芯片

1 概述

GT23L24M1W是一款内含24X24点阵的汉字库芯片,支持GB18030国标汉字(含有国家信标委合法授权)及ASCII字符,排列格式为横置横排,用户通过字符内码,利用本手册提供的方法计算出该字符点阵在芯片中的地址,可从该地址连续读出字符点阵信息。

1.1 芯片特点

● 数据总线:

SPI 串行总线接口

PLII 精简地址并行总线接口

● 点阵排列方式:字节横置横排

● 访问速度:

SPI 时钟频率:20MHz(max.)

PLII 访问速度:130ns(max.)@3.3V

● 工作电压:2.7V~3.6V

电流

工作电流:12mA

待机电流:10uA

● 封装:SO20W

● 尺寸(SO20W):12.80mmX10.30mm

● 工作温度:-20℃~85℃(SPI 模式下);-10℃~85℃(PLII 模式下)

点阵字库的原理及与矢量字库的差别

1.2 字库内容

点阵字库的原理及与矢量字库的差别

字型样张

2 引脚描述与接口连接

2.1 引脚名称

2.2 SPI 接口引脚描述

串行数据输出(SO):该信号用来把数据从芯片串行输出,数据在时钟的下降沿移出。

串行数据输入(SI):该信号用来把数据从串行输入芯片,数据在时钟的上升沿移入。

串行时钟输入(SCLK):数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。

片选输入(CS#):所有串行数据传输开始于CE#下降沿,CE#在传输期间必须保持为低电平,在两条

指令之间保持为高电平。

总线挂起输入(HOLD#):

2.3 SPI 接口与主机接口电路示意图

SPI 与主机接口电路连接可以参考下图(#HOLD管脚建议接 2K 电阻 3.3V 拉高)。

若是采用系统电压为 5V的,则需要进行电平转换匹配连接 GT23 芯片,可以参考下图(#HOLD 管脚建议接 2K 电阻 3.3V 拉高)。

2.4 PLII 接口引脚描述

2.5 PLII 接口与主机接口电路示意图

SPI/PLII_SEL(管脚内部有 100K 上拉电阻)接地,字库芯片选择 PLII 接口模式,与主机接口电路连接可以参考下图。

2.6 PLII 总线接口寻址说明

在 PLII 总线模式下,芯片内部有 3个地址寄存器,主机需要把要读取数据的地址写入这 3个地址寄存器,然后再从数据寄存器中读出数据。主机每读一次数据寄存器,芯片内部的地址寄存器会自动增一,从而使主机只写一次首地址,就可以连续读取数据。

3 字库调用方法

3.1 汉字点阵排列格式

每个汉字在芯片中是以汉字点阵字模的形式存储的,每个点用一个二进制位表示,存 1的点,当显示

时可以在屏幕上显示亮点,存 0的点,则在屏幕上不显示。点阵排列格式为横置横排:即一个字节的高位

表示左面的点,低位表示右面的点(如果用户按 word mode读取点阵数据,请注意高低字节的顺序),排

满一行的点后再排下一行。这样把点阵信息用来直接在显示器上按上述规则显示,则将出现对应的汉字。

3.1.1 24X24点汉字排列格式

24X24 点汉字的信息需要 72个字节(BYTE 0 – BYTE 71)来表示。该 24X24 点汉字的点阵数据是横置横排的,其具体排列结构如下图:

命名规则:

最大字符集及字数

S:GB2312 6,763汉字

M:GB18030 27,484汉字

T:GB12345 6,866汉字

BIG5 5,401 / 13,060汉字

U:Unicode V3.0 27,484汉字

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    高通<b class='flag-5'>矢量字库</b>解决方案 —  16<b class='flag-5'>点阵字库</b>至192<b class='flag-5'>点阵</b>的字号

    单片机巧用Windows矢量字库

    1 引 言  单片机控制的LED、LCD显示屏均涉及到各种字体的汉字显示。建立单片机汉字字库的传统方法有使用硬件字库或者使用UCDOS的点阵字库。这些字库均非
    发表于 11-11 15:06 6次下载
    单片机巧用Windows<b class='flag-5'>矢量字库</b>

    显示屏点阵字库

    显示屏点阵字库
    发表于 04-06 09:19 7次下载