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矢量字庫在嵌入式機頂盒中的應(yīng)用
單片機及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：華中師范大學(xué) 萬 偉 陳明宏 夏洪星摘要：介紹嵌入式數(shù)字衛(wèi)星接收機的字符顯示原理。提出一種提取Windows矢量字庫信息以及將其轉(zhuǎn)換為點陣字庫格式的方法。給出主要模塊的流程圖和VC程序?qū)崿F(xiàn)。在DVB-S接收機頂盒系統(tǒng)中的應(yīng)用驗證了該方法的有效性。
引言
在當前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，廣泛涉及到字符和圖標的顯示。過去的方法通常是使用硬件自帶字庫或者轉(zhuǎn)換中文操作系統(tǒng)（例如UCDOS）的點陣字庫，但隨著嵌入式開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，人們對用戶界的要求也越來截止高，大小固定、字體有限、使用不便的點陣字庫已經(jīng)難再滿足要求。于是眾多開發(fā)人員將目光投向了Windows操作系統(tǒng)豐富的字庫和圖標資源，以Widnows 2000系統(tǒng)為例，其OpenType矢量字庫有基于Unicode內(nèi)碼的四萬多個字符，特殊符號以及近百種字體可以選用。但是Windows系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以直接提取矢量字庫，并且矢量字庫解析算法涉及到Micorosoft和Adobe公司OpenType字體專利，這些問題為Windows字庫的使用帶來了很大的困難。
在筆者參與的DVB-S數(shù)字衛(wèi)星接收機頂盒用戶界面的設(shè)計工作中，也遇到了同樣的問題。按照設(shè)計要求，需要用到一套完備的，支持包括俄、德、拉丁、阿拉伯等多種語言和特殊符號的小型字庫，但是難以找到合適的現(xiàn)成字庫，在參考了一些商業(yè)字模提取軟件的功能后，提出了一種提取Windows矢量字符以及圖標資源的方法，并用Visual C 6.0程序?qū)崿F(xiàn)。實際應(yīng)用表明，用本方法生成的字庫字形美觀，字體多樣，完全可以替代商業(yè)字庫，同時還具有使用方便，便于擴展等優(yōu)點。
1 機頂盒圖文顯示原理
機頂盒中文字和位圖的顯示是通過OSD（圖文屏顯技術(shù)）模塊完成的。傳統(tǒng)的屏顯示OSD主要應(yīng)用在VCR、LD和電視機上，采用專用的芯片修改屏幕上指定部位的信號的角度和亮度，實現(xiàn)模擬視頻的同步改變，從而達到顯示的目的。含有OSD的視頻輸出信號在屏幕上從底向上以6個層次顯示：邊界顏色、靜止視頻圖像、活動視頻圖像、OSD背窗口、OSD位圖區(qū)域和OSD硬件游標。本文介紹的機頂盒系統(tǒng)是基于ST公司的方案，接收機軟件是ST公司為其數(shù)字衛(wèi)星接收機硬件評估板配套提供的。其主芯片采用Sti5518微控制器，內(nèi)部集成OSD處理單元。OSD功能模塊框圖如圖1所示。
圖1
OSD功能模塊位于NTSC/PAL/SECAM編碼之前，包括一張顏色查找表（LUTs）、Alpha混合濾波器和控制邏輯單元，所有子功能先于將信息從重建緩沖區(qū)傳到SDRAM或與其它靜態(tài)圖像混合前執(zhí)行。
當要輸出圖文信息時，將字符圖標的位圖信息送至OSD位圖區(qū)域的相應(yīng)位置。OSD位圖區(qū)域由其頭部定義，每個OSD頭主要包括OSD顯示短形區(qū)域的起始位置、大小及兩個分別指向頂場和底場圖像數(shù)據(jù)的指針（這是針對隔行掃描顯示方式；對于逐行掃描，這兩個指針向同一塊內(nèi)存區(qū)域），還有一個指向下一個OSD位圖數(shù)據(jù)頭的指針。由于采用了這種基于指針的OSD數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，理論上OSD位圖數(shù)據(jù)塊的數(shù)目不受限制，實際上它要受到內(nèi)存大小的限制。頭部不僅定義了位圖區(qū)域的尺寸、位置以及及顏色信息，而且提供了顏色表更新等功能。字符的顏色設(shè)置使用OSD處理單元（LUT）的顏色查找表，也稱做調(diào)色板。2位的LUT意味著有4種顏色可以選擇，并且位圖中的每個像素僅占有存儲單元的2位。如果是透明文字，還要把第一個像素的調(diào)色板顏色值定為透明色掩碼值，這個過程由Alpha混合處理完成。如果輸出像素不在OSD區(qū)域，停止處理視頻接口處理器數(shù)據(jù)；如果輸出像素在OSD區(qū)域，OSD數(shù)據(jù)或OSD和視頻接口處理數(shù)據(jù)的混合數(shù)據(jù)經(jīng)Alpha混合濾波處理后以16位YC（Cb,Cr）格式傳輸。對于調(diào)色板顏色值是透明的情況，則直接傳送視頻數(shù)據(jù)而略過OSD位圖數(shù)據(jù)。
OSD的軟件部分可以分為兩部分：硬件抽象層和圖形函數(shù)接口。OSD模塊軟件部分為整個系統(tǒng)軟件部分提供一系列的圖形函數(shù)接口，是實現(xiàn)圖文顯示的基礎(chǔ)，也是給用戶提供一個方便直觀的圖形文字交互方式的保障。本文中硬件抽象層為ST公司提供的STAPI函數(shù)庫，圖形函數(shù)接口在中間件的基礎(chǔ)上自行開發(fā)。
由此可見，在機頂盒系統(tǒng)中字符輸出有三個主要步驟：①系統(tǒng)專用字庫的建立；②字符數(shù)據(jù)的查找；③調(diào)用OSD模塊功能將字符在屏幕上輸出。下面介紹如何通過轉(zhuǎn)換Windows矢量字符，建立一套功能完善，使用方便的字庫系統(tǒng)。
2 提取矢量字符
Winodws矢量字庫存儲漢字的矢量圖形。因為存儲的是筆樣條，對于字符做旋轉(zhuǎn)、縮放、甚至三維拉伸都不會產(chǎn)生失真，但在字符顯示的時候需要計算樣條曲線而增加了計算量。由于嵌入式系統(tǒng)只是針對專一控制應(yīng)用的系統(tǒng)，處理器的性能和資源還不如PC機，一般使用的仍然是點陣字庫。本文介紹的DVB-S機頂盒系統(tǒng)同樣沒有直接使用矢量字庫；而是通過提取Windows中矢量字庫的方法將矢量字符轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的點陣信息。在本開發(fā)方案中，字庫文件中所有漢字的字模信息和圖標信息被存儲到兩個大的數(shù)組中，并作為一個頭文件包含在漢字顯示模塊中。利用計算出的偏移值得到字模數(shù)組中的下標，從而得到漢字存放在數(shù)組中的字模點陣信息。使用程序存儲器空間做字庫，這在漢字用量不大的情況下是一種較完美的解決方案。本系統(tǒng)中負責(zé)屏顯功能的API函烽是STOSD函數(shù)庫，里面已把位圖的寬度定義為32像素的整數(shù)倍。這是由于系統(tǒng)的內(nèi)存操作函數(shù)只能對16字節(jié)整數(shù)倍的塊進行拷貝操作，否則內(nèi)存只能一個字節(jié)一個字節(jié)地填充，速度非常慢。例如在16色的調(diào)色板情況下，無論是24×24點陣還是32×32點陣，基于字符單元寬度統(tǒng)一為32像素。一個寬為32像素，高為28像素的基本字符點陣信息需要一個大小為28字節(jié)的整型數(shù)組為記錄。以開發(fā)方案為例，大小為500字符的24×24點陣小型字庫將需要24 000字節(jié)的ROM空間。
轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是要獲得矢量字庫的點陣信息。程序中，回避了較困難的直接解板矢量字庫問題，巧妙地從PC顯示緩沖區(qū)中獲得位映像數(shù)據(jù)，再將其轉(zhuǎn)換成OSD模塊函數(shù)支持的點陣格式。位圖法轉(zhuǎn)換矢量字符的算法如下。
①把漢字以位圖的形式顯示在指定
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