8位灰度图在LCD上显示

一、概述

1、灰度

　　灰度使用黑色调表示物体,即用黑色为基准色，不同的饱和度的黑色来显示图像。每个灰度对象都具有从 0%（白色）到灰度条100%（黑色）的亮度值。 使用黑白或灰度扫描仪生成的图像通常以灰度显示。

　　像素值量化后用一个字节（8 bits）来表示。如把有黑-灰-白连续变化的灰度值量化为256个灰度级，灰度值的范围为0~255，表示亮度从深到浅，对应图像中的颜色为从黑到白。黑白照片包含了黑白之间的所有的灰度色调，每个像素值都是介于黑色和白色之间的256种灰度中的一种。

2、灰度图

　 用灰度表示的图像称作灰度图，灰度图的RGB三通道满足关系式：R=G=B。

3、灰度图bmp文件格式

	偏移量	域的名称	大小	内容
图像文件头	0000h	标识符(Identifier)	2 bytes	两字节的内容用来识别位图的类型： ‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, …
	0002h	File Size	1 dword	用字节表示的整个文件的大小
	0006h	Reserved	1 dword	保留，设置为0
	000Ah	Bitmap Data Offset	1 dword	从文件开始到位图数据开始之间的数据 (bitmap data)之间的偏移量
	000Eh	Bitmap Header Size	1 dword	位图信息头(Bitmap Info Header)的长度，用来描述 位图的颜色、压缩方法等。下面的长度表示： 28h - Windows 3.1x, 95, NT, 0Ch - OS/2 1.x F0h - OS/2 2.x …
	0012h	Width	1 dword	位图的宽度，以像素为单位
	0016h	Height	1 dword	位图的高度，以像素为单位
	001Ah	Planes	1 word	位图的位面数
图像信息头	001Ch	Bits Per Pixel	1 word	每个像素的位数 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	压缩说明： 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	用字节数表示的位图数据的大小。该数必须是4的倍数
	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	位图使用的颜色数。如8-位/像素表示为100h或者 256.
	0032h	Important Colors	1 dword	指定重要的颜色数。当该域的值等于颜色数时，表示所有 颜色都一样重要
调色板数据	0036h	Palette	N * 4 byte	调色板规范。对于调色板中的每个表项，这4个字节用下述 方法来描述RGB的值： 1字节用于蓝色分量 1字节用于绿色分量 1字节用于红色分量 1字节用于填充符(设置为0)
图像数据	0436h	Bitmap Data	x bytes	该域的大小取决于压缩方法，它包含所有的位图数据字节 ，这些数据实际就是彩色调色板的索引号

example: gray.bmp

1）gray.bmp的图片信息

2）grap.bmp文件的数据

0000h: 标示符为“BM”

0002h: 文件大小为0x13036，也就是77878字节

0006h: 保留

000Ah：从文件开头到位图数据开始的偏移量为0x436

000Eh: 位图信息头的长度为0x28

0012h: 位图的宽度为0x140，也就是宽320个像素

0016h: 位图的高度为0xF0，也就是高为240个像素

001Ah: 位图为1帧

001Ch：像素的位数为8位

001Eh： 图片无压缩

0022H: 位图数据的大小为0x12C00，也就是76800个字节

0026H: 水平分辨率为7200

002Ah: 垂直分辨率为7200

002Eh: 位图使用的颜色数--该域并未赋值

0032h: 重要的颜色数--该域并未赋值

0036h-0435h: 调色板数据

0436h: 位图数据区

3）解读

　　位图数据区保存的是图片有效的数据，一个字节的存储单元对应图片的一个像素，一个字节的数值代表了对应像素的灰度值。本例图片是宽320*高240，位图数据区为76800个字节，算上头部的控制块为1078个字节，文件总大小为77878字节。

　　在显示的时候，从位图数据区读取数据，获得一个像素的灰度值后，就以灰度值为索引，从调色板区找出灰度值对应的rgb，然后再显示屏上显示出该像素。

☆ 注意

　　windows规定一个扫描行所占的字节数必须是4的倍数，不足的以0填充。假设一个图片款318个像素，实际上一行占据了320个字节。

4) bmp文件存储灰度图像的顺序

　　bmp文件存储图像的顺序是左下角-->右上角，也就是“从下到上，从左到右”。

　　那么在显示bmp图像时也要遵循这样的顺序，即是：由下而上，由左到右。倘若安装"从上到下，从左到右"，那么显示的图像实际上是关于Y轴翻转的。

测试bmp文件：

WinHex中对应的内容：

二、8位灰度格式转换到16位565RGB的格式

　　灰度图的RGB通道满足：R=G=B，以灰度值替换RGB三个通道就得到RGB格式的数据。考虑到LCD显示器的显示格式是5:6:5（r:g:b），而灰度值是8位灰阶，所以有如下的转换计算公式：

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位灰度值转换为16位的RGB公式为：

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

三、测试程序代码

/**
  * @brief  显示灰度图
  * @param  x,y : 显示在LCD上的坐标
  *         pic_name: 存储在SD卡根目录下的灰度文件名
  * @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(, &bmpfs[]);
    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");

        /* 读取文件头信息  两个字节*/
        f_read(&bmpfsrc,&fileType,sizeof(WORD),&read_num);     

        /* 判断是不是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");
        }        

        /* 读取BMP文件头信息*/
        f_read(&bmpfsrc,&bitHead,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),&read_num);
        showBmpHead(&bitHead);

        /* 读取位图信息头信息 */
        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;

    /* 计算位图的实际宽度并确保它为4的倍数    */
    l_width = WIDTHBYTES(width);
    if(l_width > )
    {
        BMP_DEBUG_PRINTF("\n SORRY, PIC IS TOO BIG (<=320)\n");
        return;
    }

    /* 设置Lcd Gram 扫描方向为: 右下角-> 左上角 */
    Lcd_GramScan();

    /* 开一个图片大小的窗口*/
    LCD_OpenWindow(x, y, width, height);

    /* 判断是否是8bit灰度图 */
    if(bitInfoHead.biBitCount == )
    {
        f_lseek(&bmpfsrc,0x0436);

        for(i=;i< height; i++)
        {
            /* 读取一行bmp的数据到数组pColorData里面 */
            f_read(&bmpfsrc,pColorData,l_width,&read_num);

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

参考资料：bmp头文件和8 bit 灰度图的显示

　　　　《STM32库开发实战指南》