Linux应用开发-LCD显示BMP图片

DS小龙哥 发表于 2022/01/24 00:30:32 2022/01/24
【摘要】 BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式,是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准,在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。BMP格式的图片存放的就是原始的RGB数据,一般没有做压缩,也就是图片的画质是最原始的。

1. 前言

BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式,是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准,在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。BMP格式的图片存放的就是原始的RGB数据,一般没有做压缩,也就是图片的画质是最原始的,也导致BMP图片占用的内存非常大。现在常用的jpg、jpeg格式都是压缩格式,保存的时候通过算法编码压缩,显示的时候再解压成RGB数据渲染显示。

BMP格式在嵌入式设备里用的还是较多的,BMP虽然占用内存大,优点是显示速度快,因为不需要解码,在性能一般,不是很强的设备上使用BMP显示效率较高。

为了解BMP格式,这篇文章就采用Linux开发板作为实验平台,在LCD屏上读取BMP图片,完成绘制,不需要借助任何第三方库,全部由纯C语言代码一行一行敲出来,深入理解Linux下帧缓冲编程框架、BMP图片的存储结构原理。

一般BMP图片由以下4个部分组成:
1:文件头
2:图像参数
3:调色板
4:位图数据

现在一般采用的图片都是RGB888,24位真彩色,就没有调色板,只有3个部分组成。

其中文件头存放图片的属性,位图数据偏移量。图像参数存放图片的宽高、像素位数等信息。位图数据就是存储的原始RGB数据,可以直接在LCD屏上显示。

下面列出BMP图片的结构:

image-20220124001914847

image-20220124001941914

位图数据存储规则:

(1)每行的字节数必须是4的倍数,如果不是,则需要用0补齐。
(2)BMP位图数据的存放是从下到上,从左到右的。先读最后一行,读完后在读倒数第二行。

image-20220124002345869

按照上面的介绍,就可以定义一个BMP解码专用的结构体,对应文件里每个字节数据,结构体成员变量必须按照上面截图里的说明定义。整个结构体还需要进行强制1个字节对齐,不然每个编译器对结构体的空间开辟规则有差异,会导致数据错位。

#pragma pack(1) //强制1个字节对齐
//BMP的文件头
struct _BMP_HEAD
{
    char type[2]; //图片的类型 "BM"
    unsigned int size; //文件大小
    unsigned short  r1; //保留1
    unsigned short  r2; //保留2
    unsigned int seek; //数据偏移字节(真实像素点数据)
};

//BMP的参数信息
struct _BMP_INFO
{
    unsigned int size; //当前结构体大小
    unsigned int w; //宽度
    unsigned int h; //高度
    unsigned short flag; //固定为1
    unsigned short bit; //像素点的位数
    unsigned int r1; //压缩方式  0
    unsigned int r2; //水平分辨率
    unsigned int r3; //垂直分辨率
    unsigned int r4; //垂直分辨率
    unsigned int r5; //引用色彩
    unsigned int r6; //关键色彩
};

2. 实现代码

要在LCD屏上完成BMP图片的显示,编写代码需要分几步完成,先编写LCD屏的基本显示代码,封装画点函数,LCD屏测试没有问题之后,再编写BMP解码代码,完成图片的渲染显示。

2.1 封装LCD屏画点函数

#include <stdio.h>
#include <linux/fb.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
unsigned char *fb_mem;
struct fb_var_screeninfo var;//可变参数
struct fb_fix_screeninfo fix;//固定参数


/*画点*/
void show_pixel(int x,int y,int color)
{
	unsigned long  *show32 = NULL;
	/* 定位到LCD屏上的位置*/
	show32=(unsigned long*)(fb_mem+y*var.xres*var.bits_per_pixel/8 + x*var.bits_per_pixel/8); 
  *show32 =color;  /*向指向的LCD地址赋数据*/
}


int main(int argc,char**argv)
{

	 int fb;
	 fb=open("/dev/fb0",2);
	 if(fb<0)
	 	{
	 	   printf("fb0打开失败!\n");
	 	   return -1;	
	 	}
	 	
	 /*1. 获取可变参数*/
	 ioctl(fb,FBIOGET_VSCREENINFO,&var);
	 printf("x=%d\n",var.xres);
	 printf("y=%d\n",var.yres);
	 printf("bit=%d\n",var.bits_per_pixel);
	 
	 /*2. 获取固定参数*/
	 ioctl(fb,FBIOGET_FSCREENINFO,&fix);
	 printf("line_byte=%d\n",fix.line_length);
	 printf("smem_len=%d\n",fix.smem_len);
	 
	 /*3. 映射LCD地址*/
	 fb_mem=mmap(NULL,fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0);
	 
	 int i,j;
	 for(i=0;i<var.xres;i++)
	 {
	      for(j=0;j<var.yres;j++)
	      {
	           show_pixel(i,j,0xFF3333);
	      }	
	 }
	 return 0;	
}

2.2 显示BMP图片

在工程目录下准备几张测试的BMP图片,程序运行时,在命令行上传入要显示的图片文件地址接口。

image-20220124002843632

#include <linux/fb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>

#pragma pack(push) /* 将当前pack设置压栈保存 */
#pragma pack(1)    /* 必须在结构体定义之前使用,这是为了让结构体中各成员按1字节对齐 */

/* 1、需要文件信息头:14个字节 */
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */
	unsigned short bfType;      //保存图片类似。 'BM'
	unsigned long  bfSize;      //图片的大小
	unsigned short bfReserved1;
	unsigned short bfReserved2; 
	unsigned long  bfOffBits;  //RGB数据偏移地址
}BITMAPFILEHEADER;

/* 位图信息头 */
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { /* bmih */
	unsigned long  biSize;      //结构体大小
	unsigned long  biWidth;		//宽度
	unsigned long  biHeight;	//高度
	unsigned short biPlanes;
	unsigned short biBitCount;	//颜色位数
	unsigned long  biCompression;
	unsigned long  biSizeImage;
	unsigned long  biXPelsPerMeter;
	unsigned long  biYPelsPerMeter;
	unsigned long  biClrUsed;
	unsigned long  biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;
#pragma pack(pop) /* 恢复先前的pack设置 */


unsigned char *fbmem=NULL;
struct fb_var_screeninfo var;
struct fb_fix_screeninfo fix;
static int iFileSize = 0;




void show_pixel(int x,int y,int color)
{
	unsigned char *show8=NULL;
	unsigned short *show16=NULL;
	unsigned long *show32 = NULL;
	int red;
	int green;
	int blue;
	/* 定位到LCD屏上的位置 */
	show8 = fbmem + y*var.xres*var.bits_per_pixel/8 + x*var.bits_per_pixel/8;
	show16 = (unsigned short *)show8;
	show32 = (unsigned long *)show8;
	switch(var.bits_per_pixel)
	{
		case 8:

		{
			*show8 = color;
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* RGB:565 */
			red = (color >> 16)&0xff;
			green = (color >> 8)&0xff;
			blue  = color&0xff;
			color = ((red>>3)<<11) | ((green>>2)<<6) |(blue>>3);
			*show16 = color;
			break;
		}
		case 32:
		{
			*show32 = color;
			break;
		}
		default:break;
	}
	
	
}

/*映射图片地址*/
static unsigned char *getbmpadd(char *name)
{
	unsigned char *bmpmem = NULL;
	FILE* filp;
	int fd;
	struct stat t_stat;
	/* 以r+可读可写方式打开name */
	filp = fopen(name,"r+");
	if(filp == NULL)
	{
		printf("can't open %s\n",name);
		return NULL;
	}
	/* 把文件指针转化为文件描述符 */
	fd = fileno(filp);
	/* 获取文件大小 */
	fstat(fd, &t_stat);
	iFileSize = t_stat.st_size;
	/* 映射 */
	bmpmem = mmap(NULL,iFileSize,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd, 0);
	if(bmpmem == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap..\n");
		return NULL;
	}
	return bmpmem;
}
void bmp_destroy(unsigned char *bmpmem)
{
	munmap(bmpmem,iFileSize);
}

void Convert_One_Line(unsigned char *src,unsigned char *dst,int iWidth)
{
	unsigned char *show8=NULL;
	unsigned short *show16=NULL;
	unsigned long *show32 = NULL;
	unsigned char *buf = src;
	int red;
	int green;
	int blue;
	int i;
	/* 定位到LCD屏上的位置 */
	show8 = dst;
	show16 = (unsigned short *)show8;
	show32 = (unsigned long *)show8;
	
	for(i=0;i<iWidth;i++)
	{
		blue 	= *buf++;
		green 	= *buf++;
		red 	= *buf++;
		switch(var.bits_per_pixel)
		{
			case 16:
			{
				/* RGB:565 */
				*show16 = ((red>>3)<<11) | ((green>>2)<<6) |(blue>>3);
				show16++;
				break;
			}
			case 32:
			{
				*show32 = (red<<16)|(green<<8)|blue;
				show32++; // 4个字节
				break;
			}
			default:break;
		}
	}
}


/* 获取颜色阵列数据 */
int getbmpandshow(unsigned char *bmpmem)
{
	/* 定义文件信息头 */
	BITMAPFILEHEADER *bithead;
	/* 定义文件参数信息 */
	BITMAPINFOHEADER *bitinfo;
	

	unsigned char *src=NULL;
	unsigned char *dst=NULL;
	int iWidth;
	int iHeight;
	int iBpp;
	int iLineWidth;
	int iRealLineWidth;
	int iFbLineWidth;
	int i=0;
	
	/* 获取文件信息头起始地址 */
	bithead =(BITMAPFILEHEADER *)bmpmem;
	/* 获取位图信息头起始地址 */
	bitinfo = (BITMAPINFOHEADER *)(bmpmem + sizeof(BITMAPFILEHEADER));
	
	iWidth  = bitinfo->biWidth;
	iHeight = bitinfo->biHeight;
	iBpp  	= bitinfo->biBitCount;
	printf("iWidth = %d\n",iWidth);
	printf("iHeight = %d\n",iHeight);
	printf("iBpp = %d\n",iBpp);
	
	/* 找到颜色阵列,RGB数据的起始地址 */
	src = bmpmem + bithead->bfOffBits;
	
	/* 得到图片一行字节数 */
	iLineWidth = iWidth*iBpp/8; 

	/* 向4取整,保证一行必须是4的倍数 */ 
	iRealLineWidth = (iLineWidth+3)&~0x3;  //  iLineWidth % 4  =0

	/* src指向图片RGB数据最后一行的首地址*/
	src += iRealLineWidth*(iHeight-1);

	/* LCD屏一行的总字节数  */
	iFbLineWidth = var.xres * var.bits_per_pixel/8;

    /*dst指向LCD的首地址*/
	dst = fbmem;

	for(i=0;i<iHeight;i++)
	{
		Convert_One_Line(src,dst,iWidth);
		src -= iRealLineWidth;
		dst += iFbLineWidth;
	}
	return 0;
}

int lcd_init(char *name)
{
	/* 1、打开/dev/fb0 */
	int fd;
	fd = open(name,2);
	if(fd <= 0)
	{
		printf("open is error!!\n");
		return -1;
	}
	/* 2、获取可变参数,固定参数 */
	/* 2.2、FBIOGET_VSCREENINFO获取可变参数:x,y,bpp */
	ioctl(fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&var);
	printf("x=%d\n",var.xres);
	printf("y=%d\n",var.yres);
	printf("bpp=%d\n",var.bits_per_pixel);
	printf("oursize=%d\n",var.xres*var.yres*var.bits_per_pixel/8);
	/* 2.2、FBIOGET_FSCREENINFO获取固定参数:显存大小 */
	ioctl(fd,FBIOGET_FSCREENINFO,&fix);
	printf("size=%d\n",fix.smem_len);

	/* 3、获取显存虚拟起始地址 */
	/*
	 * start:虚拟起始地址 null 自动分配
	 * length: 映射的大小
	 * prot :权限 PROT_READ | PROT_WRITE
	 * flags : MAP_SHARED
	 * fd:文件描述符
	 */
	fbmem =(unsigned char *)mmap(NULL,fix.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd, 0);
	if(fbmem == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("mmap error!!!\n");
		munmap(fbmem,fix.smem_len);
		return -1;
	}
	return 0;
}

int main(int argc,char **argv)
{
	unsigned char *bmpmem;
	if(argc!=3)
	{
		printf("Usage :\n");
		printf("%s <display_car> <bmp_name>\n",argv[0]);
		return -1;
	}
	lcd_init(argv[1]);

	/* 4、清屏 */
	memset(fbmem,0x0,fix.smem_len);
	
	/* 4.1、显示图片-映射图片地址 */
	bmpmem = getbmpadd(argv[2]); 
	if(NULL == bmpmem)
	{
		printf("can't get bmp address!!\n");
		return -1;
	}
	getbmpandshow(bmpmem); // 显示图片
	bmp_destroy(bmpmem); //释放映射的空间
	return 0;
}
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