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(49)STM32——照相机实验

2023-02-18 16:23:34 时间

目录

学习目标

图片格式

BMP

组成

编码 

步骤

JPG

编码

拍照步骤

配置

代码

总结 


学习目标

        本节我们学习的是照相机实验,主要的功能就是将照片拍下,然后把数据解码,最后将图片数据保存到SD卡里,在运用上节课的图片显示实验来显示。

图片格式

BMP

  • 全称BitMap,是Windows中的标准图像文件格式,后缀名为:“.bmp”。
  • 采用位映射存储方式,除图像深度可选外,不做任何压缩。
  • 图像深度可选:1、4、8、16、24、32bit。
  • BMP文件存储数据时,图像的扫描方式是按照从左到右、从上到小的顺序。
  • 优点:但是没有任何失真,图片保存完好。
  • 缺点:图片占用空间大。

组成

  1. 位图头文件数据结构,它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息;
  2. 位图信息数据结构,它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法,以及定义颜色等信息;
  3. 调色板,这个部分可选,有些位图需要调色板,有些位图不需要调色板(比如:24位的BMP);
  4. 位图数据,这部分的内容根据BMP位图使用的位数不同而不同,在24位图中直接使用RGB,而其他的小于24位的使用调色板中颜色索引值。

BMP文件头 

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文件头结构体定义如下:

//BMP文件头
typedef  __packed struct
{
  u16 bfType;     //文件标志,只对‘B’‘M’,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)开始之间的偏移量
}BITMAPFILEHADER;

位图信息头 

        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。 BMP位图信息头结构体定义如下:         设置biCompression的值时一般不会设置为BI_RLE84和BI_RLE8,经常设置为BI_BITFIELDS如果是16位图时会直接设置为BI_BITFIELDS。biSizeImage是根据biWidth、 biHeight、biBitCount计算出一个字节数来设置。剩下的几个一般设置为0。

typedef __packed struct
{
    u32 biSize ;	  	        //说明BITMAPINFOHEADER结构(本结构体)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:
			                    //0:BI_RGB:没有压缩;
			                    //1: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 
   			                    //2: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
  			                    //3: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。 

颜色表 

        颜色表(调色板):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,如下所示:

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 ;

        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,BITMAPINFO结构定义如下:

typedef __packed struct
{
  BITMAPFILEHADER bmfHeader;
  BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
  RGBQUAD bmiColors[1];
}BITMAPINFO;

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。位图一个像素值所占字节数:

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=16,即高彩色(65K色)。当biCompression=BI_RGB(0),则采用RGB555格式,最高位恒为0;当biCompression= BI_BITFIELDS(3),则在原来调色板位置用3个DWORD类型的掩码替换,分别代表红、绿、蓝三色的掩码,一般是: 0X7C00(高5位)、0X03E0(中6位)、0X001F(低5位)。

编码 

        我们采用16位BMP编码(因为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;   

RGB_MASK[3],即颜色掩码,分别代表红、绿、蓝三色的掩码,分别是: 0X7C00、0X03E0、0X001F。

步骤

  1. 创建BMP位图信息(上面的结构体),并初始化各个相关信息。首先,我们要设置BMP图片的分辨率为LCD分辨率、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)(SD卡或U盘),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

JPG

  • JPG是Joint  Photographic Experts Group(联合图像专家小组)的缩写,是第一个国际图像压缩标准。后缀名为:“.JPEG”
  • JPEG图像压缩算法能够在提供良好的压缩性能的同时,具有比较好的重建质量,被广泛应用于图像处理领域。
  • 采用有损压缩格式,能够将图像压缩在很小的存储空间。压缩技术先进,允许用不同的压缩比例对文件进行压缩,支持多种压缩级别。压缩比越大品质越低。
  • 在图像质量和存储空间之间选择一个平衡点

编码

  1. 使用正向离散余弦变换(Forward Discrete Cosine Transform,FDCT)把空间域表示的图变换成频率域表示的图。        
  2. 使用加权函数对DCT系数进行量化,这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。        
  3. 使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。

拍照步骤

  1. 初始化STM32F4的DCMI接口和OV2640模块。首先,我们要初始化STM32的DCMI接口(包括开启DMA和相关中断)和相关IO,然后配置好OV2640输出JPEG数据流。
  2. 读取OV2640模块的数据。在DCMI接口的驱动下,有序读取OV2640输出的JPEG数据流,我们采用DMA双缓冲来接收JPEG数据流,并将这些数据及时搬运到外部SRAM(不能直接将OV2640的数据输出到外部SRAM因为外部SRAM速度跟不上,通过DMA的传输完成中断来处理)。
  3. 保存JPEG数据。在采集完一帧JPEG数据后,利用fatfs,创建一个.jpg文件,然后将存储在外部SRAM的数组(以0XFF,0XD8开头)存储在这个文件里面,最后调用f_close关闭文件,即可实现JPEG拍照保存。

配置

本例程使用DMA的双缓冲机制来读取,DMA双缓冲读取JPEG数据框图如下图:

  • DMA接收来自OV2640的JPEG数据流,首先使用M0AR(内存1)来存储,当M0AR满了以后,自动切换到M1AR(内存2),同时程序读取M0AR(内存1)的数据到外部SRAM;当M1AR满了以后,又切回M0AR,同时程序读取M1AR(内存2)的数据到外部SRAM;依次循环(此时的数据处理,是通过DMA传输完成中断实现的,在中断里面处理),直到帧中断,结束一帧数据的采集,读取剩余数据到外部SRAM,完成一次JPEG数据的采集。      
  • 这里,M0AR,M1AR所指向的内存,必须是内部内存,不过由于采用了双缓冲机制,我们就不必定义一个很大的数组,一次性接收所有JPEG数据了,而是可以分批次接收,数组可以定义的比较小。最后,将存储在外部SRAM的jpeg数据,保存为.jpg/.jpeg存放在SD卡,就完成了一次JPEG拍照。

代码

给出main函数的部分代码。

 while(1)
	{	
		key=KEY_Scan(0);//不支持连按
		if(key)
		{
			DCMI_Stop(); //停止显示 
			if(key==WKUP_PRES) 
			{
				scale=!scale;  
				if(scale==0)
				{
                    if(lcddev.id == 0X5510)
                    {
                        SCCB_WR_Reg(0xd3,0x02);
                    }
					OV2640_ImageWin_Set((1600-lcddev.width)/2,(1200-lcddev.height)/2,lcddev.width,lcddev.height);//1:1真实尺寸
					OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 
					sprintf((char*)msgbuf,"Full Size 1:1");
				}else 
				{
					OV2640_ImageWin_Set(0,0,1600,1200);				//全尺寸缩放
					OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 
					sprintf((char*)msgbuf,"Scale");
				}
				LCD_ShowString(30,50,210,16,16,msgbuf);//显示提示内容
				delay_ms(800); 	
			}else if(sd_ok)//SD卡正常才可以拍照
			{    
				sw_sdcard_mode();	//切换为SD卡模式
				if(key==KEY0_PRES)	//BMP拍照
				{
					camera_new_pathname(pname,0);//得到文件名	
					res=bmp_encode(pname,0,0,lcddev.width,lcddev.height,0);
				}else if(key==KEY1_PRES)//JPG拍照
				{
					camera_new_pathname(pname,1);//得到文件名	
					res=ov2640_jpg_photo(pname);
					if(scale==0)
					{
						OV2640_ImageWin_Set((1600-lcddev.width)/2,(1200-lcddev.height)/2,lcddev.width,lcddev.height);//1:1真实尺寸
						OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 
					}else 
					{
						OV2640_ImageWin_Set(0,0,1600,1200);	//全尺寸缩放 
					}
					OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 					
				}
				sw_ov2640_mode();	//切换为OV2640模式
				if(res)//拍照有误
				{
					Show_Str(30,130,240,16,"写入文件错误!",16,0);		 
				}else 
				{
					Show_Str(30,130,240,16,"拍照成功!",16,0);
					Show_Str(30,150,240,16,"保存为:",16,0);
					Show_Str(30+42,150,240,16,pname,16,0);		    
					BEEP=1;	//蜂鸣器短叫,提示拍照完成
					delay_ms(100);
				}   			
			}else //提示SD卡错误
			{					    
				Show_Str(30,130,240,16,"SD卡错误!",16,0);
				Show_Str(30,150,240,16,"拍照功能不可用!",16,0);			    
			}   	
			BEEP=0;			//关闭蜂鸣器 
			if(key!=WKUP_PRES)delay_ms(1800);//非尺寸切换,等待1.8秒钟
			DCMI_Start(); 	//停止显示  
		} 
        if (hsync_int)  //刚刚产生帧中断,可以延时
        {
            delay_ms(10);
            hsync_int = 0;
        }
		i++;
		if(i==20)//DS0闪烁.
		{
			i=0;
			LED0=!LED0;
 		}

总结 

        本实验还是挺有趣的,和前面结合在一起,但没能完全掌握,还得慢慢理解。