基于嵌入式平臺的小型字庫設計

摘要：開發(fā)適用于嵌入式設備的小型字庫系統(tǒng)，介紹了字庫系統(tǒng)的設計原則及各字庫的編碼和顯示原理，系統(tǒng)已成功應用于一款有線數(shù)字電視接收機。

關鍵詞：點陣字庫；矢量字庫；嵌入式設備；查表法；地址映射

中圖分類號：TP334文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)34-1683-02

Designed of Small Font Based on Embedded Platform

CHEN Hui

(Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology， Zhongshan 528402， china)

Abstract: This paper develops small font system for embedded devices， introduced the character of the system design principles and character encoding and display principles， the system has been success-fully applied to a cable digital TV receiver.

Key words: dot-matrix font; vector font; embedded devices; look-up table method; address mapping

1 引言

文本顯示是用戶界面最基本的功能，為了增加界面的靈活性和美感，就需要有較為完備的字庫系統(tǒng)的支持。由于嵌入式設備的硬件條件不如PC機，因此我們不可能應用現(xiàn)在較為流行的TTF字庫。由于點陣字庫比較小，嵌入式設備目前主要使用點陣字庫，但點陣字庫不便于設計縮放、旋轉等，因此，小型矢量字庫已應用于很多嵌入式設備。本字庫系統(tǒng)就是結合使用了點陣字庫和矢量字庫。

2 字庫簡介

點陣字庫是把每一個字符定義成矩陣，點陣中的每個點只有一種狀態(tài)，有筆畫或無筆畫[1]。然后用每個點的虛實來表示漢字的輪廓，對應于二進制數(shù)字1表示有筆畫，對應于此位的象素應置為字符顏色，0表示沒有筆畫，對應于此位的象素應置為背景顏色或不改變。

矢量字庫是基于漢字筆劃存儲的，每筆漢字邊緣用封閉多邊形描述，存儲時只需保存多邊形各頂點坐標即可，但為了節(jié)省存儲空間，采用壓縮存儲方式，每筆先給一個起點坐標(x0，y0)，其余頂點采用相對于(x0，y0)的偏移量(△x，△y)表示，用(x0+△x，y0+△y)獲取其實際坐標。

3 字庫設計與實現(xiàn)

結合嵌入式設備存儲空間的限制，我們選用了ucdos3.x部分矢量字庫，TurboC2.0的西文矢量字庫和16、24點陣字庫。ucdos3.x矢量字庫及Turbo的西文矢量字庫存儲方法簡單，解碼算法容易，占用極少的存儲空間，容易實現(xiàn)字型的變換。16、24點陣字庫占用存儲空間少，顯示速度相對于矢量字庫較快，但不容易進行變換。由于16、24點陣字庫是用戶界面較為常用的字體，結合使用這兩種字庫，即可以滿足存儲空間的要求，又能加快文本的顯示速度。下面將具體介紹兩種字庫的結構和顯示原理。

3.1 廣泛漢字矢量字庫的編碼與顯示

在ucdos3.x矢量字庫中，每個漢字的矢量數(shù)據(jù)都由一指針指向，指針區(qū)在每個漢字字庫的開頭0xBB3E字節(jié)。每個漢字矢量數(shù)據(jù)指針占6個字節(jié)，前4個字節(jié)為漢字的矢量數(shù)據(jù)在文件中的偏移量，后兩個字節(jié)為漢字矢量數(shù)據(jù)的長度。矢量數(shù)據(jù)格式為：控制碼+坐標值。共有十種控制碼：1）若控制碼第7，6位為11，清除碼，結束當前筆劃，在第一個坐標與當前坐標之間建立連線；建立新筆劃(x，y)，各占7位，從控制碼的第5位開始，即11XXXXXXXYYYYYYY；2）

若控制碼的高4位小于等于0x40，控制碼低4位表示坐標值的個數(shù)（即有多少個坐標值），每個坐標占一個字節(jié)，(x，y)各占4位，各自的最高位為符號位，即FXXXFYYY；3）若控制碼的高4位等于4，控制碼低4位表示坐標值的個數(shù)（即有多少個坐標值），每個坐標占一個字節(jié)，(x，y)各占4位，X，Y均為正，即+XXXX+YYYY；4）若控制碼的高4位等于5，控制碼低4位表示坐標值的個數(shù)，每個坐標占一個字節(jié)，(x，y)各占4位，X為負，Y為正，即-XXXX+YYYY；5）若控制碼的高4位等于6，控制碼低4位表示坐標值的個數(shù)，每個坐標占一個字節(jié)，(x，y)各占4位，X，Y均為正，即-XXXX+YYYY；6）若控制碼的高4位等于7，控制碼低4位表示坐標值的個數(shù)，每個坐標占一個字節(jié)，(x，y)各占4位，X為正，Y為負，即+XXXX-YYYY；7）若控制碼等于0x80，其后1字節(jié)為Y坐標值，最高位為符號位，X坐標不變，即10000000FXXXXXXX；8）若控制碼等于0x90，其后1字節(jié)為Y坐標值，最高位為符號位，X坐標不變，即10010000FXXXXXXX；9） 若控制碼的高4位等于8，控制碼低4位為X坐標值，最高位為符號位，其后一字節(jié)為Y坐標，最高位為符號位，即1000FXXXFYYYYYYY；10）若控制碼的高4位等于9，控制碼低4位為Y坐標值，最高位為符號位，其后一字節(jié)為X坐標，最高位為符號位，即1001FYYYFXXXXXXX。

要顯示ucdos3.x矢量字體，我們首先要找到漢字指針在指針區(qū)的偏移，由下面的公式搜索漢字當前位置：pos=（（qu-16）*94+wei-1）*6，變量qu、wei對應于漢字的區(qū)、位碼。找到漢字在字庫中的位置，就要對存儲的坐標進行解碼，依據(jù)ucdos3.x矢量字體的數(shù)據(jù)格式，使用switch語句可以很方便的獲得字體筆劃，最后只需要使用GDI系統(tǒng)中的LineTo()函數(shù)建立坐標連線。

3.2 西文矢量字庫的編碼與顯示

系統(tǒng)提供了litt.chr、goth.chr、sans.chr、trip.chr4個西文矢量字庫，矢量字庫由說明、索引、數(shù)據(jù)三部分組成，首先我們依據(jù)（字符ASCII碼值-32）*2+144找到索引項首地址，根據(jù)索引項找到字符的相對偏移地址（即矢量數(shù)據(jù)的存儲位置）和字符數(shù)據(jù)結束標志，pos=索引項高字節(jié)+索引項低字節(jié)*256。矢量數(shù)據(jù)為各點的橫，縱坐標，頭兩個字節(jié)為起始點坐標，后依次為各點坐標。字庫中讀取的x坐標需減去128以獲得真實坐標，縱坐標則有5中情況：1）若坐標值小于32，為真實坐標，且為畫線的起點；2）若縱坐標值大于等于32小于128，取值空缺；3）若縱坐標值大于等于128小于160，為筆畫中間點，當下一Y小于32時，為某筆畫終點，需減去128獲得真實坐標；4）若縱坐標值大于等于160，減去256獲取真實縱坐標值；5）當Y=0，且X值等于結束標志符加128時，表示字符的數(shù)據(jù)結束[2]。同理，利用GDI系統(tǒng)中的LineTo()函數(shù)連接實際的坐標值，至此，完成了嵌入式設備下矢量字庫的建立和顯示。

本文以西文矢量字庫為例，講述了矢量字庫的顯示，見圖1，ucdos矢量字庫顯示與上類同，只是解碼算法不同，索引部分包含數(shù)據(jù)長度而不是結束標志，結合已知的編碼算法，可以很容易的完成顯示，這里不再贅述。

3.3 矢量字庫的縮放設計

由于矢量字庫存放是字體筆劃坐標，因此，我們只需要對解碼的坐標值進行平移、縮放和旋轉即可實現(xiàn)字體的變形，其換算公式如下：

x=x*xf; // xf為x方向縮放因子 (1)

y=y*yf; // yf為y方向縮放因子 (2)

x1=x0+x*cos(a)-ysin(a); // x0平移因子，a旋轉角度 (3)

y1=y0+x*sin(a)+y*cos(a);//y0平移因子，a旋轉角度 (4)

換算公式中涉及到了正弦和余弦計算，而作者所在的嵌入式環(huán)境不支持這類運算，因此需要作者自己編寫這類函數(shù)，考慮到嵌入式設備不似PC機有專門的浮點運算器，為了提高顯示速度，作者采用了查表法設計這類函數(shù)。

3.4 點陣字庫的顯示

點陣字庫的顯示則比較簡單，我們首先也需要找到字體在字庫中的位置，pos=（（qu-1）*94+（wei-1））*fontsize*fontsize/16，fontsize即為點陣字體的尺寸（16或24），找到字體的位置，我們只需要按位讀取像素，通過掩碼0x80判斷象素為 1的位，調用GDI系統(tǒng)中的SetPixel()函數(shù)在屏幕的對應位置設置像素值即可。

4 應用實例

建立的小型字庫已成功應用于LSI方案的有線電視接收機中，從PC機獲得的字庫文件直接下載到存放字庫文件的8MROM芯片中[3]，矢量字庫文件不進行解碼，完成地址映射到邏輯地址的映射后，根據(jù)矢量字庫的編碼算法，將矢量字庫文件進行解碼顯示，由于解碼算法簡單，顯示速度很快也節(jié)省了內存，點陣字庫只需要直接讀取位圖信息進行顯示即可。字庫具備擴展功能，例如衛(wèi)星電視接收機接收港臺電視信號，需要支持繁體字，我們可以利用相同的方法建立繁體字庫文件。下載繁體字庫文件于ROM芯片，完成物理地址到的邏輯映射，由于BIG5碼與GB碼在漢字編碼存在共用位段，進行碼間識別轉換后才能解碼顯示。

5 結語

從上述字庫的建立過程可以看到，作者設計的字庫系統(tǒng)非常小，矢量字庫文件是以解碼前的文件存儲的，并且選用的小點陣字庫。矢量字庫的解碼算法中，為了提高顯示速度，作者避免了一些復雜的浮點運算。系統(tǒng)字體豐富，容易實現(xiàn)字體的各種變換，能滿足用戶界面的需求。不過由于本設計只是對傳統(tǒng)字庫的組合設計，字庫文件有不同的編碼方式，底層的字體顯示函數(shù)需要單獨的代碼，代碼需經過多次封裝，難免存在一些不足。

參考文獻：

[1] 畢曉君，韓仲年.漢字字形及漢字庫存儲技術研究[J].自動化技術與應用，2007，26(12):95-98.

[2] 黃健青，王平.Turbo C矢量字庫的分析和使用[J].海南大學學報:自然科學版，1995，13(2):148-154.

[3] LSI Logic.SC2005 Single- Chip Source Decoder[Z].2000.