• （49）STM32——照相机实验

    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：

    1.  
    2. //BMP文件头
    3. typedef  __packed struct
    4. {
    5.   u16 bfType;     //文件标志，只对‘B’‘M’，用来识别BMP位图类型
    6.   u32 bfSize;     //文件大小，占四个字节
    7.   u16 bfReserved1;//保留
    8.   u16 bfReserved2;//保留
    9.   u32 bfOffBits;  //从文件开始到位图数据（bitmap data）开始之间的偏移量
    10. }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。

    1.  
    2. typedef __packed struct
    3. {
    4.     u32 biSize ;	  	        //说明BITMAPINFOHEADER结构（本结构体）所需要的字数。
    5.     long  biWidth ;		        //说明图象的宽度，以象素为单位 
    6.     long  biHeight ;	   	    //说明图象的高度，以象素为单位 
    7.     u16  biPlanes ;	   	        //为目标设备说明位面数，其值将总是被设为1 
    8.     u16  biBitCount ;	   	    //说明比特数/象素，其值为1、4、8、16、24、或32
    9.     u32 biCompression ;  	    //说明图象数据压缩的类型。其值可以是下述值之一：
    10. 			                    //0：BI_RGB：没有压缩；
    11. 			                    //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 
    12.    			                    //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
    13.   			                    //3：BI_BITFIELDS：每个象素的比特由指定的掩码决定。
    14.     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  
    15.     long  biXPelsPerMeter ;		//说明水平分辨率，用象素/米表示
    16.     long  biYPelsPerMeter ;		//说明垂直分辨率，用象素/米表示
    17.     u32 biClrUsed ;	  	        //说明位图实际使用的彩色表中的颜色索引数
    18.     u32 biClrImportant ;   		//说明对图象显示有重要影响的颜色索引的数目，
    19. 			                    //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：

    1.  
    2. typedef __packed struct 
    3. {
    4.     u8 rgbBlue ;    	//指定蓝色强度
    5.     u8 rgbGreen ;	    //指定绿色强度 
    6.     u8 rgbRed ;	        //指定红色强度 
    7.     u8 rgbReserved ;	//保留，设置为0 
    8. }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：

    1. typedef __packed struct
    2. {
    3.   BITMAPFILEHADER bmfHeader;
    4.   BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
    5.   RGBQUAD bmiColors[1];
    6. }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。

    1. typedef __packed struct
    2. { 
    3.     BITMAPFILEHEADER bmfHeader;
    4.     BITMAPINFOHEADER bmiHeader;   
    5.     u32 RGB_MASK[3];        //调色板用于存放RGB掩码
    6. }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。

    1.  while(1)
    2. 	{	
    3. 		key=KEY_Scan(0);//不支持连按
    4. 		if(key)
    5. 		{
    6. 			DCMI_Stop(); //停止显示 
    7. 			if(key==WKUP_PRES) 
    8. 			{
    9. 				scale=!scale;  
    10. 				if(scale==0)
    11. 				{
    12.                     if(lcddev.id == 0X5510)
    13.                     {
    14.                         SCCB_WR_Reg(0xd3,0x02);
    15.                     }
    16. 					OV2640_ImageWin_Set((1600-lcddev.width)/2,(1200-lcddev.height)/2,lcddev.width,lcddev.height);//1:1真实尺寸
    17. 					OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 
    18. 					sprintf((char*)msgbuf,"Full Size 1:1");
    19. 				}else 
    20. 				{
    21. 					OV2640_ImageWin_Set(0,0,1600,1200);				//全尺寸缩放
    22. 					OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 
    23. 					sprintf((char*)msgbuf,"Scale");
    24. 				}
    25. 				LCD_ShowString(30,50,210,16,16,msgbuf);//显示提示内容
    26. 				delay_ms(800); 	
    27. 			}else if(sd_ok)//SD卡正常才可以拍照
    28. 			{    
    29. 				sw_sdcard_mode();	//切换为SD卡模式
    30. 				if(key==KEY0_PRES)	//BMP拍照
    31. 				{
    32. 					camera_new_pathname(pname,0);//得到文件名	
    33. 					res=bmp_encode(pname,0,0,lcddev.width,lcddev.height,0);
    34. 				}else if(key==KEY1_PRES)//JPG拍照
    35. 				{
    36. 					camera_new_pathname(pname,1);//得到文件名	
    37. 					res=ov2640_jpg_photo(pname);
    38. 					if(scale==0)
    39. 					{
    40. 						OV2640_ImageWin_Set((1600-lcddev.width)/2,(1200-lcddev.height)/2,lcddev.width,lcddev.height);//1:1真实尺寸
    41. 						OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 
    42. 					}else 
    43. 					{
    44. 						OV2640_ImageWin_Set(0,0,1600,1200);	//全尺寸缩放 
    45. 					}
    46. 					OV2640_OutSize_Set(lcddev.width,lcddev.height); 					
    47. 				}
    48. 				sw_ov2640_mode();	//切换为OV2640模式
    49. 				if(res)//拍照有误
    50. 				{
    51. 					Show_Str(30,130,240,16,"写入文件错误!",16,0);		 
    52. 				}else 
    53. 				{
    54. 					Show_Str(30,130,240,16,"拍照成功!",16,0);
    55. 					Show_Str(30,150,240,16,"保存为:",16,0);
    56. 					Show_Str(30+42,150,240,16,pname,16,0);		    
    57. 					BEEP=1;	//蜂鸣器短叫，提示拍照完成
    58. 					delay_ms(100);
    59. 				}   			
    60. 			}else //提示SD卡错误
    61. 			{					    
    62. 				Show_Str(30,130,240,16,"SD卡错误!",16,0);
    63. 				Show_Str(30,150,240,16,"拍照功能不可用!",16,0);			    
    64. 			}   	
    65. 			BEEP=0;			//关闭蜂鸣器 
    66. 			if(key!=WKUP_PRES)delay_ms(1800);//非尺寸切换,等待1.8秒钟
    67. 			DCMI_Start(); 	//停止显示  
    68. 		} 
    69.         if (hsync_int)  //刚刚产生帧中断,可以延时
    70.         {
    71.             delay_ms(10);
    72.             hsync_int = 0;
    73.         }
    74. 		i++;
    75. 		if(i==20)//DS0闪烁.
    76. 		{
    77. 			i=0;
    78. 			LED0=!LED0;
    79.  		}

    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。 

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_66578482/article/details/127708385