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矢量字庫在嵌入式機頂盒中的應用
單片機及嵌入式系統應用 作者：華中師范大學 萬 偉 陳明宏 夏洪星摘要：介紹嵌入式數字衛星接收機的字符顯示原理。提出一種提取Windows矢量字庫信息以及將其轉換為點陣字庫格式的方法。給出主要模塊的流程圖和VC程序實現。在DVB-S接收機頂盒系統中的應用驗證了該方法的有效性。
引言
在當前嵌入式系統設計中，廣泛涉及到字符和圖標的顯示。過去的方法通常是使用硬件自帶字庫或者轉換中文操作系統（例如UCDOS）的點陣字庫，但隨著嵌入式開發技術的發展，人們對用戶界的要求也越來截止高，大小固定、字體有限、使用不便的點陣字庫已經難再滿足要求。于是眾多開發人員將目光投向了Windows操作系統豐富的字庫和圖標資源，以Widnows 2000系統為例，其OpenType矢量字庫有基于Unicode內碼的四萬多個字符，特殊符號以及近百種字體可以選用。但是Windows系統結構復雜，難以直接提取矢量字庫，并且矢量字庫解析算法涉及到Micorosoft和Adobe公司OpenType字體專利，這些問題為Windows字庫的使用帶來了很大的困難。
在筆者參與的DVB-S數字衛星接收機頂盒用戶界面的設計工作中，也遇到了同樣的問題。按照設計要求，需要用到一套完備的，支持包括俄、德、拉丁、阿拉伯等多種語言和特殊符號的小型字庫，但是難以找到合適的現成字庫，在參考了一些商業字模提取軟件的功能后，提出了一種提取Windows矢量字符以及圖標資源的方法，并用Visual C 6.0程序實現。實際應用表明，用本方法生成的字庫字形美觀，字體多樣，完全可以替代商業字庫，同時還具有使用方便，便于擴展等優點。
1 機頂盒圖文顯示原理
機頂盒中文字和位圖的顯示是通過OSD（圖文屏顯技術）模塊完成的。傳統的屏顯示OSD主要應用在VCR、LD和電視機上，采用專用的芯片修改屏幕上指定部位的信號的角度和亮度，實現模擬視頻的同步改變，從而達到顯示的目的。含有OSD的視頻輸出信號在屏幕上從底向上以6個層次顯示：邊界顏色、靜止視頻圖像、活動視頻圖像、OSD背窗口、OSD位圖區域和OSD硬件游標。本文介紹的機頂盒系統是基于ST公司的方案，接收機軟件是ST公司為其數字衛星接收機硬件評估板配套提供的。其主芯片采用Sti5518微控制器，內部集成OSD處理單元。OSD功能模塊框圖如圖1所示。
圖1
OSD功能模塊位于NTSC/PAL/SECAM編碼之前，包括一張顏色查找表（LUTs）、Alpha混合濾波器和控制邏輯單元，所有子功能先于將信息從重建緩沖區傳到SDRAM或與其它靜態圖像混合前執行。
當要輸出圖文信息時，將字符圖標的位圖信息送至OSD位圖區域的相應位置。OSD位圖區域由其頭部定義，每個OSD頭主要包括OSD顯示短形區域的起始位置、大小及兩個分別指向頂場和底場圖像數據的指針（這是針對隔行掃描顯示方式；對于逐行掃描，這兩個指針向同一塊內存區域），還有一個指向下一個OSD位圖數據頭的指針。由于采用了這種基于指針的OSD數據管理結構，理論上OSD位圖數據塊的數目不受限制，實際上它要受到內存大小的限制。頭部不僅定義了位圖區域的尺寸、位置以及及顏色信息，而且提供了顏色表更新等功能。字符的顏色設置使用OSD處理單元（LUT）的顏色查找表，也稱做調色板。2位的LUT意味著有4種顏色可以選擇，并且位圖中的每個像素僅占有存儲單元的2位。如果是透明文字，還要把第一個像素的調色板顏色值定為透明色掩碼值，這個過程由Alpha混合處理完成。如果輸出像素不在OSD區域，停止處理視頻接口處理器數據；如果輸出像素在OSD區域，OSD數據或OSD和視頻接口處理數據的混合數據經Alpha混合濾波處理后以16位YC（Cb,Cr）格式傳輸。對于調色板顏色值是透明的情況，則直接傳送視頻數據而略過OSD位圖數據。
OSD的軟件部分可以分為兩部分：硬件抽象層和圖形函數接口。OSD模塊軟件部分為整個系統軟件部分提供一系列的圖形函數接口，是實現圖文顯示的基礎，也是給用戶提供一個方便直觀的圖形文字交互方式的保障。本文中硬件抽象層為ST公司提供的STAPI函數庫，圖形函數接口在中間件的基礎上自行開發。
由此可見，在機頂盒系統中字符輸出有三個主要步驟：①系統專用字庫的建立；②字符數據的查找；③調用OSD模塊功能將字符在屏幕上輸出。下面介紹如何通過轉換Windows矢量字符，建立一套功能完善，使用方便的字庫系統。
2 提取矢量字符
Winodws矢量字庫存儲漢字的矢量圖形。因為存儲的是筆樣條，對于字符做旋轉、縮放、甚至三維拉伸都不會產生失真，但在字符顯示的時候需要計算樣條曲線而增加了計算量。由于嵌入式系統只是針對專一控制應用的系統，處理器的性能和資源還不如PC機，一般使用的仍然是點陣字庫。本文介紹的DVB-S機頂盒系統同樣沒有直接使用矢量字庫；而是通過提取Windows中矢量字庫的方法將矢量字符轉換成相應的點陣信息。在本開發方案中，字庫文件中所有漢字的字模信息和圖標信息被存儲到兩個大的數組中，并作為一個頭文件包含在漢字顯示模塊中。利用計算出的偏移值得到字模數組中的下標，從而得到漢字存放在數組中的字模點陣信息。使用程序存儲器空間做字庫，這在漢字用量不大的情況下是一種較完美的解決方案。本系統中負責屏顯功能的API函烽是STOSD函數庫，里面已把位圖的寬度定義為32像素的整數倍。這是由于系統的內存操作函數只能對16字節整數倍的塊進行拷貝操作，否則內存只能一個字節一個字節地填充，速度非常慢。例如在16色的調色板情況下，無論是24×24點陣還是32×32點陣，基于字符單元寬度統一為32像素。一個寬為32像素，高為28像素的基本字符點陣信息需要一個大小為28字節的整型數組為記錄。以開發方案為例，大小為500字符的24×24點陣小型字庫將需要24 000字節的ROM空間。
轉換的關鍵是要獲得矢量字庫的點陣信息。程序中，回避了較困難的直接解板矢量字庫問題，巧妙地從PC顯示緩沖區中獲得位映像數據，再將其轉換成OSD模塊函數支持的點陣格式。位圖法轉換矢量字符的算法如下。
①把漢字以位圖的形式顯示在指定
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