CN110032348A - 一种字符显示方法、装置、介质 - Google Patents

一种字符显示方法、装置、介质 Download PDF

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Abstract

一种字符的显示方法,包括如下步骤:S1、将字符图片转化为灰度图像后进行二值化分割,获得字符图片的二值数据;然后建立初始字符库,获得不同字符图片在初始字符库中的字符参数信息;S2、根据不同字符图片的显示时序和步骤S1中所述的字符参数信息,进行字符解析;根据不同字符图片的显示时序、字符解析的结果、步骤S1中所述的字符参数信息进行字符显示。通过字符二值图像化、位拼接存储、字符参数化等方法,大大降低了内部存储资源的占用,提升使用效率,保证高分辨率彩色字符的显示效果。

Description

一种字符显示方法、装置、介质
技术领域
本发明涉及一种字符显示方法、装置、介质,特别是涉及一种基于FPGA的字符VGA显示方法。
背景技术
VGA是IBM公司在1987年随PS/2机一起推出的一种视频传输标准,采用逐行扫描方式,从屏幕的左上方开始扫描:从左至右,从上至下。每扫完一行图像,电子束回到屏幕的左边开始扫描下一行图像,直到扫描完整幅图像,回到屏幕左上方。每行结束时,用行同步信号进行行同步;扫描完所有行后用场同步信号进行场同步。
字符一般包含字母、文字、数字等内容。目前,字符在FPGA控制的VGA接口中显示主要通过专用软件生成相应字符库,存储于FPGA的存储器中,按VGA时序读取字符数据完成显示。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所姜漫等在文章《基于SOPC技术的VGA字符和图像显示系统》(《液晶与显示》期刊第28卷第1期,第120页~126页)中采用如下设计:在FPGA中构建32位NIOSⅡ内核,C语言编写主程序,采用AVAION总线连接外设驱动控制器和基本PIO接口,连同VGA时序模块与缓存器组成的VGA控制器,实现系统软件;基本硬件电路、外部存储芯片、PS/2键盘、VGA接口和串口电路构成硬件平台。利用SOPC内核移植和在PS/2键盘控制下由CRT显示器显示字符和图片。
陕西理工大学韩团军等在文章《基于FPGA的M4K块配置ROM字符数据存储VGA显示》(陕西理工学院学报(自然科学版)期刊第32卷第5期,第22~27页)中采用如下设计:采用Altera的CycloneII EP2C5Q209C8为核心控制芯片,用Verilog HDL语言实现了各个模块,并利用FPGA内部的RAM实现了VGA对汉字的显示。设计结果表明,图像和彩带信号以及文字能由FPGA处理器控制、显示。
但上述方法主要存在以下问题:
(1)没有采用合理编码方式,实现字符数据有效压缩。字符信息不同于图像信息,需要灰度层级实现细节的展示。如果单纯按图像思路完成字符数据的显示,会造成大量数据信息的冗余,造成存储资源的浪费。
(2)分辨率低,显示效果差。当前很多字符工具基于点阵思想,虽然数据量较少,但是分辨率较低,显示效果粗糙。
(3)外设过于复杂,占用资源过多。
(4)彩色显示时占用过多资源。彩色显示时,如果不采取优化措施,需用24bit显示一个像素点的内容,占用大量FPGA宝贵的内部存储资源,这就导致在硬件资源有限的情况下无法满足系统的要求。
(5)无法在线更新字符库。一般事先将字符信息放入FPGA的ROM中,无法完成字符在线实时更新。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了一种字符显示方法、装置、介质,采用二值图像思想、字符编码和实时字符数据库更新的VGA字符显示方法,解决字符库占用存储资源过多、字符显示分辨率低、显示效果差、无法在线更新数据库的问题,同时,本发明在不多占硬件存储资源的情况下,实现了字符的彩色显示,解决了彩色字符显示造成硬件资源占用量较大的问题。
在VGA接口协议中,不同的显示模式都有严格的工业标准,不同的分辨率或不同的刷新频率,其时序也不相同,本文所设计的方法适用于所有VGA时序,只是根据需要更新存储器大小和读写时序即可。
本发明目的通过以下技术方案予以实现:
一种字符的显示方法,包括如下步骤:
S1、将字符图片转化为灰度图像后进行二值化分割,获得字符图片的二值数据;然后建立初始字符库,获得不同字符图片在初始字符库中的字符参数信息;
S2、根据不同字符图片的显示时序和步骤S1中所述的字符参数信息,进行字符解析;根据不同字符图片的显示时序、字符解析的结果、步骤S1中所述的字符参数信息进行字符显示。
上述字符的显示方法,在步骤S1之前中将字符保存为所述字符图片;然后在步骤S1中将所述字符图片中的字符图取出获得字符切片,然后将所述字符切片转化为灰度图像。
上述字符的显示方法,在步骤S1中,进行所述二值化分割后获得字符的二值化切片图像,记录所述字符的二值化切片图像的尺寸信息;将所述字符的二值化切片图像转换为一维信息;最后将所述字符的二值化切片图像的尺寸信息和所述一维信息作为所述字符图片的二值数据。
上述字符的显示方法,在步骤S1中,所述字符图片的二值数据中至少包括二值切片图像的大小;在所述初始字符库中,每个字符图片对应的二值切片图像的大小均相同。
上述字符的显示方法,在步骤S1中,所述字符参数信息至少包括:字符库中的位置、字符尺寸、字符显示颜色、字符的显示位置。
上述字符的显示方法,在步骤S2中,所述字符解析的结果至少包括字符的二值图像信息,根据不同字符图片的显示时序、字符的二值图像信息、步骤S1中所述的字符参数信息进行字符显示。
一种字符显示装置,包括字符库生成模块、字符参数信息提取模块、字符编码解析模块、字符显示模块;
所述字符库生成模块用于将字符图片转化为灰度图像后进行二值化分割,获得字符图片的二值数据,然后建立初始字符库;
所述字符参数信息提取模块用于在所述初始字符库提取字符参数信息;
所述字符编码解析模块用于根据不同字符图片的显示时序和所述字符参数信息进行字符解析;
所述字符显示模块用于根据不同字符图片的显示时序和字符解析的结果进行字符显示。
上述字符显示装置,还包括字符库更新模块;所述字符库更新模块用于根据初始字符库的存储规则,向所述初始字符库中增加字符图片的二值数据。
上述字符显示装置,所述字符库生成模块将所述字符图片中的字符图取出获得字符切片,然后将所述字符切片转化为灰度图像。
上述字符显示装置,所述字符库生成模块进行所述二值化分割后获得字符的二值化切片图像,记录所述字符的二值化切片图像的尺寸信息;将所述字符的二值化切片图像转换为一维信息;最后将所述字符的二值化切片图像的尺寸信息和所述一维信息作为所述字符图片的二值数据。
上述字符显示装置,所述字符图片的二值数据中至少包括二值切片图像的大小;在所述初始字符库中,每个字符图片对应的二值切片图像的大小均相同。
上述字符显示装置,所述字符参数信息至少包括:字符库中的位置、字符尺寸、字符显示颜色、字符的显示位置。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时,实现上述字符的显示方法的步骤。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
本发明提出了一种字符显示方法、装置、介质,利用字符显示不同于图像对灰度细节信息的高要求,采用二值化思想,将字符信息二值图片化,并利用Xilinx FPGA内BlockRam IP核的特性,将多个二值化字符进行位拼接,放入一个Block Ram中存储。通过字符参数帧,将字符库中字符信息解析出来,实现了包含字符库在线更新、RGB彩色字符显示、显示字符尺寸可调、显示位置可变等功能。通过字符二值图像化、位拼接存储、字符参数化等方法,大大降低了FPGA内部存储资源的占用,提升使用效率,保证高分辨率彩色字符的显示效果。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程图;
图2为本发明实施例2中的字符库数据生成流程图;
图3为本发明实施例2中的字符库数据更新流程图;
图4为本发明实施例2中的字符解码及显示流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种字符的显示方法,如图1所示,包括如下步骤:
S1、将字符保存为字符图片,将所述字符图片中的字符图取出获得字符切片,然后将所述字符切片转化为灰度图像;然后对灰度图像后进行二值化分割。二值化分割后获得字符的二值化切片图像,记录所述字符的二值化切片图像的尺寸信息;将所述字符的二值化切片图像转换为一维信息;最后将所述字符的二值化切片图像的尺寸信息和所述一维信息作为所述字符图片的二值数据。建立初始字符库,获得不同字符图片在初始字符库中的字符参数信息。在所述初始字符库中,每个字符图片对应的二值切片图像的大小均相同。
所述字符参数信息至少包括:字符库中的位置、字符尺寸、字符显示颜色、字符的显示位置。
S2、根据不同字符图片的显示时序和步骤S1中所述的字符参数信息,进行字符解析,所述字符解析的结果至少包括字符的二值图像信息;根据不同字符图片的显示时序、字符的二值图像信息、步骤S1中所述的字符参数信息进行字符显示。
一种字符显示装置,包括字符库生成模块、字符参数信息提取模块、字符编码解析模块、字符显示模块、字符库更新模块;
所述字符库生成模块用于将字符图片转化为灰度图像后进行二值化分割,获得字符图片的二值数据,然后建立初始字符库;
所述字符参数信息提取模块用于在所述初始字符库提取字符参数信息;
所述字符编码解析模块用于根据不同字符图片的显示时序和所述字符参数信息进行字符解析;
所述字符显示模块用于根据不同字符图片的显示时序和字符解析的结果进行字符显示;
所述字符库更新模块用于根据初始字符库的存储规则,向所述初始字符库中增加字符图片的二值数据。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时,实现上述字符的显示方法的步骤。
实施例1
一种基于FPGA的VGA字符显示方法分为下述五个步骤:
步骤一、字符库生成。通过Windows画图软件或Photo shop软件完成字符的编写。根据实际需要选择字体、字号等参数,保存为图片信息。通过Matlab软件将相应字符图取出,形成字符切片,并将字符切片转化为灰度图像,并进行二值化分割,得到字符的二值化切片图像后,将其转换成一维信息,同时记下字符二值切片图像的尺寸信息,保存为二值数据。按照上述流程,生成多个字符数据,为减少参数信息,同一字符库的多个字符的二值切片图像大小保持一致。通过位拼接的方法完成多个字符数据的融合,形成字符数据,将字符数据放入FPGA内部的DPRAM中存储,形成初始字符库,其中,每个字符库存储器中前48个地址为参数存储区;
步骤二、提取字符参数信息。字符参数帧主要包含字符在字符库中位置、字符尺寸、字符显示颜色、字符显示位置等信息。上述4种信息在字符库参数存储区中占用相应存储地址,按先后顺序分别存储;
步骤三、字符库更新。FPGA通过千兆以太网UDP协议实现字符库数据和字符参数信息的传输更新。字符库数据和字符参数信息通过通信帧中不同的命令字实现数据包区分,从数据包中按数据长度、命令字提取出字符库数据和参数信息后,分别存储于参数和字符数据存储区,完成字符库更新;
步骤四、字符编码解析。结合VGA显示时序、字符参数中的字符在字符库中位置、字符尺寸以及字符显示位置信息,产生读字符库DPRAM的读信号,从字符库DPRAM中读取字符数据,并从字符参数存储区的相应位置提取出字符参数信息,实现字符解析功能;
步骤五、字符显示。按VGA显示时序以及字符颜色信息,将字符解析模块输出的二值图像数据赋予颜色信息,然后输出。具体实现步骤为:判断二值图像数据数值,如果为1,则将参数信息中的字符RGB的值赋给该像素点的颜色信息;如果为0,则该像素点的颜色信息为0。将上述数据值在相应VGA时序位置输出。
实施例2
本发明的实现步骤如下:
1、字符库数据生成。字符库生成主要利用现有成熟的商业软件完成字符库生成的过程。如图2所示,首先,利用Photo shop软件按预先设计的字号、字体完成字符的编写,并保存为bmp图片,利用Matlab软件将该bmp图片中的字符信息分别提取出,变成字符切片。把字符切片图像转成灰度图片,并对字符切片进行二值化分割,阈值可根据实际情况设置,一般可设置为10。当字符切片图中像素灰度值大于等于10时,该点的二值数据为1;当字符切片图中像素灰度值小于10时,该点的二值数据为0。同时,记下该字符切片的图片尺寸,作为字符参数存储。
按照上述流程,生成多个字符数据,为减少参数信息,同一字符库的多个字符的二值图像大小保持一致。通过位拼接的方法完成多个字符数据的整合,形成字符数据,将字符数据放入FPGA内部的Block Ram中存储,形成初始字符库。其中,每个字符库存储器中前48个地址为参数存储区,另外,字符通过在字符数据的bit位置确定。如果Block Ram的位宽为16,深度为1024,则,该Block Ram可存储16个m×n大小的字符,m和n需满足m×n<=976,m和n为正整数的条件,该字符库只需要占用1个Block Ram18k;
2、字符库数据更新。如图3所示,字符库数据包含字符数据和字符参数两种信息。字符库中前48个地址为字符参数存储区。字符库数据通过千兆以太网UDP协议实现数据传输。通过数据帧命令字和数据长度信息区分字符数据和字符参数。分别提取字符数据和字符参数后,存入字符库DPRAM相应存储位置中,实现字符库更新。
以下分析中,假定字符库的位宽为16,深度为1024。
地址0~7为需要显示的字符在字符库中位置,为节省参数存储区的资源,通过编码实现最大信息量的表达,一个地址可表示两个字符的bit位置。其中,bit1~bit7表示第1个字符的bit位置,bit0为该参数的有效信息,bit0为1表示该参数有效,bit0为0表示该参数无效;bit9~bit15表示第2个字符的bit位置,bit8为该参数的有效信息,bit8为1表示该参数有效,bit8为0表示该参数无效。以上可知,地址0~7可实现该字符库全部16个字符的显示表达。
地址8~9为该字符库字符切片的尺寸,地址8表示字符切片的宽度信息,地址9表示字符切片的长度信息。
地址10~11为该字符库字符显示的RGB颜色信息。地址10中bit0~bit7表示字符R变量;地址10中bit8~bit15表示字符G变量;地址11中bit0~bit7表示字符B变量。
地址12~43为该字符库字符显示的位置信息。两个地址表示一个字符的显示位置信息,分别表示字符显示位置信息的行位置和列位置,同时每个地址数据的最低位即bit0为该参数的有效标志。如果bit0为1,表示该地址bit1~bit15表示的位置信息有效;如果bit0为0,表示该地址bit1~bit15表示的位置信息无效。
地址44~47为该字符库的扩展备用地址。
3、字符解码及显示。如图4所示,依据VGA显示分辨率要求,产生VGA控制时序。对VGA控制时序进行列、行信息计数,得到行计数(count_h),列计数(count_l),结合字符参数信息的字符位置信息行坐标(pos_h)和列坐标(pos_l)以及字符尺寸信息字符行长x,字符列长y。当同时满足(count_h>=pos_h&&count_h<(pos_h+x))和(count_l>=pos_l&&count_l<(pos_l+y))条件时,产生字符库DPRAM读信号rden,将读出的字符数据按所在字符库的位置进行字符二值图像切片提取。判断二值图像信息数值,如果为1,则将参数信息中的字符RGB的值赋给该像素点的颜色信息;如果为0,则该像素点的颜色信息为0。将上述值在相应VGA时序位置输出。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (13)

1.一种字符的显示方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1、将字符图片转化为灰度图像后进行二值化分割,获得字符图片的二值数据;然后建立初始字符库,获得不同字符图片在初始字符库中的字符参数信息;
S2、根据不同字符图片的显示时序和步骤S1中所述的字符参数信息,进行字符解析;根据不同字符图片的显示时序、字符解析的结果、步骤S1中所述的字符参数信息进行字符显示。
2.根据权利要求1所述的一种字符的显示方法,其特征在于:在步骤S1之前中将字符保存为所述字符图片;然后在步骤S1中将所述字符图片中的字符图取出获得字符切片,然后将所述字符切片转化为灰度图像。
3.根据权利要求1所述的一种字符的显示方法,其特征在于:在步骤S1中,进行所述二值化分割后获得字符的二值化切片图像,记录所述字符的二值化切片图像的尺寸信息;将所述字符的二值化切片图像转换为一维信息;最后将所述字符的二值化切片图像的尺寸信息和所述一维信息作为所述字符图片的二值数据。
4.根据权利要求1所述的一种字符的显示方法,其特征在于:在步骤S1中,所述字符图片的二值数据中至少包括二值切片图像的大小;在所述初始字符库中,每个字符图片对应的二值切片图像的大小均相同。
5.根据权利要求1所述的一种字符的显示方法,其特征在于:在步骤S1中,所述字符参数信息至少包括:字符库中的位置、字符尺寸、字符显示颜色、字符的显示位置。
6.根据权利要求1所述的一种字符的显示方法,其特征在于:在步骤S2中,所述字符解析的结果至少包括字符的二值图像信息,根据不同字符图片的显示时序、字符的二值图像信息、步骤S1中所述的字符参数信息进行字符显示。
7.一种字符显示装置,其特征在于:包括字符库生成模块、字符参数信息提取模块、字符编码解析模块、字符显示模块;
所述字符库生成模块用于将字符图片转化为灰度图像后进行二值化分割,获得字符图片的二值数据,然后建立初始字符库;
所述字符参数信息提取模块用于在所述初始字符库提取字符参数信息;
所述字符编码解析模块用于根据不同字符图片的显示时序和所述字符参数信息进行字符解析;
所述字符显示模块用于根据不同字符图片的显示时序和字符解析的结果进行字符显示。
8.根据权利要求7所述的一种字符显示装置,其特征在于:还包括字符库更新模块;所述字符库更新模块用于根据初始字符库的存储规则,向所述初始字符库中增加字符图片的二值数据。
9.根据权利要求7所述的一种字符显示装置,其特征在于:所述字符库生成模块将所述字符图片中的字符图取出获得字符切片,然后将所述字符切片转化为灰度图像。
10.根据权利要求7所述的一种字符显示装置,其特征在于:所述字符库生成模块进行所述二值化分割后获得字符的二值化切片图像,记录所述字符的二值化切片图像的尺寸信息;将所述字符的二值化切片图像转换为一维信息;最后将所述字符的二值化切片图像的尺寸信息和所述一维信息作为所述字符图片的二值数据。
11.根据权利要求7所述的一种字符显示装置,其特征在于:所述字符图片的二值数据中至少包括二值切片图像的大小;在所述初始字符库中,每个字符图片对应的二值切片图像的大小均相同。
12.根据权利要求7所述的一种字符显示装置,其特征在于:所述字符参数信息至少包括:字符库中的位置、字符尺寸、字符显示颜色、字符的显示位置。
13.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:该程序被处理器执行时,实现权利要求1~6之一所述方法的步骤。
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