Ubuntu下点阵汉字的字模读取与显示

一、汉字的区位码、机内码编码规则

1.GB2312标准

GB2312 标准把 ASCII 码表 127 号之后的扩展字符集直接取消掉，并规定小于 127 的编码按原来 ASCII 标准解释字符。当 2 个大于 127 的字符连在一起时，就表示 1 个汉字，第 1 个字节使用 (0xA1-0xFE) 编码，第 2 个字节使用(0xA1-0xFE)编码，这样的编码组合起来可以表示了 7000 多个符号，其中包含 6763 个汉字。
当我们设定系统使用 GB2312 标准的时候，它遇到一个字符串时，会按字节检测字符值的大小，检测原理如下图。

GB2312 兼容 ASCII 码的原理图

2.区位码

所有的国标汉字及符号分配在一个 94 行、94 列的方
阵中，方阵的每一行称为一个“区”，编号为 01 区到 94 区，每一列称为一个“位”，编号为01 位到 94 位，方阵中的每一个汉字和符号所在的区号和位号组合在一起形成的四个阿拉伯数字就是它们的“区位码”。区位码的前两位是它的区号，后两位是它的位号。

GB2312部分区位码图

3.机内码

汉字的机内码是指在计算机中表示一个汉字的编码。为了避免机内码与基本 ASCII 码的冲突，可以先在区码和位码分别加上 20H，在此基础上再加 80H。经过这些处理，用机内码表示一个汉字需要占两个字节，分别 称为高位字节和低位字节，这两位字节的机内码按如下规则表示：

高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H)
低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + AOH)

二、字形数据存储格式

1. Unicode 字符集和编码

国际标准化组织(ISO)重新给全球上所有文化使用的字母和符号进行编号，对每个字符指定一个唯一的编号，ASCII 中原有的字符编号不变， 该编号集称为Unicode。有UTF-32、UTF-16、UTF-8（兼容ASCII 码）和BOM几种编码方式。

2.字模

计算机必须把字符编码转化成对应的字符图形人类才能正常识别，因此我们要给计算机提供字符的图形数据，这些数据就是字模，多个字模数据组成的文件也被称为字库。在汉字的点阵字库中，每个字节的每个位都代表一个汉字的一个点，每个汉字都是由一个矩形的点阵组成，0 代表没有，1 代表有点，将 0 和 1 分别用不同颜色画出，就形成了一个汉字，常用的点阵矩阵有 12x12、14x14、16x16三种字库。

16x16点阵

对于 1616 的矩阵来说，它所需要的位数共是 1616＝256 个位，每个字节为 8 位，因此，每个汉字都需要用256/8=32 个字节来表示。
即每两个字节代表一行的 16 个点，共需要 16 行，显示汉字时，只需一次性读取 32 个字节，并将每两个字节为一行打印出来，即可形成一个汉字。

3.汉字点阵获取

汉字点阵字库是根据区位码的顺序进行存储的，因此，我们可以根据区位来获取一个字库的点阵，它的计算公式如下：

点阵起始位置 = ((区码- 1)*94 + (位码 – 1)) * 汉字点阵字节数

获取点阵起始位置后，我们就可以从这个位置开始，读取出一个汉字的点阵。

三、在图片上叠加显示学号、姓名

打开终端，创建目录10thweek，并在目录下存放下图所示文件

mkdir 10thweek
cd  10thweek

注意该文本文件的编码格式，将默认的UTF-8改成ANSI否则汉字将出现乱码问题。

在同一工作目录下输入gedit test.cpp，输入以下代码，每个图片文字开始显示的像素坐标不同，需要自行调整。先根据文本文件的字符提取出相应的字模数据 ，然后计算出字模数据的指针，将字模数据替代对应的像素点即可。

#include
#include
#include"opencv2/opencv.hpp"
#include
#include
#include
using namespace cv;
using namespace std;

void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path);

int main()
{
    String image_path="/home/xxl/10thweek/gaga.jpg";
    char* logo_path=(char*)"/home/xxl/10thweek/logo.txt";
    put_text_to_image(80,415,image_path,logo_path);//文字开始显示的像素坐标
    return 0;
}
//在图片上绘制文字的起点坐标
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset)
{
	Point p;
	p.x = x_offset;
	p.y = y_offset;
	//存放ascii字膜
	char buff[16];           
	//打开ascii字库文件
	FILE *ASCII;
	if ((ASCII = fopen("/home/xxl/10thweek/Asci0816.zf", "rb")) == NULL)
       {
        printf("Can't open ascii.zf,Please check the path!");//getch();
	exit(0);
	}
	fseek(ASCII, offset, SEEK_SET);
	fread(buff, 16, 1, ASCII);
	int i, j;
	Point p1 = p;
	for (i = 0; i<16; i++)                  //十六个char
	{
		p.x = x_offset;
		for (j = 0; j < 8; j++)              //一个char8个bit
		{
			p1 = p;
			if (buff[i] & (0x80 >> j))    /*测试当前位是否为1*/
			{
				/*
					由于原本ascii字模是8*16的，不够大，
					所以原本的一个像素点用4个像素点替换，
					替换后就有16*32个像素点
				*/
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.x++;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.y++;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.x--;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
			}						
			p.x+=2;            //原来的一个像素点变为四个像素点，所以x和y都应该+2
		}
		p.y+=2;
	}
}
//在图片替换像素点
void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset)
{
    Point p;
    p.x=x_offset;
    p.y=y_offset;
    FILE *HZK;
    char buff[72];//72个字节，用来存放汉字的
    if((HZK=fopen("/home/xxl/10thweek/HZKf2424.hz","rb"))==NULL)
   {
        printf("Can't open HZKf2424.hz,Please check the path!");
        exit(0);//退出
    }
    fseek(HZK, offset, SEEK_SET);/*将文件指针移动到偏移量的位置*/
    fread(buff, 72, 1, HZK);/*从偏移量的位置读取72个字节，每个汉字占72个字节*/
    bool mat[24][24];//定义一个新的矩阵存放转置后的文字字模
    int i,j,k;
    for (i = 0; i<24; i++)                 /*24x24点阵汉字，一共有24行*/
	{
		for (j = 0; j<3; j++)                /*横向有3个字节，循环判断每个字节*/
			for (k = 0; k<8; k++)              /*每个字节有8位，循环判断每位是否为1*/
				if (buff[i * 3 + j] & (0x80 >> k))    /*测试当前位是否为1*/
				{
					mat[j * 8 + k][i] = true;          /*为1的存入新的字膜中*/
				}
				else {
					mat[j * 8 + k][i] = false;
				}
	}
    for (i = 0; i < 24; i++)
	{
		p.x = x_offset;
		for (j = 0; j < 24; j++)
		{		
			if (mat[i][j])
				circle(image, p, 1, Scalar(255, 0, 0), -1);		  //替换像素点
			p.x++;                                                //右移一个像素点
		}
		p.y++;                                                    //下移一个像素点
	}
}
//将汉字放在图片上
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path)
{
    //x和y就是第一个字在图片上的起始坐标
    //通过图片路径获取图片
    Mat image=imread(image_path);
    int length=22;//要打印的字符长度（字节）
    unsigned char qh,wh;//定义区号，位号
    unsigned long offset;//偏移量
    unsigned char hexcode[30];//用于存放记事本读取的十六进制,记得要用无符号
    FILE* file_logo;
    if ((file_logo = fopen(logo_path, "rb")) == NULL)
    {
		printf("Can't open txtfile,Please check the path!");//getch();
		exit(0);
    }
    fseek(file_logo, 0, SEEK_SET);
    fread(hexcode, length, 1, file_logo);
    int x =x_offset,y = y_offset;//x,y:在图片上绘制文字的起始坐标
    for(int m=0;m<length;)
    {
        if(hexcode[m]==0x23)
       {
            break;//读到#号时结束
        }
        else if(hexcode[m]>0xaf)
       {
            qh=hexcode[m]-0xaf;//使用的字库里是以汉字啊开头，而不是以汉字符号开头
            wh=hexcode[m+1] - 0xa0;//计算位码
            offset=(94*(qh-1)+(wh-1))*72L;
            paint_chinese(image,x,y,offset);
            /*
            计算在汉字库中的偏移量
            对于每个汉字，使用24*24的点阵来表示的
            一行有三个字节，一共24行，所以需要72个字节来表示
            */
            m=m+2;//一个汉字的机内码占两个字节，
            x+=24;//一个汉字为24*24个像素点，由于是水平放置，所以是向右移动24个像素点        
        }
        else{//当读取的字符为ASCII码时
        wh=hexcode[m];
        offset=wh*16l;//计算英文字符的偏移量
        paint_ascii(image,x,y,offset);
        m++;//英文字符在文件里表示只占一个字节，所以往后移一位就行了
        x+=16;
        }
    }
    cv::imshow("image", image);//显示图片
    cv::waitKey();
}

保存后输入g++ test.cpp -o test pkg-config --cflags --libs opencv进行编译，然后输入./test即可得出结果。

四、总结

在了解了汉字点阵字库的基本原理后，其实整个实现过程的难度系数不是很大，了解以上的这些知识只是实现液晶显示的基础。一开始我的文本文件就是用的UTF-8编码格式，结果图片上的汉字是几个很奇怪的字符，改成ANSI格式就正确了。

五、参考资料

中文点阵字库及显示工具程序
提取码：spbw