点阵汉字的字模读取与显示

虚拟机：VitrualBox 6
系统：Ubuntu 18
函数库：OpenCV 3.4（涉及到图像编程）

文章目录

点阵汉字的字模读取与显示
- 一、汉字点阵字库原理
- - 1. 汉字编码与汉字点阵获取
  - - 1.1 区位码：
    - - 区位码来获取字库点阵
    - 1.2 机内码：
    - - 机内码获取字库点阵
  - 2. 点阵字库结构
  - - 2.1 点阵字库存储
    - 2.2 16*16 点阵字库
    - 2.3 14 *14 与 12 *12 点阵字库
- 二、使用OpenCV库让汉字点阵呈现在图像上
- - 1. 建立项目
  - 2. 编写代码
- 三·、总结
- 四、参考文章

一、汉字点阵字库原理

在嵌入式设备 LCD 上显示的汉字大多数都属于点阵汉字。常用的点阵字库来自 UCDOS。大家可以去网上下载一个 UCDOS 的完全安装版本，里面可以找到很多点阵字库文件。下面几个字库文件是常用的：

HZK12 ： 12 点阵汉字库（宽度 x 高度 = 12x12）
ASC12 ： 12 点阵 ASCII 字库（宽度 x 高度 = 6x12）
HZK16 ： 16 点阵汉字库（宽度 x 高度 = 16x16）最常用的中文字库
ASC16 ： 16 点阵 ASCII 字库（宽度 x 高度 = 8x16）最常用的 ASCII 字库
HZK24 ： 24 点阵汉字库（宽度 x 高度 = 24x24）票据打印机用得较多

1. 汉字编码与汉字点阵获取

1.1 区位码：

在国标 GD2312—80 中规定，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”。区位码编辑规则：区位码的前两位是它的区号，后两位是它的位号。用区位码就可以唯一地确定一个汉字或符号，反过来说，任何一个汉字或符号也都对应着一个唯一的区位码。

汉字“母”字的区位码是 3624，表明它在方阵的 36 区 24 位，问号“?”的区位码为 0331，则它在 03 区 3l 位。

区位码来获取字库点阵

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。

1.2 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。机内码与区位码稍有区别。如上所述，汉字区位码的区码和位码的取值均在 1~94 之间，如直接用区位码作为机内码，就会与基本 ASCII 码混淆。为了避免机内码与基本 ASCII 码的冲突，需要避开基本 ASCII 码中的控制码(00H~1FH)，还需与基本 ASCII 码中的字符相区别。为了实现这两点，可以先在区码和位码分别加上 20H，在此基础上再加 80H(此处“H”表示前两位数字为十六进制数)。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编辑规则：

高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H)

低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + A0H)

机内码 = 高位字节H + 低位字节H

由于汉字的区码与位码的取值范围的十六进制数均为 01H~5EH(即十进制的 01~9 4)，所以汉字的高位字节与低位字节的取值范围则为 A1H~FEH(即十进制的 161~254)。例如，汉字“啊”的区位码为 1601，区码和位码分别用十六进制表示即为 1001H，它的机内码的高位字节为 B0H，低位字节为 A1H，机内码就是 B0A1H。

机内码获取字库点阵

反过来说，我们也可以根据机内码来获得区位码：

区码 = 机内码高位字节 - A0H

位码 = 机内码低位字节 - A0H

将这个公式与获取汉字点阵的公式进行合并计就可以得到汉字的点阵位置。

2. 点阵字库结构

2.1 点阵字库存储

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。

字库根据字节所表示点的不同有分为横向矩阵和纵向矩阵，目前多数的字库都是横向矩阵的存储方式(用得最多的应该是早期 UCDOS 字库)，纵向矩阵一般是因为有某些液晶是采用纵向扫描显示法，为了提高显示速度，于是便把字库矩阵做成纵向，省得在显示时还要做矩阵转换。我们接下去所描述的都是指横向矩阵字库。

2.2 16*16 点阵字库

对于 16x16 的矩阵来说，它所需要的位数共是 16*16＝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。

点阵结构如下图所示：

2.3 14 14 与 12 12 点阵字库

对于 1414 和 1212 的字库，理论上计算，它们所需要的点阵分别为(14 14/8)=25, (1212/8)=18 个字节，但是，如果按这种方式来存储，那么取点阵和显示时，由于它们每一行都不是 8 的整位数，因此就会涉到点阵的计算处理问题，会增加程序的复杂度，降低程序的效率。

方式来存储，那么取点阵和显示时，由于它们每一行都不是 8 的整位数，因此就会涉到点阵的计算处理问题，会增加程序的复杂度，降低程序的效率。

为了解决这个问题，有些点阵字库会将 1414 和 1212 的字库按 1614 和 1612 来存储，即每行还是按两个字节来存储，但是 1414 的字库，每两个字节的最后两位是没有使用，1212 的字节，每两字节的最后 4 位是没有使用，这个根据不同的字库会有不同的处理方式，所以在使用字库时要注意这个问题，特别是 14*14 的字库。

二、使用OpenCV库让汉字点阵呈现在图像上

1. 建立项目

通过控制台命令或者直接点击操作创建一个新建文件夹，并将事先准备好的汉字点阵库和需要打印的LOGO文本以及图片放入文件夹中：

其中 logo文件中只有一行

图片大小是350*350，小图片是便于写代码时设置点阵起始位置

可以使用虚拟机与主机间的共享文件来快速完成这一步。

2. 编写代码

进入项目文件目录后使用此命令创建并编辑代码

gedit CN.cpp

输入下列代码：

#include<iostream>
#include<opencv/cv.h>
#include"opencv2/opencv.hpp"
#include<opencv/cxcore.h>
#include<opencv/highgui.h>
#include<math.h>
using namespace cv;
using namespace std;
void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);          //绘制起点坐标
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);            //在图片上画汉字
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path);    //将汉字弄上图片，x,y表示起点位置坐标，以图片左上角为0点
int main(){String image_path="/home/karmen/ChineseTest/IMAGE.png";        //通过绝对路径定位图像文件char* logo_path=(char*)"/home/karmen/ChineseTest/logo.txt";    //通过绝对路径定位文本文件put_text_to_image(60,270,image_path,logo_path);return 0;}void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){//绘制的起点坐标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/karmen/ChineseTest/Asci0816.zf", "rb")) == NULL){printf("Can't open ASCII.zf,Please check the path!");exit(0);}fseek(ASCII, offset, SEEK_SET);  //移动ASCII的读写指针SEEK_SET偏移offsetfread(buff, 16, 1, ASCII);       //从ASCII文件流中读取1个16大小的单元到buff中去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char八个bit{p1 = p;if (buff[i] & (0x80 >> j))    /*测试当前位是否为1*/{/*由于原本ascii字膜是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ps：感觉这样写代码多余了，但目前暂时只想到了这种方法*/circle(image, p1, 0, Scalar(63, 72, 204), -1);p1.x++;circle(image, p1, 0, Scalar(63, 72, 204), -1);p1.y++;circle(image, p1, 0, Scalar(63, 72, 204), -1);p1.x--;circle(image, p1, 0, Scalar(63, 72, 204), -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;}
}void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){//在图片上画汉字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/karmen/ChineseTest/HZKs2424.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膜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，循环判断每个字节的*/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(167, 132, 171), -1);         //写(替换)像素点p.x++;                                                //右移一个像素点}p.y++;                                                    //下移一个像素点}
}
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path){//将汉字弄上图片
//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=18;//要打印的字符长度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个字节来表示如赵字区位码是5352十六进制位3534机内码就是d5d4d5-af=38（十进制），因为是从汉字啊开始的，所以减去的是af而不是a0，38+15等于53与区码相对应d4-a0=52*/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);cv::waitKey();
}

写入之后保存并退出编辑器

接着输入下列代码生成可执行文件：

g++ CN.cpp -o CN `pkg-config --cflags -- libs opencv`

编译如果未报错便输入下列命令运行：

./CN

得到如图所示的效果

三·、总结

通过本次实验笔者学到了汉字点阵的原理，以及机内码，区位码的编辑规则，并且巩固了OpenCV图像编程的库函数。

四、参考文章

平行叶子： Ubuntu+OpenCV学习汉字点阵
一只特立独行的猪： 点阵汉字的字模读取与显示

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1.2 机内码：

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