（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?

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。

• 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：

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。

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：

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：

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。

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。

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。

给出main函数的部分代码。

? ? ? ? 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。?