【第3版emWin教程】第25章 emWin6.x的JPEG图片显示(硬件解码）

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第25章       emWin6.x的JPEG图片显示(硬件解码）

本期主要讲emWin支持的JPEG硬件解码方式，相比于软件解码，硬件解码要快很多。

25.1 初学者重要提示

25.2 JPEG图片基础知识

25.3 JPEG图片的API函数及其显示方法

25.4 实验例程说明（RTOS）

25.5 实验例程说明（裸机）

25.6 总结

25.1 初学者重要提示

1、  借助STM32H7支持的硬件JPEG解码，emWin底层使用硬件JPEG， 实现更简单， 裸机800*480大小的JPEG图片显示需要20ms左右，加上emWin后多了一层显示机制，现在需要30ms左右。简单的图片25ms左右就行。

2、  STM32H7的硬件JPEG讲解在V7板子BSP驱动教程的第57和58章：

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=86980 。

3、  JPEG图片显示的所有API函数在emWin手册中都有讲解，下图是中文版手册里面API函数的位置

 

下图是英文版手册里面API函数的位置：

 

4、  本章教程使用的外部存储器是SD卡，实际项目中使用任何其它类型的存储器都可以的，支不支持文件系统都没有关系的，使用方法与本章教程一样，用户要做的就是把图片从外部存储器读出即可。

25.2 JPEG图片基础知识

关于JPEG图片格式方面的知识，推荐大家看wiki百科上面的介绍：

•   https://en.wikipedia.org/wiki/JPEG 讲解非常详细。
•   如果觉得英文版读起来比较吃力些，可以看wiki中文版，只是资料没有英文的详细：https://zh.wikipedia.org/wiki/JPEG 。
•   更多JPEG文件的知识可以google或者百度进行了解。

推荐初学者了解一下JPEG文件的格式，如果没有了解也是没有任何关系的，直接调用emWin的API函数就可以显示JPEG图片了。

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下面这点小知识还是要知道的：

JPEG 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。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、视频处理领域。由于JPEG优良的品质，使其在短短几年内获得了成功，被广泛应用于互联网和数码相机领域，网站上80%的图像都采用了JPEG压缩标准。

这里有一点要特别的注意：出于法律原因，不得分发JPEG编码的代码。JPEG编码似乎归属于IBM、AT&T和Mitsubishi所有的专利。因此，从法律上讲，如未获得一个或多个许可，则不能使用JPEG编码。因此，emWin的API函数仅支持解码，不支持编码。

25.3 JPEG图片的API函数及其显示方法

当前emWin支持的API函数有如下6个：

从上面的表格中可以看出，emWin支持JPEG文件显示主要有两种类型的函数，一类是以Ex结尾的函数，这种函数显示JPEG图片是一边从外部存储器加载数据一边显示，显示速度相对较慢，适用于内存较小的场合。另一类是不以Ex结尾的函数，这种函数直接从指定的地址读取数据进行显示（注意，这里的地址需是总线式地址，比如外部SDRAM，外部SRAM，内部Flash和内部SRAM都可以），显示速度相对较快。

本章教程会对这两种方式都进行说明：

•   int GUI_JPEG_Draw(const void * pFileData, int DataSize, int x0, int y0);

此函数直接从地址pFileData读取JPEG文件数据，将图片显示到用户设置的位置（x0, y0）。

•   int GUI_JPEG_DrawEx(GUI_GET_DATA_FUNC * pfGetData, void * p, int x0, int y0);

此函数通过其回调函数pfGetData实现边读取图片数据边显示的功能，将图片显示到用户设置的位置(x0, y0)。

另外还有一个知识点需要初学者了解，emWin解码一张JPEG图片需要多少RAM？这主要有两部分组成，JPEG解码本身需要大约33KB的RAM，外加图片的不同长度对RAM需求的影响，具体公式如下：

大约RAM大小 = 图像的X大小* 80字节 +  33KB。

不同长度的JPEG图片的RAM需求取决于JPEG图片压缩类型，比如下面三种压缩类型：

JPEG图片解码所需的内存由emWin动态分配。绘制JPEG图像后，将释放整个RAM。这里举一个例子：比如要显示800*480的JPEG图片大约需要 800*80 字节+ 33KB ，即97KB的内存。

25.3.1   硬件JPEG接口函数重定向

通过函数GUI_JPEG_SetpfDrawEx可以实现emWin的JPEG绘制重定向。

/* 重定向JPEG绘制采用硬件JPEG */
    GUI_JPEG_SetpfDrawEx(JPEG_X_Draw);

25.3.2   硬件JPEG底层实现

底层实现放在了JPEGConf.c文件里面，代码如下：

    /* 重定向JPEG绘制采用硬件JPEG */
    GUI_JPEG_SetpfDrawEx(JPEG_X_Draw);
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: JPEG_X_Draw
*    功能说明: 硬件JPEG绘制
*    形    参: ---
*    返 回 值: 绘制是否成功
*********************************************************************************************************
*/
int JPEG_X_Draw(GUI_GET_DATA_FUNC * pfGetData, void * p, int x0, int y0) 
{
    U8 *ppData;
    GUI_LOCK();

    _Context.xPos      = x0;
    _Context.yPos      = y0;
    _Context.pfGetData = pfGetData;
    _Context.pVoid     = p;
    _Context.Error     = 0;

    /* 初始化硬件JPEG，并申请空间  */
    if (_IsInitialized == 0) 
    {
        _IsInitialized = 1;
        JPEG_Handle.Instance = JPEG;
        HAL_JPEG_Init(&JPEG_Handle);  
        
#if AutoMalloc == 0
        /* 申请一块内存空间，用于加载JPEG图片 */
        _Context.hWorkBuffer = GUI_ALLOC_AllocNoInit(LoadPicSize);
        _Context.pWorkBuffer = GUI_ALLOC_h2p(_Context.hWorkBuffer);

        /* 申请一块内存空间，用于存放解码完成的数据 */
        _Context.hOutBuffer = GUI_ALLOC_AllocNoInit(DrawPicSize);
        _Context.pOutBuffer = GUI_ALLOC_h2p(_Context.hOutBuffer);
#endif
    }

#if AutoMalloc == 1
    /* 申请一块内存空间，用于加载JPEG图片 */
    _Context.hWorkBuffer = GUI_ALLOC_AllocNoInit(LoadPicSize);
    _Context.pWorkBuffer = GUI_ALLOC_h2p(_Context.hWorkBuffer);

    /* 申请一块内存空间，用于存放解码完成的数据 */
    _Context.hOutBuffer = GUI_ALLOC_AllocNoInit(DrawPicSize);
    _Context.pOutBuffer = GUI_ALLOC_h2p(_Context.hOutBuffer);    
#endif
    
    /* 读取JPEG数据，并解码 */
    _Context.NumBytesInBuffer  = _Context.pfGetData(_Context.pVoid, (const U8 **)&ppData, LoadPicSize, 0);

    JPEG_Decode_DMA(&JPEG_Handle, (uint32_t)ppData,  _Context.NumBytesInBuffer, (uint32_t)_Context.pWorkBuffer);
    
    /* 解码完成 */
    while(Jpeg_HWDecodingEnd == 0)
    {
    }
    
    /* 获取JPEG图片格式信息后，做颜色格式转换 */
    HAL_JPEG_GetInfo(&JPEG_Handle, &JPEG_Info);    
    DMA2D_Copy_YCbCr_To_RGB((uint32_t *)_Context.pWorkBuffer, 
                            (uint32_t *)_Context.pOutBuffer , 
                            0, 
                            0, 
                            JPEG_Info.ImageWidth, 
                            JPEG_Info.ImageHeight, 
                            PicPixelFormat,
                            JPEG_Info.ChromaSubsampling);

    /* 绘制JPEG图片 */
    _DrawBitmap(_Context.xPos, _Context.yPos, (void const *)_Context.pOutBuffer , JPEG_Info.ImageWidth, JPEG_Info.ImageHeight, JPEG_Info.ImageWidth*2, 16);

#if AutoMalloc == 1
    /* 释放动态内存hMem */
    GUI_ALLOC_Free(_Context.hWorkBuffer);
    GUI_ALLOC_Free(_Context.hOutBuffer );
#endif
    
    GUI_UNLOCK();
    return _Context.Error;
}

代码中关于硬件JPEG的实现，在V7的BSP驱动手册第57和58章有详细说明。大家使用的时候，注意JPEGConf.c文件开头的宏定义配置即可：

/*
*********************************************************************************************************
*                                           宏定义
*********************************************************************************************************
*/
#define AutoMalloc     0                           /* 0 申请后不释放, 1 使用完毕后释放 */
#define LoadPicSize    1024*600*4                  /* 最大支持的加载的图片大小 */
#define DrawPicSize    1024*600*4                  /* 图片解码出来后，可以使用的缓冲大小 */
#define PicPixelFormat LTDC_PIXEL_FORMAT_RGB565    /* 当前显示屏使用的颜色格式 */

25.3.3   硬件JPEG绘制

硬件JPEG底层重定向后，大家使用函数GUI_JPEG_Draw就可以绘制，下面是从SD卡加载JPEG后，采用硬件JPEG绘制的参考代码：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: _ShowJPEG2
*    功能说明: 显示JPEG图片
*    形    参: sFilename  要读取的文件名
*                     x  要显示的x轴坐标位置
*                     y  要显示的y轴坐标位置
*    返 回 值: 返回绘制了JPEG图片的内存设备句柄。
*********************************************************************************************************
*/
void _ShowJPEG2(const char *sFilename, int x, int y) 
{
    char *_acBuffer;
    GUI_HMEM hMem;
    uint32_t t0, t1, i, count = 0;
    char buf[50];
    

    /* 打开文件 */        
    result = f_open(&file, sFilename, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ | FA_OPEN_ALWAYS);
    if (result != FR_OK)
    {
        return;
    }
     
    /* 申请一块内存空间 并且将其清零 */
    hMem = GUI_ALLOC_AllocZero(file.obj.objsize);
    
    /* 将申请到内存的句柄转换成指针类型 */
    _acBuffer = GUI_ALLOC_h2p(hMem);

    /* 读取文件到动态内存 */
    result = f_read(&file, _acBuffer, file.obj.objsize, &bw);
    if (result != FR_OK)
    {
        return;
    }
    
    /*刷新20次，串口打印速度数值，时间单位ms */
    for(i = 0; i < 20; i++)
    {
        t0 = GUI_GetTime();
        GUI_JPEG_Draw(_acBuffer, file.obj.objsize, x, y);
        t1 = GUI_GetTime() - t0;
        printf("速度 = %dms
", t1);
        count += t1;
    }
    
    /* 求出刷新20次的平均速度 */
    sprintf(buf, "speed = %dms/frame", count/i);
    GUI_DispStringAt(buf, 10, 10);

    /* 释放动态内存hMem */
    GUI_ALLOC_Free(hMem);
    
    /* 关闭文件 */
    f_close(&file);
}

25.4 实验例程说明（RTOS）

配套例子：

V7-530_emWin6.x实验_JPEG图片显示(RTOS硬解方式)

实验目的：

1. 学习emWin的JPEG图片显示。
2. emWin功能的实现在MainTask.c文件里面。

实验内容：

1、K1按键按下，串口或者RTT打印任务执行情况（串口波特率115200，数据位8，奇偶校验位无，停止位1）。

2、(1) 凡是用到printf函数的全部通过函数App_Printf实现。

     (2) App_Printf函数做了信号量的互斥操作，解决资源共享问题。

3、默认上电是通过串口打印信息，如果使用RTT打印信息：

MDK AC5，MDK AC6或IAR通过使能bsp.h文件中的宏定义为1即可

#define Enable_RTTViewer  1

4、各个任务实现的功能如下：

App Task Start   任务 ：启动任务，这里用作BSP驱动包处理。

App Task MspPro任务 ：消息处理，这里用作LED闪烁。

App Task UserIF  任务 ：按键消息处理。

App Task COM   任务 ：暂未使用。

App Task GUI    任务 ：GUI任务。

μCOS-III任务调试信息（按K1按键，串口打印）：

 

RTT 打印信息方式：

 

程序设计：

任务栈大小分配：

μCOS-III任务栈大小在app_cfg.h文件中配置：

#define  APP_CFG_TASK_START_STK_SIZE                      512u

#define  APP_CFG_TASK_MsgPro_STK_SIZE                     2048u

#define  APP_CFG_TASK_COM_STK_SIZE                        512u

#define  APP_CFG_TASK_USER_IF_STK_SIZE                    512u

#define  APP_CFG_TASK_GUI_STK_SIZE                        2048u

任务栈大小的单位是4字节，那么每个任务的栈大小如下：

App Task Start   任务 ：2048字节。

App Task MspPro任务 ：8192字节。

App Task UserIF  任务 ：2048字节。

App Task COM   任务 ：2048字节。

App Task GUI    任务 ：8192字节。

 系统栈大小分配：

μCOS-III的系统栈大小在os_cfg_app.h文件中配置：

#define  OS_CFG_ISR_STK_SIZE                      512u     

系统栈大小的单位是4字节，那么这里就是配置系统栈大小为2KB

emWin动态内存配置：

GUIConf.c文件中的配置如下：

#define EX_SRAM   1/*1 used extern sram, 0 used internal sram */

#if EX_SRAM
#define GUI_NUMBYTES  (1024*1024*24)
#else
#define GUI_NUMBYTES  (100*1024)
#endif

通过宏定义来配置使用内部SRAM还是外部的SDRAM做为emWin的动态内存，当配置：

#define  EX_SRAM     1 表示使用外部SDRAM作为emWin动态内存，大小24MB。

#define  EX_SRAM     0 表示使用内部SRAM作为emWin动态内存，大小100KB。

默认情况下，本教程配套的所有emWin例子都是用外部SDRAM作为emWin动态内存。

emWin界面显示效果：

800*480分辨率界面效果。

 

25.5 实验例程说明（裸机）

配套例子：

V7-529_emWin6.x实验_JPEG图片显示(裸机硬解方式)

实验目的：

1. 学习emWin的JPEG图片显示。
2. emWin功能的实现在MainTask.c文件里面。

emWin界面显示效果：

800*480分辨率界面效果。

 

emWin动态内存配置：

GUIConf.c文件中的配置如下：

#define EX_SRAM   1/*1 used extern sram, 0 used internal sram */

#if EX_SRAM
#define GUI_NUMBYTES  (1024*1024*24)
#else
#define GUI_NUMBYTES  (100*1024)
#endif

通过宏定义来配置使用内部SRAM还是外部的SDRAM做为emWin的动态内存，当配置：

#define  EX_SRAM     1 表示使用外部SDRAM作为emWin动态内存，大小24MB。

#define  EX_SRAM     0 表示使用内部SRAM作为emWin动态内存，大小100KB。

默认情况下，本教程配套的所有emWin例子都是用外部SDRAM作为emWin动态内存。

25.6 总结

总的来说，H7+32位SDRAM绘制JPEG图片的性能已经比较给力，实际项目中推荐将JPEG图片加载到emWin动态内存，然后绘制到内存设备中，再通过内存设备函数显示此JPEG图片的速度非常快，推荐项目中使用。

另外，由于JPEG图片比较小，且V7板子使用的STM32H743XI有2MB的内部flash，所以使用Bin2C.exe软件将JPEG图片转换成C文件添加到MDK或者IAR工程里面再下载到内部flash也是很方便的。