转 STM32+SD卡+znFAT+TFT液晶+AVI视频解码实现“简易视频播放器”

lixupeng · 发表于 2012-8-26 23:00:58

http://bbs.21ic.com/frame.php?frameon=yes&referer=http%3A//bbs.21ic.com/icnewest.html

振南的znFAT 单片机上的FAT32文件系统

关注znFAT，加入QQ群 106889506

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相关软件：FFDSHOW解码器包：http://58.51.84.4:82/down/ffdshow_beta7_rev3154_20091209.zip
      实验演示视频录像：
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   在我们拿到一个液晶显示模块，尤其是彩色液晶屏的时候，你有没有想过用它作一个图片显示，甚至是视频播放的实验呢？也许你在实现的过程中遇到了重重困难。振南在这里所作的“简易视频播放器”实验希望能给你一个参考。
   我们知道要在液晶上显示一些图案，我们就要将像素数据写到液晶的显示缓冲区（CGRAM）之中。比如对于一个16位色（可显示6万5千种颜色）的彩色液晶来说，它的每一个像素都对应于一个16位的RAM单元，通过它来设定这个像素所显示的颜色。（我们在此实验中所使用的TFT液晶就是一个16位色的液晶，颜色表示的形式为RGB565，即在16位的数码中，高5位用于表达红色分量、中间6位用于表达绿色分量、低5位用于表达蓝色分量。）
视频播放实验1-310.png

只要我们向液晶的每一个像素写入相应的数据，最终我们就可以让液晶显示出相应的图案。比如上图，我们就显示了一幅美女图（其实长得比我老婆差远了）。至于图片上各个像素的RGB565的数值如何获取？我们可以使用Image2LCD这个软件来得到，想必很多人都已经用过。通常这些像素数据我们是以数组的形式固化在单片机的ROM中的。

const unsigned char pimage[IMAGE_SIZE] =
{
0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,
0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,
......//很多的像素数据
0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,
0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,0X10,0XF8,
};

复制代码

好，你已经知道如何在液晶上显示一幅图像了。那“视频播放”的原理就不难理解了：把视频的每一帧图像按顺序依次显示在液晶上，只要速度够快，我们就可以看到连贯的动画效果，这就是“视频”了！
   现在的问题是：我们如何获取这一帧又一帧的视频图像数据？也许你会说：可以在视频文件中去获取这些图像数据吧？比如平常我们所熟悉的AVI、MP4、RMVB等等，它们之中肯定存着图像的数据和信息。没错，每一帧的图像数据就在其中，但是却没那么容易得到可以用于显示的RGB565数据。因为这些视频帧经过了某种压缩算法的编码，已经面目全非，而且这种压缩算法可能会极为复杂而强劲，要想得到RGB565的像素数据，必须要把这些数据经过“逆向算法”进行还原，这就是视频的解码。
   其实，我们会发现，很多人在用液晶显示图片的时候，都喜欢用BMP这种文件格式，这是因为BMP中存储的就是现成的RGB数据，而没有经过任何的压缩处理（有些特殊的BMP可能也有压缩，但通常是没有的），我们通常称这种数据为Raw Data，即原始数据。正是因为没有经过压缩处理，所以我们会发现BMP文件的数据量是比较大的。所以，我们只需要直接读取BMP的数据，不经任何处理就可以用于显示了。
   在前面，我发布的“简单数码相机”实验中，我所使用的就是BMP图像格式，因为它简单，直接把从摄像头得到的RGB数据“扔”到文件里就可以了！
   其实，单单就图片文件来说，就有很多种格式，比如JPG、PNG、GIF等等。它们也是经过了压缩算法处理过的，所以很少有人去直接使用这些图片文件。其实我们就是通过借助Image2LCD这个工具来对图片进行了解码，从而获得像素数据的。这个通过软件工具获取像素数据的过程，我们也称为“取模”！（当然我们也经常会看到有一些高手，在一些单片机或处理器上直接对这些图像格式进行解码，这就要考验算法和数字信号处理的一些功底了，同时也需要性能比较高的CPU）。
   要用单片机或者处理器，直接对视频进行解码，难度是很大的。那在电脑上有没有一种软件可以把视频文件转换为像素数据，就像是Image2LCD软件那样将各种图片转为像素数据数组那样。答案是没有！至少我还没有发现有这样的软件。其实就算有，转换后的像素数据量也比单单一幅图像的数据量要大得多，我们的单片机哪有那么大的ROM去固化这些像素数据？为了存储如此大的数据量，所以我们使用SD卡。
视频播放实验1-1853.png

既然没有现成的视频解码软件来为我们提供像素数据，那我们就自己来写一个软件。使用VC6.0+VFW（VFW是Windows上的一套基于AVI视频的编解码开发包，可以让我们很轻松完成对AVI视频的编解码工作，详细请见http://baike.baidu.com/view/189682.htm）。振南已经实现了这个软件，我们来看一下它的用法（在使用此软件前，请先安装ffdshow解码器包，以保证各种AVI格式都可以正常解码）。
视频播放实验1-2068.png

我们可以通过这个软件来获取一个AVI视频的某一段视频各帧图像的RGB565数据，同时可以调整视频尺寸，比如缩放系数为2，则一个320X240的视频，将缩小为160X120；此缩放系数也支持小数，比如为2.5，则视频尺寸将缩小为128X96；如果此系数小于1，则是对视频尺寸的放大，比如为0.5，则视频尺寸扩大为640X240。还可以设置帧步进的值来调整视频的帧频，比如一个视频每秒有30帧图像，如果帧步为2，则帧步将降为15。
为了记录解码之后的每帧图像的RGB565像素数据，也为了方便单片机读取像素数据，振南定义了这样一种文件格式,名为ZNV。
视频播放实验1-2345.png

   ZNV文件格式的最开始记录了转换之后的每一幅图像的尺寸，即高与宽，以及此文件中所记录的图像（即视频帧）的总数量。随后就是依次存放各图像的RGB565像素数据。最终得到的znv文件，放到SD卡上，由单片机或处理器读取SD卡上的znv文件中的图像数据，送到TFT液晶显示，从而完成简易的视频播放实验。（其实大家会发现，早期的MP4视频播放器，很多也是需要在PC上进行格式的转换的，而且MP4视频播放器所支持的格式也很少。这主要就是受限于主控芯片的处理能力，达不到一些视频解码所需要的硬件性能。或者是因为一些视频格式的版权问题，比如RMVB。如今，MP4播放器基本上都能支持大部分的视频格式了，而不用再用PC进行转换，主要还是因为主控芯片的性能提升了。）
   现在问题又来了！记录着每一帧图像像素数据的ZNV文件已经放在SD卡上了。单片机要如何来读取它的数据？对，就如上图的图中所示的，要使用znFAT了。SD卡要存储文件，都必须要进行格式化，通常我们使用FAT32文件系统。所谓文件系统，其实就是一种数据管理的方式。ZNV文件的数据通过FAT32文件系统存放到了SD卡的某些扇区之中。单片机要想读到文件的数据，就必须要遵循FAT32的一些协议与定义。振南长期研究和编写的znFAT，就是这样一种与FAT32高度兼容的文件系统方案。它可以让单片机和各种处理器，很轻松的完成对文件的操作。【关于振南的znFAT，详细请参见znFAT应用手册】
   为了使视频播放的效果比较流畅，我们使用STM32（具体型号为STM32F103RBT6）作为核心CPU，完成znFAT文件系统的运行、文件数据的读取、TFT液晶的驱动等。
    【同时，文件数据的读取速度也是视频播放是否流畅的重要因素。这对于znFAT的效率性能与数据操作速度是一个挑战。】
视频播放实验1-3049.png

在STM32上使用znFAT读取znv文件数据，送给TFT液晶的主要代码如下：
视频播放实验1-3091.png

实验演示视频录像：
http://v.youku.com/v_show/id_XNDQzNTQ3MTg4.html
http://v.youku.com/v_show/id_XNDQzNTA1MzU2.html
http://v.youku.com/v_show/id_XNDQzMDY3NjI4.html
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正点原子 · 发表于 2012-8-27 08:50:56

实用级别的代码,是能独立解码sd卡,或者其他存储设备上的.gif文件.

骤雨龙元 · 发表于 2012-8-27 00:18:49

znFAT听说效率不错,只是现在用习惯了FATFS,不然我也支持一下国产.
这个所谓的视频播放器就有点忽悠初学者了.不过拿来练练手还是不错的.

sky3344 · 发表于 2012-8-27 08:11:29

為什麼還要轉特殊格調播放,太麻煩了?既然無聲..那麼播放 GIF 檔就可以啦!
而且zn範例格式也類似 gif
http://v.youku.com/v_show/id_XNDAwNjg4NzI4.html

正点原子 · 发表于 2012-8-27 08:48:03

对的,播放gif即可.
znFAT比本论坛某些人的收费fat来的实在的多.起码人家还真在51上跑的起来,但是这个某人的fat,我十分怀疑能在51跑....

正点原子 · 发表于 2012-8-27 08:49:40

回复【4楼】sky3344:
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你这个解码的gif应该是存在内部flash的,也就是直接通过刷代码的方式下载gif到单片机,估计就是用的ucGUI自带的那个gif解码,还没到实用级别.

骤雨龙元 · 发表于 2012-8-27 09:02:46

他是把视频转为RAW,那个数据量之大不可想像.

正点原子 · 发表于 2012-8-27 10:31:12

这个有点像PIC那个gif解码的库代码。

sky3344 · 发表于 2012-8-27 19:48:03

回复【10楼】正点原子:
这个有点像PIC那个gif解码的库代码。
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http://read.pudn.com/downloads85/sourcecode/graph/329380/gif/gif.c__.htm

beyond696 · 发表于 2012-11-16 13:17:54

回复【4楼】sky3344:
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不知道你了解过gif没有，完全不同的东西

HEHEHE · 发表于 2017-7-31 21:19:50

都是大神，，小弟还处于潜水论坛默默倾听阶段

HEHEHE · 发表于 2017-7-31 21:35:53

我的回复找不到了

andyzhou · 发表于 2019-12-7 06:53:25

感谢分享，学习了！

zsycomeon123 · 发表于 2020-11-26 16:51:12

大家好，我用了楼主的解码器解码生成了一个znv文件，用一个ministm32开发板想显示它，但总是有错位下面是我的代码，希望大家有空可以帮我看一下u8 stdbmp_Znv_decode0(const u8 *filename)
{
FIL* f_bmp;
u16 br;


u8  rgb ,color_byte;
u16 x ,y,color;
u16 countpix=0;//记录像素

//x,y的实际坐标
u16  realx=0;
u16 realy=0;
u8  yok=1;
u8 res;

u16 count=0;

u8 *databuf; //数据读取存放地址
//读取数量有限制？？
u16 readlen=BMP_DBUF_SIZE;//一次从SD卡读取的字节数长度

u8 *bmpbuf;       //数据解码地址
u8 biCompression=0; //记录压缩方式

u16 rowlen;            //水平方向字节数

//BITMAPINFO *pbmp; //临时指针

#if BMP_USE_MALLOC == 1 //使用malloc
databuf=(u8*)mymalloc(readlen); //开辟readlen字节的内存区域
if(databuf==NULL)return PIC_MEM_ERR; //内存申请失败.
f_bmp=(FIL *)mymalloc(sizeof(FIL)); //开辟FIL字节的内存区域
if(f_bmp==NULL) //内存申请失败.
{
myfree(databuf);
return PIC_MEM_ERR;
}
#else      //不使用malloc
databuf=bmpreadbuf;
f_bmp=&f_bfile;
#endif
res=f_open(f_bmp,(const TCHAR*)filename,FA_READ);//打开文件
if(res==0)//打开成功.
{
f_read(f_bmp,databuf,readlen,(UINT*)&br); //读出readlen个字节
//pbmp=(BITMAPINFO*)databuf; //得到BMP的头部信息

color_byte=2; //彩色位 16/24/32
biCompression=4;//压缩方式

picinfo.ImgHeight=175; //得到图片高度
picinfo.ImgWidth=146;    //得到图片宽度
ai_draw_init();//初始化智能画图
//水平像素必须是4的倍数!!
if((picinfo.ImgWidth*color_byte)%4)rowlen=((picinfo.ImgWidth*color_byte)/4+1)*4;
else rowlen=picinfo.ImgWidth*color_byte;
//开始解码BMP
color=0;//颜色清空
x=0 ;
//y=picinfo.ImgHeight;
y=0;
rgb=0;
//对于尺寸小于等于设定尺寸的图片,进行快速解码
realy=(y*picinfo.Div_Fac)>>13;
//bmpbuf=databuf;
bmpbuf=databuf+1;
count=1;
while(1)
{

while(count<readlen)  //读取一簇1024扇区 (SectorsPerClust 每簇扇区数)
      {
if(color_byte==3) //24位颜色图
{
switch (rgb)
{
case 0:
color=bmpbuf[count]>>3; //B
break ;
case 1:
color+=((u16)bmpbuf[count]<<3)&0X07E0;//G
break;
case 2 :
color+=((u16)bmpbuf[count]<<8)&0XF800;//R
break ;
}
}else if(color_byte==2)  //16位颜色图
{
switch(rgb)
{
case 0 :
if(biCompression==BI_RGB)//RGB:5,5,5
{
color=((u16)bmpbuf[count]&0X1F);      //R
color+=(((u16)bmpbuf[count])&0XE0)<<1; //G
}else //RGB:5,6,5
{
color=bmpbuf[count];    //G,B
}
break ;
case 1 :
if(biCompression==BI_RGB)//RGB:5,5,5
{
color+=(u16)bmpbuf[count]<<9;  //R,G
}else    //RGB:5,6,5
{
color+=(u16)bmpbuf[count]<<8; //R,G
}
break ;
}
}else if(color_byte==4)//32位颜色图
{
switch (rgb)
{
case 0:
color=bmpbuf[count]>>3; //B
break ;
case 1:
color+=((u16)bmpbuf[count]<<3)&0X07E0;//G
break;
case 2 :
color+=((u16)bmpbuf[count]<<8)&0XF800;//R
break ;
case 3 :
//alphabend=bmpbuf[count];//不读取  ALPHA通道
break ;
}
}else if(color_byte==1)//8位色,暂时不支持,需要用到颜色表.
{
}
rgb++;
count++ ;
if(rgb==color_byte) //水平方向读取到1像素数数据后显示
{
if(x<picinfo.ImgWidth)
{
realx=(x*picinfo.Div_Fac)>>13;//x轴实际值
if(is_element_ok(realx,realy,1)&&yok)//符合条件
{
pic_phy.draw_point(realx+picinfo.S_XOFF,realy+picinfo.S_YOFF,color);//显示图片
//POINT_COLOR=color;
//LCD_DrawPoint(realx+picinfo.S_XOFF,realy+picinfo.S_YOFF);
//SRAMLCD.Draw_Point(realx+picinfo.S_XOFF,realy+picinfo.S_YOFF,color);
}
}
x++;//x轴增加一个像素

color=0x00;
rgb=0;
}
countpix++;//像素累加
if(countpix>=rowlen)//水平方向像素值到了.换行
{
y++;

if(y==picinfo.ImgHeight)
{
y=0;

}
realy=(y*picinfo.Div_Fac)>>13;//实际y值改变
if(is_element_ok(realx,realy,0))yok=1;//此处不改变picinfo.staticx,y的值
else yok=0;
x=0;
countpix=0;
color=0x00;
rgb=0;
}
}
res=f_read(f_bmp,databuf,readlen,(UINT *)&br);//读出readlen个字节
if(br!=readlen)readlen=br; //最后一批数据
if(res||br==0)break; //读取出错
bmpbuf=databuf;
          count=0;
}
f_close(f_bmp);//关闭文件
}
#if BMP_USE_MALLOC == 1 //使用malloc
myfree(databuf);
myfree(f_bmp);
#endif
return res; //BMP显示结束.
}

zsycomeon123 · 发表于 2020-11-26 19:58:56

zsycomeon123 发表于 2020-11-26 16:51
大家好，我用了楼主的解码器解码生成了一个znv文件，用一个ministm32开发板想显示它，但总是有错位下面是我 ...

不知道生成的znv文件的开头是不是有10个字节是长、宽和帧数

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