借助USB转RS232 模块串口传输练习、基于Ubuntu调用Opencv的点阵汉字字模读取
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1 两台电脑串口文件传输实例
题目：
串口传输文件的练习。将两台笔记本电脑，借助 usb转rs232模块和杜邦线，建立起串口连接。然后用串口助手等工具软件（带文件传输功能）将一台笔记本上的一个大文件（图片、视频和压缩包软件）传输到另外一台电脑，预算文件大小、波特率和传输时间三者之间的关系，并对比实际传输时间。
1.1 电路连线
将两个USB转RS232 模块分别插在两台电脑上。
用杜邦线进行如下连接：
| 电脑1 | 电脑2 |
|---|---|
| TXD | RXD |
| RXD | TXD |
1.2 软件调试
1.打开串口调试助手。
2.选择对应端口号。
3.将文件保存到当前目录。
4.选择要发送的文件（如.txt文件）。
5.打开串口，开始发送。
6.发送完毕，在接收端查看。
1.3 调试结果
接收完毕：
接收结果：
交换接收端和发送端：
发送成功！
1.4 发送更大的文件并比较
发送一个带有视频的压缩包：
正在接收：
收到后打开：
发送的压缩包相关参数：
实际的传送时间和预算的时间相差不大。
2. 汉字点阵字库原理
2.1 汉字编码
-
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。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。例如：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。
-
机内码
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+ A0H)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。
2.2 点阵字库结构
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12 * 12，14 * 14，16 * 16 三种字库。
16 * 16点阵字库：
对于16 * 16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 汉字点阵获取
- 利用区位码获取汉字
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。 - 利用汉字机内码获取汉字
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- AOH
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。
3 汉字点阵字模读取实例
题目：
学习理解汉字的机内码、区位码编码规则和字形数据存储格式。在Ubuntu下用C/C++(或python) 调用opencv库编程显示一张图片，并打开一个名为"logo.txt"的文本文件（其中只有一行文本文件，包括你自己的名字和学号），按照名字和学号去读取汉字 24 * 24 点阵字形字库（压缩包中的文件HZKf2424.hz）中对应字符的字形数据，将名字和学号叠加显示在此图片右下位置。
3.1 相关文件
打开Ubuntu虚拟机，把需要用到的文件全都放置到同一目录下。
3.2 编写代码
用 gedit 命令编写代码并保存。
代码如下：
#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);
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="m.jpg";//图片的名字
char* logo_path="logo.txt";//汉字文件的名字
put_text_to_image(200,260,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("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(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;
}
}
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("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(255, 0, 0), -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=17;//要打印的字符长度（打印多少字节长度就为多少，根据自己的情况调整）
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);
cv::waitKey();
}
注意：
-
根据文字长度修改对应代码：例如我的文字是17个字节，
int length=17; -
.txt文件需要用ANSI编码进行编写，不然中文会出现乱码。打开文本文档——文件——另存为——编码选择“ANSI”，保存即可。 -
修改文字显示位置：例如我的图片文件像素大小是551 * 341 ，显示在右下脚。
put_text_to_image(200,260,image_path,logo_path);
3.3 编译运行
键入以下命令进行编译:
g++ B.cpp -o word `pkg-config --cflags --libs opencv`
发现编译没有错误。
键入以下命令运行：
./word
运行成功！
4 总结
- 在本次作业中，明白了Ubuntu下调用opencv如何来实现图片中添加点阵汉字。
- 有一个疑问是自己新建的
.txt最后编译出现乱码，在同学的帮助下明白了要把文本文件常用的UTF-8编码改为ANSI编码，这样就没有问题了。