点阵字库的生产原理

　　所有的汉字或者英文都是下面的原理，由左至右，每8个点占用一个字节，不足8个字节的占用一个字节，而且从位向位排列。

　　生成的字库说明：（以12×12例子）

　　一个汉字占用字节数：12÷8=1····4也就是占用了2×12=24个字节。

　　编码排序A0A0→A0FE A1A0→A2FE依次排列。

　　以12×12字库的“我”为例：“我”的编码为CED2，所以在汉字排在CEH-AOH=2EH区的D2H-A0H=32H个。所以在12×12字库的起始位置就是[{FE-A0}*2EH+32H]*24=104976开始的24个字节就是我的点阵模。

　　其他的类推即可。

　　英文点阵也是如此推理。

　　在DOS程序中使用点阵字库的方法

　　首先需要理解的是点阵字库是一个数据文件，在这个数据文件里面保存了所有文字的点阵数据。至于什么是点阵，我想我不讲大家都知道 的，使用过"文曲星"之类的电子辞典吧，那个的液晶显示器上面显示的汉子就能够明显的看出"点阵"的痕迹。在 PC 机上也是如此，文字也是由点阵来组成了，不同的是，PC机显示器的显示分辨率更高，高到了我们肉眼无法区分的地步，因此"点阵"的痕迹也就不那么明显了。

　　点阵、矩阵、位图这三个概念在本质上是有联系的，从某种程度上来讲，这三个就是同义词。点阵从本质上讲就是单色位图，他使用一个比特来表示一个点，如果这 个比特为0,表示某个位置没有点，如果为1表示某个位置有点。矩阵和位图有着密不可分的联系，矩阵其实是位图的数学抽象，是一个二维的阵列。位图就是这种 二维的阵列，这个阵列中的 （x,y） 位置上的数据代表的就是对原始图形进行采样量化后的颜色值。但是，另一方面，我们要面对的问题是，计算机中数据的存放都是一维的，线性的。因此，我们需要 将二维的数据线性化到一维里面去。通常的做法就是将二维数据按行顺序的存放，这样就线性化到了一维。

　　那么点阵字的数据存放细节到底是怎么样的呢。其实也十分的简单，举个例子能说明问题。比如说 16*16 的点阵，也就是说每一行有16个点，由于一个点使用一个比特来表示，如果这个比特的值为1,则表示这个位置有点，如果这个比特的值为0,则表示这个位置没 有点，那么一行也就需要16个比特，而8个比特就是一个字节，也就是说，这个点阵中，一行的数据需要两个字节来存放。行的前八个点的数据存放在点阵数 据的个字节里面，行的后面八个点的数据存放在点阵数据的第二个字节里面，第二行的前八个点的数据存放在点阵数据的第三个字节里面，…，然后后 面的就以此类推了。这样我们可以计算出存放一个点阵总共需要32个字节。看看下面这个图形化的例子：

　　| |1| | | | | | | | | | |1| | | |

　　| | |1|1| |1|1|1|1|1|1|1|1|1| | |

　　| | | |1| | | | | | | | |1| | | |

　　|1| | | | | |1| | | | | |1| | | |

　　| |1|1| | | |1| | | | | |1| | | |

　　| | |1| | | |1| | | | |1| | | | |

　　| | | | |1| | |1| | | |1| | | | |

　　| | | |1| | | |1| | |1| | | | | |

　　| | |1| | | | | |1| |1| | | | | |

　　|1|1|1| | | | | | |1| | | | | | |

　　| | |1| | | | | |1| |1| | | | | |

　　| | |1| | | | |1| | | |1| | | | |

　　| | |1| | | |1| | | | | |1| | | |

　　| | |1| | |1| | | | | | |1|1|1| |

　　| | | | |1| | | | | | | | |1| | |

　　| | | | | | | | | | | | | | | | |

　　可以看出这是一个"汉"字的点阵，当然文本的方式效果不是很好。根据上面的原则，我们可以写出这个点阵的点阵数 据：0x40,0x08,0x37,0xfc,0x10,0x08,…， 当然写这个确实很麻烦所以我不再继续下去。我这样做，也只是为了向你说明，在点阵字库中，每一个点阵的数据就是按照这种方式存放的。

　　当然也存在着不规则的点阵，这里说的不规则，指的是点阵的宽度不是8的倍数，比如 12*12 的点阵，那么这样的点阵数据又是如何存放的呢？其实也很简单，每一行的前面8个点存放在一个字节里面，每一行的剩下的4点就使用一个字节来存放，也就是说 剩下的4个点将占用一个字节的高4位，而这个字节的低4位没有使用，全部都默认的为零。这样做当然显得有点浪费，不过却能够便于我们进行存放和寻址。对于 其他不规则的点阵，也是按照这个原则进行处理的。这样我们可以得出一个 m*n 的点阵所占用的字节数为 （m+7）/8*n.

　　在明白了以上所讲的以后，我们可以写出一个显示一个任意大小的点阵字模的函数，这个函数的功能是输出一个宽度为w,高度为h的字模到屏幕的 （x,y） 坐标出，文字的颜色为 color,文字的点阵数据为 pdata 所指：

　　/*输出字模的函数*/

　　void _draw_model（char *pdata, int w, int h, int x, int y, int color）

　　{

　　int     i;    /* 控制行 */

　　int     j;    /* 控制一行中的8个点 */

　　int     k;    /* 一行中的第几个"8个点"了 */

　　int     nc;   /* 到点阵数据的第几个字节了 */

　　int     cols; /* 控制列 */

　　BYTE    static mask[8]={128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1}; /* 位屏蔽字 */

　　w = （w + 7） / 8 * 8; /* 重新计算w */

　　nc = 0;

　　for （i=0; i<h; i++）

　　{

　　cols = 0;

　　for （k=0; k<w/8; k++）

　　{

　　for （j=0; j<8; j++）

　　{

　　if （pdata[nc]&mask[j]）

　　putpixel（x+cols, y+i, color）；

　　cols++;

　　}

　　nc++;

　　}

　　}

　　}

　　代码很简单，不用怎么讲解就能看懂，代码可能不是化的，但是应该是易读懂的。其中的 putpixel 函数，使用的是TC提供的 Graphics 中的画点函数。使用这个函数就可以完成点阵任意大小的点阵字模的输出。

　　接下来的问题就是如何在汉子库中寻址某个汉子的点阵数据了。要解决这个问题，首先需要了解汉字在计算机中是如何表示的。在计算机中英文可以使用 ASCII 码来表示，而汉字使用的是扩展 ASCII 码，并且使用两个扩展 ASCII 码来表示一个汉字。一个 ASCII 码使用一个字节表示，所谓扩展 ASCII 码，也就是 ASCII 码的位是1的 ASCII 码，简单的说就是码值大于等于 128 的 ASCII 码。一个汉字由两个扩展 ASCII 码组成，个扩展 ASCII 码用来存放区码，第二个扩展 ASCII 码用来存放位码。在 GB2312-80 标准中，将所有的汉字分为94个区，每个区有94个位可以存放94个汉字，形成了人们常说的区位码，这样总共就有 94*94=8836 个汉字。在点阵字库中，汉字点阵数据就是按照这个区位的顺序来存放的，也就是存放的是个区的汉字点阵数据，在每一个区中有是按照位的顺序来存放 的。在汉字的内码中，汉字区位码的存放实在扩展 ASCII 基础上存放的，并且将区码和位码都加上了32,然后存放在两个扩展 ASCII 码中。具体的说就是：

　　个扩展ASCII码 = 128+32 + 汉字区码

　　第二个扩展ASCII吗 = 128+32 + 汉字位码

　　如果用char hz[2]来表示一个汉字，那么我可以计算出这个汉字的区位码为：

　　区码 = hz[0] - 128 - 32 = hz[0] - 160

　　位码 = hz[1] - 128 - 32 = hz[1] - 160.

　　这样，我们可以根据区位码在文件中进行殉职了，寻址公式如下：

　　汉字点阵数据在字库文件中的偏移 = （（区码-1） * 94 + 位码） * 一个点阵字模占用的字节数

　　在寻址以后，即可读取汉字的点阵数据到缓冲区进行显示了。以下是实现代码：

　　/* 输出一个汉字的函数 */

　　void _draw_hz（char hz[2], FILE *fp, int x, int y, int w, int h, int color）

　　{

　　char fontbuf[128];   /* 足够大的缓冲区，也可以动态分配 */

　　int ch0 = （BYTE）hz[0]-0xA0; /* 区码 */

　　int ch1 = （BYTE）hz[1]-0xA0; /* 位码 */

　　/* 计算偏移 */

　　long offset = （long）pf->_hz_buf_size * （（ch0 - 1） * 94 + ch1 - 1）；

　　fseek（fp, offset, SEEK_SET）；              /* 进行寻址 */

　　fread（fontbuf, 1, （w + 7） / 8 * h, fp）；   /* 读入点阵数据 */

　　_draw_model（fontbuf, w, h, x, y, color）； /* 绘制字模 */

　　}

　　以上介绍完了中文点阵字库的原理，当然还有英文点阵字库了。英文点阵字库中单个点阵字模数据的存放方式与中文是一模一样的，也就是对我们所写的 _draw_model 函数同样可以使用到英文字库中。不同的是对点阵字库的寻址上。英文使用的就是 ASCII 码，其码值是0到127,寻址公式为：

　　英文点阵数据在英文点阵字库中的偏移 = 英文的ASCII码 * 一个英文字模占用的字节数

　　可以看到，区分中英文的关键就是，一个字符是 ASCII 码还是扩展 ASCII 码，如果是 ASCII 码，其范围是0到127,这样是使用的英文字库，如果是扩展 ASCII 码，则与其后的另一个扩展 ASCII 码组成汉字内码，使用中文字库进行显示。只要正确区分 ASCII 码的类型并进行分别的处理，也就能实现中英文字符串的混合输出了。

　　点阵字库和矢量字库的差别

　　我们都只知道，各种字符在电脑屏幕上都是以一些点来表示的，因此也叫点阵。早的字库就是直接把这些点存储起来，就是点阵字库。常见的汉字点阵字库有 16x16, 24x24 等。点阵字库也有很多种，主要区别在于其中存储编码的方式不同。点阵字库的缺点就是它是固定分辨率的，也就是每种字库都有固定的大小尺寸，在原始尺寸下使用，效果很好，但如果将其放大或缩小使用，效果就很糟糕了，就会出现我们通常说的锯齿现象。因为需要的字体大小组合有无数种，我们也不可能为每种大小都定义一个点阵字库。于是就出现了矢量字库。

　　矢量字库

　　矢量字库是把每个字符的笔划分解成各种直线和曲线，然后记下这些直线和曲线的参数，在显示的时候，再根据具体的尺寸大小，画出这些线条，就还原了原来的字符。它的好处就是可以随意放大缩小而不失真。而且所需存储量和字符大小无关。矢量字库有很多种，区别在于他们采用的不同数学模型来描述组成字符的线条。常见的矢量字库有 Type1字库和Truetype字库。

　　在点阵字库中，每个字符由一个位图表示，并把它用一个称为字符掩膜的矩阵来表示，其中的每个元素都是一位二进制数，如果该位为1表示字符的笔画经过此位，该像素置为字符颜色；如果该位为0,表示字符的笔画不经过此位，该像素置为背景颜色。点阵字符的显示分为两步：首先从字库中将它的位图检索出来，然后将检索到的位图写到帧缓冲器中。

　　在实际应用中，同一个字符有多种字体（如宋体、楷体等），每种字体又有多种大小型号，因此字库的存储空间十分庞大。为了减少存储空间，一般采用压缩技术。

　　矢量字符记录字符的笔画信息而不是整个位图，具有存储空间小，美观、变换方便等优点。例如：在AutoCAD中使用图形实体-形（Shape）-来定义矢量字符，其中，采用了直线和圆弧作为基本的笔画来对矢量字符进行描述。 对于字符的旋转、放大、缩小等几何变换，点阵字符需要对其位图中的每个象素进行变换，而矢量字符则只需要对其几何图素进行变换就可以了，例如：对直线笔画的两个端点进行变换，对圆弧的起点、终点、半径和圆心进行变换等等。

　　矢量字符的显示也分为两步。首先从字库中将它的字符信息。然后取出端点坐标，对其进行适当的几何变换，再根据各端点的标志显示出字符。

　　轮廓字形法是当今国际上的一种字符表示方法，其压缩比大，且能保证字符质量。轮廓字形法采用直线、B样条/Bezier曲线的集合来描述一个字符的轮廓线。轮廓线构成一个或若干个封闭的平面区域。轮廓线定义加上一些指示横宽、竖宽、基点、基线等等控制信息就构成了字符的压缩数据。

　　如何使用Windows的系统字库生成点阵字库？

　　我的程序现在只能预览一个汉字的不同字体的点阵表达。

　　界面很简单： 一个输出点阵大小的选择列表（8x8,16x16,24x24等），一个系统中已有的字体名称列表，一个预览按钮，一块画图显示区域。

　　得到字体列表的方法：（作者称这一段是用来取回系统的字体，然后添加到下拉框中）

　　//取字体名称列表的回调函数，使用前要声明一下该方法

　　int CALLBACK MyEnumFontProc（ENUMLOGFONTEX* lpelf,NEWTEXTMETRICEX* lpntm,DWORD nFontType,long lParam）

　　{

　　CFontPeekerDlg* pWnd=（CFontPeekerDlg*） lParam;

　　if（pWnd）

　　{

　　if（ pWnd->m_combo_sfont.FindString（0, lpelf->elfLogFont.lfFaceName） <0 ）

　　pWnd->m_combo_sfont.AddString（lpelf->elfLogFont.lfFaceName）；

　　return 1;

　　}

　　return 0;

　　}

　　//说明：CFontPeekerDlg 是我的dialog的类名， m_combo_sfont是列表名称下拉combobox关联的control变量

　　//调用的地方 （******问题1:下面那个&lf怎么得到呢……）

　　{

　　::EnumFontFamiliesEx（（HDC） dc,&lf, （FONTENUMPROC）MyEnumFontProc,（LPARAM） this,0）；

　　m_combo_sfont.SetCurSel（0）；

　　}

　　字体预览：

　　如果点阵大小选择16,显示的时候就画出16x16个方格。自定义一个类CMyStatic继承自CStatic,用来画图。在CMyStatic的OnPaint（）函数中计算并显示。

　　取得字体：

　　常用的方法：用CreateFont创建字体，把字TextOut再用GetPixel（）取点存入数组。 缺点：必须把字TextOut出来，能在屏幕上看见，不爽。

　　我的方法，用这个函数：GetGlyphOutline（），可以得到一个字的轮廓矢量或者位图。可以不用textout到屏幕，直接取得字模信息

　　函数原型如下：

　　DWORD GetGlyphOutline（

　　HDC hdc, //画图设备句柄

　　UINT uChar, //将要读取的字符/汉字

　　UINT uFormat, //返回数据的格式（字的外形轮廓还是字的位图）

　　LPGLYPHMETRICS lpgm, // GLYPHMETRICS结构地址，输出参数

　　DWORD cbBuffer, //输出数据缓冲区的大小

　　LPVOID lpvBuffer, //输出数据缓冲区的地址

　　CONST MAT2 *lpmat2 //转置矩阵的地址

　　）；

　　说明：

　　uChar字符需要判断是否是汉字还是英文字符。中文占2个字节长度。

　　lpgm是输出函数，调用GetGlyphOutline（）是无须给lpgm 赋值。

　　lpmat2如果不需要转置，将 eM11.value=1; eM22.value=1; 即可。

　　cbBuffer缓冲区的大小，可以先通过调用GetGlyphOutline（……lpgm, 0, NULL, mat）； 来取得，然后动态分配lpvBuffer,再调用GetGlyphOutline,将信息存到lpvBuffer. 使用完毕后再释放lpvBuffer.

　　程序示例：（***问题2:用这段程序，我获取的字符点阵总都是一样的，不管什么字……）

　　……前面部分省略……

　　GLYPHMETRICS glyph;

　　MAT2 m2;

　　memset（&m2, 0, sizeof（MAT2））；

　　m2.eM11.value = 1;

　　m2.eM22.value = 1;

　　//取得buffer的大小

　　DWORD cbBuf = dc.GetGlyphOutline（ nChar, GGO_BITMAP, &glyph, 0L, NULL, &m2）；

　　BYTE* pBuf=NULL;

　　//返回GDI_ERROR表示失败。

　　if（ cbBuf != GDI_ERROR ）

　　{

　　pBuf = new BYTE[cbBuf];

　　//输出位图GGO_BITMAP 的信息。输出信息4字节（DWORD）对齐

　　dc.GetGlyphOutline（ nChar, GGO_BITMAP, &glyph, cbBuf, pBuf, &m2）；

　　}

　　else

　　{

　　if（m_pFont!=NULL）

　　delete m_pFont;

　　return;

　　}

　　编程中遇到问题：

　　一开始，GetGlyphOutline总是返回-1,getLastError显示是"无法完成的功能",后来发现是因为调用之前没有给hdc设置Font.

　　后来能取得pBuf信息后，又开始郁闷，因为不太明白bitmap的结果是按什么排列的。后来跟踪汉字"一"来调试（这个字简单），注意到了glyph.gmBlackBoxX 其实就是输出位图的宽度，glyph.gmBlackBoxY就是高度。如果gmBlackBoxX=15,glyph.gmBlackBoxY=2,表示输出的pBuf中有这些信息：位图有2行信息，每一行使用15 bit来存储信息。

　　例如：我读取"一":glyph.gmBlackBoxX = 0x0e,glyph.gmBlackBoxY=0x2; pBuf长度cbBuf=8 字节

　　pBuf信息： 00 08 00 00 ff fc 00 00

　　字符宽度 0x0e=14 则 行信息为： 0000 0000 0000 100 （只取到前14位）

　　第二行根据4字节对齐的规则，从0xff开始 1111 1111 1111 110

　　看出"一"字了吗？呵呵

　　直到他的存储之后就可以动手解析输出的信息了。

　　我定义了一个宏#define BIT（n） （1《（n）） 用来比较每一个位信息时使用

　　后来又遇到了一个问题，就是小头和大头的问题了。在我的机器上是little endian的形式，如果我用

　　unsigned long *lptr = （unsigned long*）pBuf;

　　//j from 0 to 15

　　if（ *lptr & BIT（j） ）

　　{

　　//这时候如果想用j来表示写1的位数，就错了

　　}

　　因为从字节数组中转化成unsigned long型的时候，数值已经经过转化了，像上例中，实际上是0x0800 在同BIT（j）比较。

　　不多说了，比较之前转化一下就可以了if（ htonl（*lptr） & BIT（j） ）

　　Unicode中文点阵字库的生成与使用

　　点阵字库包含两部分信息。首先是点阵字库文件头信息，它包含点阵字库文字的字号、多少位表示一个像素，英文字母与符号的size、起始和结束unicode编码、在文件中的起始偏移，汉字的size、起始和结束unicode编码、在文件中的起始偏移。然后是真实的点阵数据，即一段段二进制串，每一串表示一个字母、符号或汉字的点阵信息。

　　要生成点阵字库必须有文字图形的来源，我的方法是使用ttf字体。ttf字体的显示采用的是SDL_ttf库，这是开源图形库SDL的一个扩展库，它使用的是libfreetype以读取和绘制ttf字体。

　　它提供了一个函数，通过传入一个Unicode编码便能输出相应的文字的带有alpha通道的位图。那么我们可以扫描这个位图以得到相应文字的点阵信息。由于带有alpha通道，我们可以在点阵信息中也加入权值，使得点阵字库也有反走样效果。我采用两位来表示一个点，这样会有三级灰度（还有一个表示透明）。

　　点阵字库的显示首先需要将文件头信息读取出来，然后根据unicode编码判断在哪个区间内，然后用unicode编码减去此区间的起始unicode编码，算出相对偏移，并加上此区间的文件起始偏移得到文件的偏移，然后读出相应位数的数据，通过扫描这段二进制串，在屏幕的相应位置输出点阵字型。

　　显示点阵字体需要频繁读取文件，因此做一个固定大小的缓存，采用LRU置换算法维护此缓存，以减少磁盘读取。

　　标准点阵字库芯片

　　标准点阵字库芯片的特点：

　　1.内涵全国信标委授权的标准点阵字型数据、

　　2.支持国标字符集GB2312（6,763汉字），GB18030（27,484汉字）。

　　3.支持多种点阵字型，包括11×12点，15×16点，24×24点，32×32点。

　　4.免除了字库烧录和测试工序，并节省了2%以上的烧录损耗。

　　5.价格相当于空白FLASH价格

　　标准点阵字库芯片的种类和应用

　　标准点阵汉字字库芯片

　　1 概述

　　GT23L24M1W是一款内含24X24点阵的汉字库芯片，支持GB18030国标汉字（含有国家信标委合法授权）及ASCII字符，排列格式为横置横排，用户通过字符内码，利用本手册提供的方法计算出该字符点阵在芯片中的地址，可从该地址连续读出字符点阵信息。

　　1.1 芯片特点

　　● 数据总线：

　　SPI 串行总线接口

　　PLII 精简地址并行总线接口

　　● 点阵排列方式：字节横置横排

　　● 访问速度：

　　SPI 时钟频率：20MHz（max.）

　　PLII 访问速度：130ns（max.）@3.3V

　　● 工作电压：2.7V~3.6V

　　● 电流：

　　工作电流：12mA

　　待机电流：10uA

　　● 封装：SO20W

　　● 尺寸（SO20W）：12.80mmX10.30mm

　　● 工作温度：-20℃~85℃（SPI 模式下）；-10℃~85℃（PLII 模式下）

　　1.2 字库内容

　　字型样张

　　2 引脚描述与接口连接

　　2.1 引脚名称

　　2.2 SPI 接口引脚描述

　　串行数据输出（SO）：该信号用来把数据从芯片串行输出，数据在时钟的下降沿移出。

　　串行数据输入（SI）：该信号用来把数据从串行输入芯片，数据在时钟的上升沿移入。

　　串行时钟输入（SCLK）：数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。

　　片选输入（CS#）：所有串行数据传输开始于CE#下降沿，CE#在传输期间必须保持为低电平，在两条

　　指令之间保持为高电平。

　　总线挂起输入（HOLD#）：

　　2.3 SPI 接口与主机接口电路示意图

　　SPI 与主机接口电路连接可以参考下图（#HOLD管脚建议接 2K 电阻 3.3V 拉高）。

　　若是采用系统电压为 5V的，则需要进行电平转换匹配连接 GT23 芯片，可以参考下图（#HOLD 管脚建议接 2K 电阻 3.3V 拉高）。

　　2.4 PLII 接口引脚描述

　　2.5 PLII 接口与主机接口电路示意图

　　SPI/PLII_SEL（管脚内部有 100K 上拉电阻）接地，字库芯片选择 PLII 接口模式，与主机接口电路连接可以参考下图。

　　2.6 PLII 总线接口寻址说明

　　在 PLII 总线模式下，芯片内部有 3个地址寄存器，主机需要把要读取数据的地址写入这 3个地址寄存器，然后再从数据寄存器中读出数据。主机每读数据寄存器，芯片内部的地址寄存器会自动增一，从而使主机只写首地址，就可以连续读取数据。

　　3 字库调用方法

　　3.1 汉字点阵排列格式

　　每个汉字在芯片中是以汉字点阵字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示，存 1的点，当显示

　　时可以在屏幕上显示亮点，存 0的点，则在屏幕上不显示。点阵排列格式为横置横排：即一个字节的高位

　　表示左面的点，低位表示右面的点（如果用户按 word mode读取点阵数据，请注意高低字节的顺序），排

　　满一行的点后再排下一行。这样把点阵信息用来直接在显示器上按上述规则显示，则将出现对应的汉字。

　　3.1.1 24X24点汉字排列格式

　　24X24 点汉字的信息需要 72个字节（BYTE 0 – BYTE 71）来表示。该 24X24 点汉字的点阵数据是横置横排的，其具体排列结构如下图：

　　命名规则：

　　字符集及字数

　　S:GB2312 6,763汉字

　　M:GB18030 27,484汉字

　　T:GB12345 6,866汉字

　　BIG5 5,401 / 13,060汉字

　　U:Unicode V3.0 27,484汉字