一、汉字点阵字库原理

（一）汉字编码

国家标准信息交换用汉字字符集GB 2312-80共收录了汉字、图形符号等共7445个，其中汉字6763个，按照汉字使用的频度分为两级，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。汉字、图形符号根据其位置将其分为94个“区”，每个区包含94个汉字字符，每个汉字字符又称为“位”。其中“区”的序号由01区至94区，“位”的序号也由01位至94位。若以横向表示“位”号，纵向表示“区” 号，则“区”和“位”构成一个二维坐标。给定一个“区”值和“位”值就可以确定一个惟一的汉字或图形符号。即4位阿拉伯数字就可以惟一地确定一个汉字或符号。如“北”字的区位码是“1717”，而京字的区位码是“3009”。前两位是“区”号，后两位是“位”号。其中1至15区是各种图形符号、制表符和一些主要国家的语言字母，16区至87区是汉字，其中16区至55区是一级汉字，56至87区是二级汉字。
UCDOS软件中的文件HZK16和文件ASC16分别为16×16的国际汉字点阵文件和8×16的ASCII码点阵文件，HZK16中按汉字区位码从小到大依次存放国标区位码表中的所有汉字，每个汉字占用32字节，每个区为94个汉字。而asc16文件中按ascii码从小到大依次存有8×16的ASCII码点阵，每个ASCII码占用16字节。

1.区位码
在国标GB2312—80中规定，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。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。
2.机内码
汉字的机内码是指在计算机中表示一个汉字的编码。机内码与区位码稍有区别。如上所述，汉字区位码的区码和位码的取值均在1-94之间，如直接用区位码作为机内码，就会与基本ASCII码混淆。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 + AOH)

由于汉字的区码与位码的取值范围的十六进制数均为01H-5EH(即十进制的01-94)，所以汉字的高位字节与低位字节的取值范围则为A1H-FEH(即十进制的161-254)。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。

（二）点阵字库结构

1.点阵字库存储

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12x12, 14x14, 16x16三种字库。
字库根据字节所表示点的不同有分为横向矩阵和纵向矩阵，目前多数的字库都是横向矩阵的存储方式(用得最多的应该是早期UCDOS字库)，纵向矩阵一般是因为有某些液晶是采用纵向扫描显示法，为了提高显示速度，于是便把字库矩阵做成纵向，省得在显示时还要做矩阵转换。我们接下去所描述的都是指横向矩阵字库。

（三）汉字点阵获取

1.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。

2.利用汉字机内码获取汉字
汉字的区位码和机内码的关系

机内码高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H)
机内码低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + AOH)

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。

二、点阵汉字的字模读取与显示

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。

创建一个test.cpp文件写入以下程序

#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="test.png";char* logo_path="logo1.txt";put_text_to_image(20,300,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=16;//要打印的字符长度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个字节来表示如赵字区位码是5352十六进制位3534机内码就是d5d4d5-af=38（十进制），因为是从汉字啊开始的，所以减去的是af而不是a0，38+15等于53与区码相对应d4-a0=52*/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();
}

编译一下

g++ test.cpp -o test `pkg-config --cflags --libs opencv`

显示结果

./test

三、总结

每次实验都会遇到一些不会的问题，想办法去解决它，然后就收获新知识。本次实验需要在Ubuntu里解压rar文件，解决问题过程中也学习了解压命令。做了这次实验也对汉字点阵的原理和结构有了更充分的了解。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12x12, 14x14, 16x16三种字库。

参考文献

汉字点阵字库原理
SPI与I2C接口下的OLED显示
ubuntu下如何解压rar文件

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