在16色模式下顯示256色及全彩色

2019-11-17 05:29:04

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摘要該文描述了在VGA16色圖形模式下顯示256色及全彩色圖像的抖動算法,并給出了顯示BitMap圖像的C語言程序。
    要害詞抖動算法亮度矩陣顯示
    在編寫有關圖像顯示的軟件時,有時為了軟件的兼容性和通用性,不得不采用VGA標準的圖形模式,這就涉及到如何在16色圖形模式下顯示256色及全彩色圖像的問題。解決這一問題有兩種方法。一種是采用色彩近似的方法,即根據需要顯示的全部顏色,經過尋優來選擇16種最具代表性的顏色,每一種顏色都用這16種顏色中最接近的一種來代替。《計算機世界月刊》的《用集群方法進行顏色選擇》一文具體描述了該方法。但事實上,該方法僅對于某些理想的情況適用,而對于更普遍的情況,該方法無論從運算速度還是從處理效果來講,都不可能令人感到滿足,因而不宜在實際中運用。另一種方法是被眾多商品化軟件所廣泛采用的抖動技術,其原理是利用多種可見顏色的組合來模擬一種不可見的顏色。目前,關于彩色圖像抖動算法的資料不多。筆者通過對灰度圖像處理算法及Windows環境下一些圖像處理軟件的剖析,得出了抖動算法的一般原理和實現方法。
    一、抖動算法原理
    我們知道,在256色及全彩色圖像中,每一種顏色均由R、G、B三個顏色分量組成,而每一個分量又一般由一個字節表示。這樣,每一個顏色分量可有256級亮度變化。
    本算法的要害在于引入亮度矩陣的概念,即采用一個16×16的矩陣來表示每一個顏色分量的亮度值,不同亮度值對應著矩陣的不同排列。矩陣全為0時對應亮度0,全為255時對應亮度255。
    當亮度值為L時,亮度矩陣中將有[L255×256]個255及[(1-L255)×256]個0,此時,矩陣的平均亮度值為
L'={[L/255×256]×255+[(1-L/255)×256]×0}/256=L
    這就是說,矩陣的平均亮度正好為顏色分量的實際亮度。
    假設某一顏色C的R、G、B三個顏色分量的亮度矩陣分別為:
@@01A04600.GIF;公式一@@
    其中rmn、gmn、bmn(0≤m, n≤15)取值為0或15。
    將上述三個矩陣作疊加運算,得
@@01A04601.GIF;公式二@@
    其中的Cmn為表1中由rmn、gmn、bmn所確定的顏色值。表1為VGA16色圖形模式下的標準調色板(并非設置模式后的缺省調色板)。顯然,Cmn只可能為0及9～15之中的一個。由此方法得到的矩陣Mc即可視為顏色C的模擬矩陣。由于顏色C的R、G、B三個顏色分量與亮度矩陣MR、MG、MB有著相等的亮度值,所以矩陣MC從視覺效果上來講能很好地模擬顏色C。但在顯示時,不可能用整個這樣的矩陣來替代一個像素點,那將導致整幅圖像長寬均變成原圖的16倍。實際的做法是:若該像素點距離圖像原點的座標為(X,Y),則令:
    m=Y mod 16
    n=X mod 16       (1)
    此時,可用MC中的顏色Cmn來顯示該像素。
@@01A04602.GIF;表1 16色圖形模式標準調色板@@
    二、算法實現
    1.亮度矩陣的表示
    算法中要用到257個16×16的亮度矩陣,假如對每一個都分別表示的話,將占用很大的內存空間(大于64K)。由于亮度矩陣的排列及增長均有一定的規律性,我們只需要采用一個16×16的矩陣即可。該矩陣中256個元素的取值分別為0～255,按一定規律排列。令其為:
@@01A04603.GIF;公式三@@
    亮度為L時的矩陣可由H變化而來,其中
@@01A04604.GIF;公式四@@
    2.顏色查找表算法中只用到了顏色0及9～15,我們可以忽略其他項并將有用部分表示為一個三維數組形式的顏色查找表,如表2所示。此時,r, g, b值作為數組下標,取值為0或1。
與之相應,我們將(2)式變為
@@01A04605.GIF;公式三@@
    3.每一像素的顯示步驟
    ①對256色圖像,由顏色索引值查顏色映射表獲取R、G、B值;對全彩色圖像,直接讀取R、G、B值;
    ②根據像素座標(X,Y),由(1)式求得m, n;
    ③根據R、G、B值,由(3)式求得rmn、gmn、bmn;
    ④由rmn、gmn、bmn查表2得顏色值C;
    ⑤將像素以顏色C顯示于(X,Y)處。
    本文所附程序用于在16色圖形模式下顯示256色及全彩色BitMap圖像。
    關于BitMap圖像的格式及讀取方法,許多資料均有介紹,這里不再贅述。
    該程序由Turbo C 2.0及Borland C 3.1編譯,運行通過。運行方法為:
    show文件名.BMP
@@01A04606.GIF;公式三表2 顏色查找表@@
    事實證實,采用本文所描述的算法,可以得到與許多商品化軟件相似的處理速度和處理效果。
    源程序:
    #include<stdio.h>
    #include<dos.h>
    #include<stdio.h>
    #include<conio.h>
    #define NoError 0
    #define ErrorFileOpen1
    #define ErrorFileType 2
    #define ErrorImageColor 3
    typedef strUCt tagB99vMAPFILEHEADER {
        unsigned int   bfType;
        unsigned longbfSize;
        unsigned intbfReserved1; unsigned intbfReserved2;
        unsigned longbfoffBits;
    } B99vMAPFILEHEADER;
    typedef struct tagB99vMAPINFOHEADER {
        unsigned longbiSize;
        unsigned long biWidth;
        unsigned longbiHeight;
        unsigned intbiplanes;
        unsigned intbiBitCount;
        unsigned long biComPRession;
        unsigned long biSizeImage;
        unsigned long biXPelsPerMeter;
        unsigned long biYPelsPerMeter;
        unsigned long biClrUsed;
        unsigned long biClrImportant;
    } B99vMAPINFOHEADER;
    typedef struct tagRGBQUAD {
        unsigned char rgbBlue;
        unsigned char rgbGreen;
        unsigned charrgbRed;
        unsigned char rgbReserved;
    } RGBQUAD;
    void main(int argc,char *argv[]);
    int ShowBmp(char *FileName);
    int GetColor(unsigned char R,unsigned char G, unsigned char B,int X,int Y);
    void SetVideoMode(unsigned char Mode);
    void SetPalReg(unsigned char *palReg);
    void SetDacReg(unsigned char *DacReg, int Color, int Count);
    void PutPixel(int X, int Y,unsigned char Color);
    unsigned char PalReg[17]= { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,0};
    unsigned char StandardPal[48]= {
    0, 0, 0, 32, 0, 0, 0,32, 0, 32,32, 0,   0, 0,32, 32, 0,32, 0,32,32, 32,32,
32, 48,48,48, 63, 0, 0, 0,63, 0, 63,63, 0,   0, 0,63, 63, 0,63, 0,63,63, 63,6
3,63,};
    unsigned char LightnessMatrix [16][16]= {
    { 0,235,59,219,15,231,55,215,2,232,56,217,12,229,52,213},
    {128,64,187,123,143,79,183,119,130,66,184,120,140,76,180,116},
    {33,192,16,251,47,207,31,247,34,194,18,248,44,204,28,244},
    {161,97,144,80,175,111,159,95,162,98,146,82,172,108,156,92}

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