Сохранение графики в EEPROM, сжатие графики с помощью фильтра, повторяющего 0x00 и 0xFF для экономии места
Как часть прошивки, я хочу сохранить графику или графику в EEPROM MCU. Место не так много, 1 КБ, однако это может сэкономить место в программе. И да, вы можете разделить глифы графики, чтобы сэкономить место, однако управлять им нелегко, и вам нужно больше кода, чтобы отобразить его правильно.
Большая часть монохромной графики GUI не полностью заполняет экран и содержит много пустого пространства или повторяющихся пикселей. Изображения уже сжаты, каждый бит в байте представляет 8 пикселей.
Я показываю графику на крошечном дисплее 128×32 пикселей. Покажите это и сотрите части, которые не имеют отношения, работают отлично и эффективно.
Поэтому мне пришла в голову идея отфильтровать эти повторы, немного сжать их. С успехом, растровое изображение, подобное этому (см. Ниже), имеет размер 496 байт и «сжато» с моим методом менее 401 байт.
Это звучит не так много, однако общий размер уменьшается на 20%, что действительно здорово, когда доступно только 1 Кбайт.
Пример байтового массива:
PROGMEM const uint8_t TEP_DISPLAY [] = { /* 496 bytes */
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x06, 0x00, 0x80, 0x90, 0x00, 0x3E, 0x01, 0x80, 0x03, 0xC0, 0x01, 0x80, 0x00, 0x47, 0x0F, 0xFE,
0x17, 0x01, 0xC0, 0x90, 0x00, 0x30, 0x00, 0x00, 0x03, 0x60, 0x01, 0x80, 0x01, 0x87, 0x10, 0x02,
0x30, 0x83, 0xE3, 0xFC, 0x00, 0x61, 0xE7, 0x39, 0xB6, 0x6F, 0x0F, 0x00, 0x03, 0x07, 0x36, 0xDA,
0x7F, 0xF0, 0x83, 0xFC, 0x7C, 0x7D, 0xB3, 0x6D, 0xB6, 0x61, 0x9B, 0x1F, 0x03, 0x87, 0x36, 0xDA,
0x30, 0x43, 0xE1, 0xF8, 0x00, 0x61, 0xB3, 0x6D, 0xA7, 0xCF, 0xB3, 0x00, 0x01, 0x80, 0x36, 0xDA,
0x13, 0x81, 0xC0, 0x60, 0x00, 0xC3, 0x66, 0x6D, 0xCC, 0x1B, 0x36, 0x00, 0x01, 0x07, 0x10, 0x02,
0x03, 0x00, 0x80, 0x60, 0x00, 0xFB, 0x66, 0x39, 0x8C, 0x0F, 0x1E, 0x00, 0x02, 0x07, 0x0F, 0xFE,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x2A, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xAA, 0xA2, 0xD5, 0x54,
0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x14, 0x00, 0x02,
0x00, 0xC0, 0x22, 0x00, 0x08, 0x00, 0x02, 0x20, 0x00, 0x82, 0x48, 0x20, 0x00, 0x08, 0x00, 0x00,
0x40, 0xC0, 0x01, 0xE0, 0x00, 0x01, 0xC0, 0x1E, 0x00, 0x01, 0x50, 0x00, 0xFE, 0x00, 0x0C, 0x02,
0x00, 0xC0, 0x20, 0x10, 0x08, 0x07, 0xC2, 0x01, 0x00, 0x80, 0x00, 0x21, 0x01, 0x08, 0x0E, 0x00,
0x4F, 0xFC, 0x00, 0xFE, 0x00, 0x0F, 0x40, 0x3F, 0xF8, 0x03, 0xF8, 0x03, 0x01, 0x80, 0x0B, 0x02,
0x1C, 0xC2, 0x21, 0x11, 0x08, 0x1C, 0x42, 0x40, 0x04, 0x84, 0x04, 0x21, 0x11, 0x08, 0x69, 0x80,
0x59, 0xE2, 0x01, 0x11, 0x00, 0x18, 0x40, 0x55, 0x54, 0x05, 0x54, 0x03, 0x39, 0x80, 0x3B, 0x02,
0x12, 0xD2, 0x21, 0x11, 0x08, 0x10, 0x42, 0x40, 0x04, 0x84, 0x04, 0x21, 0x7D, 0x08, 0x1E, 0x00,
0x54, 0xCA, 0x01, 0x83, 0x00, 0x10, 0x40, 0x55, 0x54, 0x05, 0x54, 0x03, 0x11, 0x80, 0x3E, 0x02,
0x12, 0x12, 0x21, 0x01, 0x08, 0x11, 0xC2, 0x40, 0x04, 0x84, 0x04, 0x21, 0x11, 0x08, 0x6B, 0x00,
0x51, 0xE2, 0x01, 0x01, 0x00, 0x13, 0xC0, 0x47, 0xC4, 0x04, 0x44, 0x01, 0x11, 0x00, 0x09, 0x82,
0x10, 0x02, 0x21, 0x01, 0x08, 0x71, 0x82, 0x40, 0x04, 0x84, 0x04, 0x23, 0x01, 0x88, 0x0B, 0x00,
0x4F, 0xFC, 0x01, 0xFF, 0x00, 0xF0, 0x00, 0x3F, 0xF8, 0x05, 0x54, 0x01, 0x01, 0x00, 0x0E, 0x02,
0x0F, 0xFC, 0x20, 0xFE, 0x08, 0x60, 0x02, 0x1F, 0xF0, 0x84, 0x04, 0x20, 0xFE, 0x08, 0x0C, 0x00,
0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02
};
Тем не менее, есть одна проблема, и я думаю, что это небольшая ошибка в коде, и я не могу ее обнаружить (потому что потратил пару дней на то, чтобы подумать, как ее уменьшить). Может быть, есть кто-то, кто может направить меня в правильном направлении, чтобы решить проблему.
Эта проблема
Проблема возникает, когда имеется много сходств, более 255 повторений, таких как много повторяющихся строк 0xFF или 0x00 повторяющихся пустых мест. В моем коде я принимаю некоторые меры предосторожности, чтобы избежать переполнения байтов, однако это не помогает (и теперь не могу понять, почему). То, что я пытаюсь сделать, это когда происходит переполнение, запишите его и начните заново со счета. Я не могу понять, что это проблема функции чтения или только функции записи.
Это макет хранилища
At start address:
-----------------
<byte width>
<byte heigth>
<uint16 dataSize>
<data>
<if data=0xFF>
<0xFF>
<repeat count>
</if>
<if data=0x00>
<0x00>
<repeat count>
</if>
<else data>
</data>
Вот мой код:
uint16_t TOLEDdisplay::writeToEeprom( uint16_t iAddress )
{
if( width == 0 || height == 0 || cacheSize == 0 )
{ return 0; }
uint8_t iZeros = 0;
uint8_t iFFs = 0;
bool bIsZero = false;
bool bIsFF = false;
bool bZeroOverflow = false;
bool bFFOverflow = false;
uint16_t iBits = 0;
uint8_t* pByteSize = (uint8_t*)&iBits;
uint8_t iZeroCount = 0; // empty stripes , same pixels in a row
uint8_t iFFCount = 0; // filled stripes, same pixels in a row// Write screen bounds, when read it back with readFromEeprom,
// this bounds must match with the current screen bounds.
EEPROM.write( iAddress++, width );
EEPROM.write( iAddress++, height );
// Reserve two bytes for stream size
uint16_t iSizeAddress = iAddress++;
++iAddress;
// Write the cache content to the EEPROM
uint16_t i = 0;
while( i < cacheSize )
{
iBits = getCacheRawBits( i );
//iBits = displayCache[ i ];
bIsFF = ( iBits == 0xFF );
bIsZero = ( iBits == 0x00 );
if( bIsFF && !bFFOverflow )
{ ++iFFs; }
bFFOverflow = (iFFs == 0xFF);
if( bIsZero && !bZeroOverflow )
{ ++iZeros; }
bZeroOverflow = (iZeros == 0xFF);
if( (!bIsFF && !bIsZero) || bFFOverflow || bZeroOverflow )
{
if( (!bIsFF && iFFs > 0) || bFFOverflow )
{
// Read function knows if there is a 0xFF, amount of 0xFF
// will be follow.
EEPROM.write( iAddress++, 0xFF );
// Write the amount of FF's
EEPROM.write( iAddress++, iFFs );
iFFCount+=iFFs;
// If there is no byte 'overflow' iFFs = 0, otherwise it is 1
iFFs = (uint8_t)bIsFF;
}
if( (!bIsZero && iZeros > 0) || bZeroOverflow )
{
// Read function knows if there is a zero, amount of zeros
// will be follow.
EEPROM.write( iAddress++, 0 );
// Write the amount of zero's
EEPROM.write( iAddress++, iZeros );
iZeroCount+=iZeros;
// If there is no byte 'overflow' iZeros = 0, otherwise it is 1
iZeros = (uint8_t)bIsZero;
}
// Avoid confusion writing a FF or zero
if( !bIsFF && !bIsZero )
{ EEPROM.write( iAddress++, iBits ); }
}
++i;
}
// Calculate stream size
iBits=iAddress-iSizeAddress-1;
// Write size of stream
EEPROM.write( iSizeAddress , *pByteSize++ );
EEPROM.write( iSizeAddress+1, *pByteSize );
Serial.print( "Zeros found: " );
Serial.println( iZeroCount );
Serial.print( "FF found: " );
Serial.println( iFFCount );
Serial.print( "SIZE: " );
Serial.println( iBits );
// return bytes written
return iBits+2;
}
bool TOLEDdisplay::readFromEeprom( uint16_t iAddress )
{
uint8_t bits = 0;
uint16_t i = 0;
uint8_t* pI = (uint8_t*)&i;
uint8_t iZeros = 0;
uint8_t iFFs = 0;
uint8_t iWidth = EEPROM.read( iAddress++ );
uint8_t iHeight = EEPROM.read( iAddress++ );
// Read stream size, read two bytes
*pI = EEPROM.read( iAddress++ );
*pI++;
*pI = EEPROM.read( iAddress++ );
// Clear the screen
clear();
Serial.print( "Size: " );
Serial.println( i );
Serial.print( "Width: " );
Serial.println( iWidth );
Serial.print( "Height: " );
Serial.println( iHeight );
// If an error (no image on EEPROM address) or screen bounds
// doesn't match, skip to continue
if( i == 0 || iWidth != width || iHeight != height )
{
update( true );
return false;
}
uint16_t iCacheAddress = 0;
while( i-- )
{
do {
if( iFFs == 0 && iZeros == 0 )
{
bits = EEPROM.read( iAddress++ );
if( bits == 0xFF )
{
// read amount of FF's minus this one
iFFs = EEPROM.read( iAddress++ )-1;
Serial.print( "iFFs: ");
Serial.println( iFFs );
}
else if( bits == 0x00 )
{
// read amount of zeros minus this one
iZeros = EEPROM.read( iAddress++ )-1;
Serial.print( "iZeros: ");
Serial.println( iZeros );
}
}
else {
if( iFFs > 0 )
{
--iFFs;
bits = 0xFF;
}
else if( iZeros > 0 )
{
--iZeros;
bits = 0x00;
}
}setCacheRawBits( iCacheAddress, bits );
++iCacheAddress;
}
while( iFFs == 0 && iZeros == 0 );
}
update( true );
return true;
}
Есть идеи?
НОТА:
Я не хочу использовать какой-либо дорогой метод сжатия, 96% пространства программы уже используется, и мой метод работает нормально, но с некоторой ошибкой, и мне нужно знать об ошибке, альтернативного метода сжатия нет. У него уже есть некоторое сжатие, биты в байте представляют 8 пикселей и просто хотят немного его уменьшить (доказано, однако, с ошибкой при переполнении байта).
Решение
Первый раз через цикл, bFFOverflow а также bZeroOverflow доступны без инициализации.
Однако основная проблема заключается в том, что после записи байтов 255 0 или 0xFF вы устанавливаете счетчик в 1, если их больше. Однако это должно быть ноль, так как вы обнаружите переполнение после того, как посчитали 255-ую копию этого байта.
Так всегда ставлю bFFOverflow а также bZeroOverflow до 0 выписывает счет.
Другие решения
После некоторого сна я переделал его с гораздо лучшими результатами и меньшим количеством кода, я слишком усложнил такую вещь.
Я получил впечатляющие результаты и подумал о том, чтобы уточнить его методом исследования, чтобы найти наилучшее «сжатие», выбрав байты, которые повторяются больше всего, и записать это в «файл» EEPROM.
Во всяком случае, это мой код, гораздо лучше, чем первый, может быть, он может помочь другим. Это очень легкое решение для экономии байтов.
Например, пустой экран или полностью заполненный экран с разрешением 128×32 пикселей дает только 9 байтов, а половина — только 17 байтов. Экран, который я показывал в вопросе перед «компиляцией», занимал всего 405 байт, экономя около 100 байт.
Вот мой обновленный код:
uint8_t TOLEDdisplay::getCacheRawBits( uint16_t iAddress )
{
if( iAddress < cacheSize )
{ return displayCache[ iAddress ]; }
return 0x00;
}
bool TOLEDdisplay::setCacheRawBits( uint16_t iAddress, uint8_t iBitByte )
{
if( iAddress < cacheSize )
{
displayCache[ iAddress ]=iBitByte;
return true;
}
return false;
}
uint16_t TOLEDdisplay::writeToEeprom( uint16_t iAddress )
{
if( cacheSize == 0 || width == 0 || height == 0 )
{ return 0; }
uint8_t iBits; // Pixel * 8 = byte
uint8_t iFoundBits; // 'Type' of detected
uint16_t iByteSize = 0; // Total byte size of stream
uint8_t iCount = 0; // Count of repeats found
bool bSame; // Boolean to evaluate repeats
// Write screen bounds, when read it back with readFromEeprom,
// these bounds need to match with current screen bounds.
EEPROM.write( iAddress++, width );
EEPROM.write( iAddress++, height );
// Reserve two bytes for stream size
uint16_t iSizeAddress = iAddress;
iAddress+=2;
// Write the cache content to the EEPROM
uint16_t i = 0;
while( i < cacheSize )
{
// Get a byte with bits
iBits = getCacheRawBits( i );
++i;
// Find repeating lines or empty lines
if( iBits == 0xFF || iBits == 0x00 )
{
iFoundBits = iBits; // Set found bits to detect changes
bSame = true; // Set to true to able to start loop
iCount=1; // Count this found one
// Loop to find duplicates
while( bSame && ( iCount < 0xFF ) && ( i < cacheSize ))
{
iBits = getCacheRawBits( i ); // Get next byte with bits
bSame = (iBits == iFoundBits); // Determine is repeat, the same
iCount+=bSame; // Increment count when same is found
i+=bSame;
}
// Finally write result to EEPROM
EEPROM.write( iAddress++, iFoundBits ); // type
// Write the amount
EEPROM.write( iAddress++, iCount ); // count
// Goto main loop and find next if any
}
else {
// Write found value normally to EEPROM
EEPROM.write( iAddress++, iBits );
}
}
// Final EOF address is one pos back
--iAddress;
// Calculate stream size
iByteSize=iAddress-iSizeAddress;
uint8_t* pByteSize = (uint8_t*)&iByteSize;
// Write size of stream
EEPROM.write( iSizeAddress , *pByteSize++ );
EEPROM.write( iSizeAddress+1, *pByteSize );
// return bytes written including width and height bytes (+2 bytes)
return iByteSize+2;
}
bool TOLEDdisplay::readFromEeprom( uint16_t iAddress )
{
uint8_t iBits;
uint8_t iRepeats;
uint16_t i = 0;
uint8_t* pI = (uint8_t*)&i;
uint8_t iWidth = EEPROM.read( iAddress++ );
uint8_t iHeight = EEPROM.read( iAddress++ );
// Read stream size, read two bytes
*pI = EEPROM.read( iAddress++ );
*pI++;
*pI = EEPROM.read( iAddress++ );
// Clear the screen
clear();
// If an error (no image on EEPROM address) or screen bounds
// doesn't match, skip to continue
if( i == 0 || iWidth != width || iHeight != height )
{
update( true ); // Set screen to blank
return false;
}
uint16_t iCacheAddress = 0;
while( i-- )
{
// Get a byte with bits
iBits = EEPROM.read( iAddress++ );
// Explode repeats if detected
if( iBits == 0xFF || iBits == 0x00 )
{
// read amount of repeats
iRepeats = EEPROM.read( iAddress++ );
// Explode it into cache
while( iRepeats-- )
{ setCacheRawBits( iCacheAddress++, iBits ); }
}
else {
// Put value normally into cache
setCacheRawBits( iCacheAddress++, iBits );
}
}
// Done, update the screen
update( true );
// Return success
return true;
}
Может быть, я должен добавить некоторые проверки границ ЭСППЗУ, но пока он работает нормально.