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 128x32 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% программного пространства 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).

2 ответа

Решение

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 с помощью метода исследования, чтобы найти лучшее "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 128x32 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.

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 вопросы по тегам