在16色模式下顯示256色及全彩色

在16色模式下顯示256色及全彩色

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。在編寫有關(guān)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(jù)需要顯示的全部顏色，經(jīng)過尋優(yōu)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?！队嬎銠C世界月刊》1994年第1期的《用集群方法進行顏色選擇》一文詳細描述了該方法。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意，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(shù)，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(guān)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(huán)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(xiàn)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(jié)表示。這樣，每一個顏色分量可有256級亮度變化。本算法的關(guān)鍵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(diào)色板(并非設置模式后的缺省調(diào)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=Ymod16n=Xmod16(1)此時，可用MC中的顏色Cmn來顯示該像素。@@01A04602.GIF;表116色圖形模式標準調(diào)色板@@二、算法實現(xiàn)1.亮度矩陣的表示算法中要用到257個16×16的亮度矩陣，如果對每一個都分別表示的話，將占用很大的內(nèi)存空間(大于64K)。由于亮度矩陣的排列及增長均有一定的規(guī)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(guī)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(shù)組形式的顏色查找表，如表2所示。此時，r，g，b值作為數(shù)組下標，取值為0或1。與之相應，我們將(2)式變?yōu)锧@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(jù)像素座標(X，Y)，由(1)式求得m，n;③根據(jù)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(guān)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TurboC2.0及BorlandC3.1編譯，在386兼容機上運行通過。運行方法為:show文件名.BMP@@01A04606.GIF;公式三表2顏色查找表@@事實證明，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>#defineNoError0#defineErrorFileOpen1#defineErrorFileType2#defineErrorImageColor3typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{unsignedintbfType;unsignedlongbfSize;unsignedintbfReserved1;unsignedintbfReserved2;unsignedlongbfoffBits;}BITMAPFILEHEADER;typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{unsignedlongbiSize;unsignedlongbiWidth;unsignedlongbiHeight;unsignedintbiPlanes;unsignedintbiBitCount;unsignedlongbiCompression;unsignedlongbiSizeImage;unsignedlongbiXPelsPerMeter;unsignedlongbiYPelsPerMeter;unsignedlongbiClrUsed;unsignedlongbiClrImportant;}BITMAPINFOHEADER;typedefstructtagRGBQUAD{unsignedcharrgbBlue;unsignedcharrgbGreen;unsignedcharrgbRed;unsignedcharrgbReserved;}RGBQUAD;voidmain(intargc，char*argv[]);intShowBmp(char*FileName);intGetColor(unsignedcharR，unsignedcharG，unsignedcharB，intX，intY);voidSetVideoMode(unsignedcharMode);voidSetPalReg(unsignedchar*palReg);voidSetDacReg(unsignedchar*DacReg，intColor，intCount);voidPutPixel(intX，intY，unsignedcharColor);unsignedcharPalReg[17]={0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，0};unsignedcharStandardPal[48]={0，0，0，32，0，0，0，32，0，32，32，0，0，0，32，32，0，32，0，32，32，32，32，32，48，48，48，63，0，0，0，63，0，63，63，0，0，0，63，63，0，63，0，63，63，63，63，63，};unsignedcharLightnessMatrix[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}，{8，225，48，208，5，239，63，223，10，226，50，210，6，236，60，220}，{136，72，176，112，133，69，191，127，138，74，178，114，134，70，188，124}，{41，200，24，240，36，197，20，255，42，202，26，242，38，198，22，252}，{169，105，152，88，164，100，148，84，170，106，154，90，166，102，150，86}，{3，233，57，216，13，228，53，212，1，234，58，218，14，230，54，214}，{131，67，185，121，141，77，181，117，129，65，186，122，142，78，182，118}，{35，195，19，249，45，205，29，245，32，193，17，250，46，206，30，246}，{163，99，147，83，173，109，157，93，160，96，145，81，174，110，158，94}，{11，227，51，211，7，237，61，221