嵌入式屏幕色彩開發(fā)

　　還記得此前的“藍(lán)黑白金裙”之爭(zhēng)嗎?這個(gè)分歧源于我們的眼中用來分辨顏色的錐狀細(xì)胞的差異，而人機(jī)界面中“藍(lán)黑白金裙”之爭(zhēng)同樣存在，這是什么原因?本文為你揭秘，并從色彩角度為大家介紹人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。

　　我們這樣看著世界

　　人們都知道，把大象放進(jìn)冰箱需要三步，而人眼把世界放進(jìn)大腦也可簡(jiǎn)單分為三步：

　　1.眼球感應(yīng)到像(傳感器采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào))

　　2.轉(zhuǎn)成神經(jīng)信號(hào)傳到大腦(通過通訊系統(tǒng)將信號(hào)傳到處理器)

　　3.大腦處理并存放(處理器轉(zhuǎn)化成屏幕可顯示與存儲(chǔ)的格式)

　　圖1 人類視覺系統(tǒng)

　　所以，人眼開始看到的圖像格式由光信號(hào)轉(zhuǎn)化成了神經(jīng)中的電信號(hào)與化學(xué)信號(hào)，傳播格式已經(jīng)不同了，同樣，機(jī)器也是要轉(zhuǎn)換的。

　　一、大腦里的格式——RGB圖像格式

　　首先，屏幕是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)組成的，里面絢麗的色彩也就只是出自像素點(diǎn)上紅(Red)、綠(Green)、藍(lán)(Blue)三原色而已，這種色彩的表示方法稱為RGB色彩空間表示(它也是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)中用得最多的一種色彩空間表示方法)，如下圖所示：

　　圖2 三基色圖

　　根據(jù)三基色原理，任意一種色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。如公式1.1所示。

　　公式 1.1 三基色原理

　　白光是多種光的混合，所以當(dāng)三基色系數(shù)最大時(shí)為白色，零時(shí)為黑色，而介于兩者間的就是世間百色了。

　　每個(gè)像素點(diǎn)就像一個(gè)顏料盒，盒子越大，裝的色彩種類越多，則這個(gè)像素點(diǎn)能表達(dá)的色彩越豐富，而這個(gè)盒子的大小在電腦里叫做存儲(chǔ)空間，調(diào)色的方式則是改變?nèi)浚旅娴谋碓酵拢枰拇鎯?chǔ)空間越大，但每個(gè)像素點(diǎn)能描述的顏色越準(zhǔn)確，屏幕的畫面也就越逼真。

　　RGB常見的格式如表1所示，不用詳細(xì)看，留著以后查就好。

　　表1 RGB常見格式

　　二、眼球上的格式——YUV圖像格式

　　我們存儲(chǔ)的時(shí)候?yàn)榱斯?jié)約空間、方便打包就用了亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)R-Y(紅色-亮度，即U)、B-Y(藍(lán)色-亮度，即V)分別進(jìn)行編碼，然后發(fā)出去，到了顯示終端再轉(zhuǎn)換回RGB格式，這種色彩的表示方法就是所謂的YUV色彩空間表示。

　　這時(shí)候也許你會(huì)問“咦，G(綠色)哪去了”，其實(shí)兩種顏色加亮度也能通過算法大致表達(dá)出原本的顏色，所以就算是融合進(jìn)R和B里了。

　　與RGB視頻信號(hào)傳輸相比，YUV最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬(RGB要求三個(gè)獨(dú)立的視頻信號(hào)同時(shí)傳輸)，兩種格式對(duì)帶寬的占用量噸位差異如下圖一般，RGB占用的帶寬要大得多。

　　圖3 RGB格式帶寬比YUV高

　　難道只為了省點(diǎn)帶寬所以我們就義無反顧選擇了YUV格式嗎?當(dāng)然不是!雖然低帶寬很關(guān)鍵，但是色彩也至關(guān)重要。

　　采用YUV色彩空間更重要在于它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的，這樣分開的好處就是不但可以避免相互干擾，還可以降低色度的采樣率而不會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量影響太大。如果U、V為零，就沒有顏色，變成黑白電視了。當(dāng)然，Y也是一個(gè)重要參數(shù)，其實(shí)平時(shí)我們看一個(gè)顏色深淺是很不一樣的，而深淺取決于亮度Y，Y的影響如下圖示。

　　圖4 明度變化圖

　　下面先介紹一種YUV格式，大家觸類旁通。

　　YUV 4:2:2：

　　?“4”代表存放流碼中有4個(gè)Y;

　　?“2”表示存放流碼中有2個(gè)U色差值;

　　?第二個(gè)“2”表示存放流碼中有2個(gè)V色差值。

　　下面的四個(gè)像素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

　　映射出像素點(diǎn)為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　　圖5 YUV采樣網(wǎng)絡(luò)

　　上圖是YUV4:2:2的采樣網(wǎng)絡(luò)，燈光樣例(Y)用叉表示，色度樣例(U、V)則用圈表示。每個(gè)點(diǎn)都有叉，而圈只有一半，所以這就是為什么上面的存放流碼四個(gè)Y齊全，而U、V只有一半。

　　三、交互界面的開發(fā)

　　圖像的開發(fā)主要是為了人機(jī)交互界面的美觀度，目前人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)emWin與QT。使用QT/E往往需要在微控制器上運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，因此對(duì)于MCU的性能有一定的要求。除此之外，若之前未接觸過QT/E，運(yùn)用起來將花費(fèi)一定的時(shí)間成本。相比之下，emWin更適合于快速、精簡(jiǎn)UI的開發(fā)，但界面交互效果與美觀度較低。

　　圖6 emWin_Demo

　　ZLG致遠(yuǎn)電子歷時(shí)12年開發(fā)的下一代嵌入式開發(fā)平臺(tái)AWorks平臺(tái)，內(nèi)部集成GUI編程框架——AWUI，AWUI目前支持Qt和emWin，用Designer編輯界面，用C++開發(fā)ViewModel/Model，讓開發(fā)者無需學(xué)習(xí)Qt和emWin的API最終的應(yīng)用程序可以在Qt和emWin(要確保emWin上支持該控件)上運(yùn)行。

　　基于AWUI，ZLG計(jì)劃年內(nèi)推出適用范圍更廣、更好用的AWTK。AWTK內(nèi)部包含豐富的GUI組件，突破性的開創(chuàng)“拖拽式”GUI編程模式，大幅提升GUI編程的高效性。搭配良好的設(shè)計(jì)架構(gòu)，兼具emWin低內(nèi)存流暢運(yùn)行與Qt高質(zhì)量界面效果等特點(diǎn)，保證交互界面的流暢性與運(yùn)行穩(wěn)定性，使嵌入式UI開發(fā)將會(huì)以組件的方式集成于AWorks平臺(tái)中，可在該平臺(tái)下快速實(shí)現(xiàn)交互界面開發(fā)。

　　圖7 AWUI發(fā)展計(jì)劃

　　圖8 AWorks中的UI框架

　　ZLG致遠(yuǎn)電子M1052跨界核心板支持AWorks嵌入式開發(fā)平臺(tái)，既具備MPU的強(qiáng)勁處理性能，又兼顧MCU微控制器的簡(jiǎn)單易用與實(shí)時(shí)性優(yōu)勢(shì)!預(yù)裝AWorks 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，面向智能硬件與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向應(yīng)用設(shè)計(jì)。

　　M335x-T工業(yè)核心板