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bitmap-fonts, osd, neon, draw, yuv

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English | 中文文档

@think3r 2019-08-18 20:45:21
参考链接:

  1. RealView® 编译工具-汇编程序指南(pdf)
  2. ARM Neon: conditional store suggestion
  3. how to use arm neon vbit intrinsics?
  4. arm neon 相关文档和指令意义 - github
  5. ARM Neon Intrinsics各函数介绍
  6. ARM NEON Intrinsics -- gcc.gnu.org
  7. 总结各种RGB转YUV的转换公式
  8. 在线 Arm neon 汇编调试器
  9. NEON加速之memcpy在ARM平台的优化

0x00 简介

通过 arm 平台下的 neon 技术加速如下两个多媒体 OSD 字符叠加功能:

  1. 拓展 1bit 字符点阵至 8bit / 16bit ;

  2. 直接在多种 YUV 上叠加字符;

    yuv叠加效果

0x01 support

  • arm 平台下 neon 加速 osd 字符点阵操作:

    1. 点阵(1bit) 扩充至 1Byte 和 2Byte;
      • 2Byte 的输出可以是任意值, 如 ARGB1555, ARGB4444, RGB565 等等;
    2. 在 YUV 格式上直接绘制 OSD;
      • 支持 YUV420 中的 I420, YV12, NV12, NV21;
      • 支持 YUV422 中的 YUYV, UYVY ;

  • 支持字符类型:

    1. 汉字 (HZK16), 基础大小 16*16;
    2. ASCII, 基础大小 8*16;

  • 支持字符大小:

    • u8   : x1, x2, x3, x4
    • u16 : x1, x2, x3, x4
      • u16 点阵拓展包含两种实现:
    • YUV 叠加: x2, x4 ;
      • 因为 YUV420 水平和垂直抽样 1/2, 所以暂不支持 x3 x4;

0x02 使用方法 

./
├── CMakeLists.txt      # 分离的 cmake : 上层文件;
├── CMakeLists_one.txt  # 单独的 Cmake 文件(完整);
├── build               # cmake 构建文件夹
├── demo
│   ├── ASCII8          #英文字库
│   ├── CMakeLists.txt  # 分离的 cmake : demo 编译文件;
│   ├── HZK16           #汉字字库 GB2312
│   ├── inc
│   │   ├── build_time.h
│   │   ├── common.h
│   │   ├── neon_intrinsics_test.h
│   │   └── osd_test.h
│   ├── Makefile
│   ├── Makefile.android.clang  #高版本 ndk
│   ├── Makefile.android.gcc    #低版本 ndk
│   └── src
│       ├── build_time.c
│       ├── neon_intrinsics_test.c  #noen 内嵌函数测试, 与本项目无关
│       ├── osd_test.c
│       └── test.c
└── osd_Draw
    ├── CMakeLists.txt  # 分离的 cmake : 库文件编译;
    ├── cpu_osd.c      #cpu 拓展 osd 字符点阵, 仅支持 u16
    ├── cpu_osd.h
    ├── neon_osd.c     #neon 加速实现 : 拓展 osd 字符点阵和 yuv 绘制字符
    ├── neon_osd.h
    ├── osd_base.c     #初始化相关
    └── osd_base.h

  • 提供如下三种编译方法:

    1. 基于 ndk-r20 clang 的 Makefile --> Makefile.android.clang;
      • @64bit 可执行文件
    2. 基于 ndk-r10e gcc 的 Makefile --> Makefile.android.gcc;
      • @32bit 可执行文件
    3. 基于 cmake 的编译方式 --> CMakeLists.txt 和 CMakeLists_one.txt
      • @32bit 可执行文件

  • 编译步骤如下 (以 ndk-r20 的 clang 编译为例):

    1. 打开 test.c 中想要测试的内容:
      • test_CreatOsdDot_u16_func() u16 拓展测试;
      • test_DrawOsd_YUV_func() yuv 叠加 osd 字符测试;
    2. 选取 Makefile, 如: cp Makefile.android.clang Makefile
    3. vi Makefile 并修改 ndk-r20 路径;
    4. make clean && make
    5. 传送成果物和必要的 yuv 文件至手机并运行 ./osd_demo

  • u8 和 u16 点阵简易查看方式: beyond Compare 4:

    1. 16 进制比较生成的两个 bin 文件 osdOut.bin 和 osdOut_copy.bin (文件内容相同);
    2. 视图 -> 布局 中的 每组字节数, 配置为程序运行输出的 pitch 值; 如下图所示:

    beyond Compare 输出

  • yuv 字符叠加效果图:

    yuv叠加效果

0x03 测试数据如下

u16 点阵扩充

  • 测试数据量为: 256,0000
  • 优化等级: -O2
  • 测试手机: 小米6
  • 测试手机终端: termux
  • 测试编译器: ndk-r20-clang @ununtu
  • 测试程序为: @64bit 可执行文件;
字体规模 cpu all cpu average neon all neon average
8 * 16 433 ms 0.169 us 132 ms 0.052 us
16 * 32 1206 ms 0.471 us 341 ms 0.133 us
24 * 48 2164 ms 0.845 us 565 ms 0.221 us
32 * 64 2686 ms 1.049 us 861 ms 0.334 us

项目 2.0(待做)

最近逛知乎的时候发现了一个比较好玩的项目 gnu unifont 里面的字体刚好都是等宽字体, 且字体支持日文等几乎所有的 unicode 字符和特殊字符, 因而计划开展下 2.0 的项目 :

  1. 项目字库采用 gnu unifont, 一举解决所有的字体支持问题;
    • unifont 各个字库之间的版本要区分清楚;
  2. 项目整体代码采用 C++ 实现, 采取模块化设计 :
    • 富文本解析
    • 字库渲染 模块化, ttf / pcf / bmp 字库叠加支持;
    • 字体缓存设计 利用算法实现字体缓存;
  3. YUV 字体叠加支持, arm neon 加速支持;

一些参考链接 :

  1. https://zh.wikipedia.org/zh-hans/GNU_Unifont
  2. hex -> bdf 工具
  3. bdf字体文件相关代码
  4. BDF 位图字体分布格式 wikipedia
  5. The X11 PCF bitmap font file format¶
  6. UTF-8 往事
  7. UTF-8 编解码算法赏析

在 X Window System下的点阵字体规格是BDF/PCF，这两种其实是一样的，只不过PCF是经过编码压缩，是二位文件，档案可能会比较小，加载的时候效率也会比较好。BDF的话是纯文字文件，可以使用一般的文字编辑器就可以编修

NOTE: 👆上述 2.0 项目不做了!!! 原因如下 :

  1. 已在学习 OpenGL 过程中实现了上述 gnu unifont 贴图的设想. (采用 Texture Atlas + Instancing )
  2. 如有兴趣实现上述代码的同学请在 issue 区联系我哈, 可开放仓库权限.