漢字的動態(tài)編碼與顯示方案

漢字的動態(tài)編碼與顯示方案

摘要：綜合幾種常用單片機漢字顯示方案，提出一種基于PC機預處理的漢字動態(tài)編碼和動態(tài)字庫的顯示方法，較好地解決了存儲空間、顯示速度、軟件開發(fā)維護幾方面的相互矛盾；具有平臺化的優(yōu)點，同時，給出針對MCS51優(yōu)化的匯編顯示例程。

因為漢字本身的特點，顯示漢字始終是計算機在我國應用普及的一個障礙。最初，為了能在PC機上顯示、處理漢字，國人發(fā)明了一種硬件設備"漢卡"，后來各種各樣的采用純軟件技術的中文DOS逐漸成熟，其中、西文軟件的運行速度和性能還是有明顯的差距。最終在軟件進入支持UNICODE、真正實現國際化的WIN95以后，硬件跨入"奔騰"時代，才實現了漢字與西文的統一顯示，但是這一切是以硬件資源的飛速發(fā)展為前提的。以國際GB2312為例，一、二級漢字庫共收錄了6000多個漢字，每個字按16×16點陣計算，字模需要占用32字節(jié)的存儲空間，整個字庫的規(guī)模在200k字節(jié)以上，高點陣（24點陣以上）和矢量字庫以及Windows用的TrueType字體的字庫規(guī)模都是幾兆字節(jié)大小，這在早期的386時代是難以想象的。單片機因為使用靈活、結構簡單、體積小、成本低而在工業(yè)和生活中得到廣泛應用，也正是因此，它的硬件資源很有 限，尋址和計算機能力都遠低于PC機，顯示漢字更受限制。人們不滿足單片機系統采用LED數碼管的簡單顯示，根據單片機的特點，開發(fā)出了很多種漢字顯示方法。

1 幾種常用單片機顯示漢字方法

(1)采用標準字[1]

這種方法仿器中文DOS的辦法，將一個標準的漢字庫裝入ROM存儲器，再根據漢字的機內碼在字庫中尋址，找到對應的字模，提取后送到顯示器顯示。因為采用了和PC機相同的編碼(機內碼)，軟件的開發(fā)和維護非常簡單，基本上與寫PC機軟件差不多。而對單片機系統自身的要求則相對高多了，16×16點陣的字庫需要256K字節(jié)，但是一般8位單片機的尋址能力只有64K字節(jié)，要進行存儲器擴充，除增加很大一部分硬件成本外，還因為要進行存儲器分頁管理、地址切換，顯示速度明顯受影響，而且只能顯示一種點陣字體。

（2）直接固化顯示字模[2]

將要顯示的語句中全部漢字的字模數據依次提取出來，順序存放在存儲器中，當顯示時，直接取出字模數據送至顯示器即可。這種方法占用空間少，程序實現簡單，顯示速度快；但是字模數據的提取和存儲安排是一件委有繁瑣的事件，要想大量顯示漢字或進行程序修改幾乎是不可能的，軟件的可維護性很差。

(3)建立帶索引的小字庫[3]

將全部要顯示的漢字統一建成一個小字庫，字庫分為2部分：索引素和字模表。索引表由若干定長記錄組成，記錄的內容為：漢字機內碼、地址碼、識別碼。其中地址碼是該漢字字模在字模表中的位置，識別碼標志該漢字的點陣形式或字體等。字模表中按素引存放漢字字模。顯示漢字時先根據待顯漢字的機內碼在索引表中尋找，找到對應索引記錄后，讀出地址碼和識別碼，再根據此從字模表中讀出字模，送顯即可。這種方法可根據實際使用對字庫進行裁剪，硬件開銷較小，但是要進行復雜的查詢運算，字多了平均尋找時間就會變長，效率降低。

2 漢字動態(tài)編碼

綜上所述，我們發(fā)現：在方法1中，程序員工作量最少，但單片要機的軟、硬件開銷最大；方法2中，單片機的開銷較少，但是編寫和維護軟件極為困難；方法3,介于二者之間。顯然，存儲空間、顯示速度、軟件開發(fā)維護件間存在著矛盾。受各種PC機模擬軟件的啟發(fā)，我們提出一種基于PC機預處理的漢字顯示方法--漢字動態(tài)編碼，在實際應用中較好地解決了這一問題。其基本原理如下：建立一種新的編碼機制，這個漢字編碼是動態(tài)的；一個編碼不與某個漢字具體相聯系，而僅代表某個漢字在字庫中的位置（這個位置也是動態(tài)的）；用該碼代替程序里字符串（C語言）或數據段（匯編語言）內漢字的機內碼，單處機顯示程序可根據這個新的編碼直接在專門建立的動態(tài)小字庫中找到字模，不用進行復雜的尋址、查找等運算，如圖1所示。

實現漢字動態(tài)編碼的過程就是先進行漢字識別，然后建立編碼字典、提取字模、建立動態(tài)字庫、改寫機內碼。首先掃描一遍程序文件，識別其中的漢字，將它們按出現先后順序或機內碼的大小排序，重復出現的剔除，建立了一個編碼字典；根據漢字在編碼字典的位置（序號），可以對漢字按區(qū)碼、位碼進行編碼，也可以采用其它的方法編碼，總之序號與它的動態(tài)編碼存在一一對應關系；根據字典中每個漢字的機內碼依次從PC機的漢字點陣字庫中提取字模，順序存儲，建立一個小規(guī)模的動態(tài)字庫，這樣每個漢字的字模在字庫中的位置就與其在編碼字典中的序號、動態(tài)編碼一一對應了。最后，再掃描一遍程序文件，按照編碼字典將每個漢字的機內碼改寫為對應的動態(tài)編碼。因為程序文件中的漢字隨時會增減，編碼隨之而變，字庫的大小也隨時在變。所以稱之為動態(tài)編碼和動態(tài)字庫。

考慮一般應用場合，1000個左右的漢字即可滿足要求，按照漢字動態(tài)編碼方法所需的字庫僅為32K字節(jié)大小，只需要1片27256即可，幾乎不用增加什么硬件。這樣，字庫的大小可由漢字的多少控制，程序的編寫和維護可以沿用中文系統下的習慣，僅需要編寫好的單片機程序用PC機進行一次預處理，程序員從繁雜的漢字處理工作中解放出來，有效地降低了軟件和硬件開發(fā)成本。

3 漢字動態(tài)編碼的具體實現

實現漢字動態(tài)編碼的關鍵是建立編碼字典和改寫機內碼。下面以是顯示1行漢字"天上有個太陽，水中有個月亮"為例，說明動態(tài)編碼的實現過程。

（1）漢字識別

漢字在PC機內的存儲和處理是用機內碼來實現的。每個漢字的機內碼是唯一的，由2個字節(jié)組成，分區(qū)碼和位碼，為了和西文的ASCII碼有區(qū)別，漢字機內碼的區(qū)碼和位碼的取值都大于0A0H。我們要處理的源程序文件都是文本文件，存儲的都是西文字符、控制符的ASCII碼和中文字符的機內碼，當掃描到文件中大于0A0H的字節(jié)內容時，即可判斷該字節(jié)是漢字機內碼的1個字節(jié)，而且肯定是成對出現，第1個字節(jié)是區(qū)別，第2個字節(jié)是位碼，都大于0A0H，否則出錯。

在C和匯編程序中表示字符的方式有所不同，但最終字符在文件中的存儲格式是一樣的。顯示上面那行漢字，用C語言可以表示為：

char OneSent[]="天上有個太陽，水中有個月亮"；

printfhz（OneSent）;/*printfh

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