Badapple——树莓派+12864液晶视频播放实验

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网上有很多用各种显示屏、字符界面、甚至是激光、示波器等去播放动画的视频。而在视频的选择上，很多视频播放的是Bad Apple影绘。这个视频全程黑白，所以在各种设备上播放效果都特别良好，经常被用来做各种实验，所以也有句名言“有屏幕的地方就有Bad Apple”。
我买到树莓派之后一直在想树莓派+GPIO这个组合能做些什么有意思的事情。正好最近找到了一个一直都没有玩的3.3V小尺寸12864液晶模块，就决定用这个也放一放Bad Apple，见证一下树莓派远超过单片机的实力。

视频：
http://player.youku.com/player.php/sid/XNDU4MzQwMTUy/v.swf



概要
设备与材料：
树莓派
MzL05-12864液晶模块 (控制器: ST7565)
“Bad Apple影绘”等视频资源
功能：12864液晶模块的单色视频播放
开发周期：几个小时


程序发布
程序的下载及用法，请见项目首页：
树莓派12864视频播放器 http://shamiao.com/project/raspi12864
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注：本日志为开发过程记录。对编程不感兴趣就请读到这里为止
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视频数据的准备
视频是以前从niconico上下载下来的原画质视频。（512×384, 3’39″=6566帧@30fps/容器mp4/视频AVC/音频AAC）
128×64单色无压缩视频的数据量是128*64*6566/8 = 6.41MiB，不大。所以为了最高效率起见，还是把视频的每一帧先处理成符合液晶屏幕的，可以直接写入液晶模块的格式。
格式是由液晶模块主控ST7565所规定的：

这个格式是纵向的，和更常见的大12864里用的ST7920（横向）不一样。个人感觉纵向的有点烦人。
处理步骤：视频 → 每一帧截图为BMP文件 → 目标文件。
中间需要在某个位置，将图片尺寸从512×384缩小为128×64。
我选择的是在“视频→BMP”这一步直接缩小。不过先转出BMP来，再把所有的BMP批处理了也可以。


视频→BMP

一处理视频就比较麻烦，工具繁多、方法复杂。
将视频转换成图片序列（当然不能一帧一帧去截图了@_@），使用VirtualDub。但是VirtualDub不能读***容器的文件，并且支持的解码器极其有限（AVC和H264都不行）……。
我是不希望用视频转换工具重新压一遍（损画质）。所以找了个解决办法：AviSynth。这个软件可以通过写脚本，将任何视频“伪装”成AVI文件，供其他软件无障碍读取。并且可以做一些简单的视频处理。
但是AviSynth也不能直接读*** AVC的文件，还需要给它加插件FFmpegSource。
步骤：（1）安装AviSynth和FFmpegSource。
下载FFmpegSource时选择32位稳定发布版ffms-2.17.7z；
（2）写伪装用的.avs脚本，和badapple***放在同一目录下：
A = FFAudioSource(“badapple***″)
V = FFVideoSource(“badapple***″).BicubicResize(128,64)
AudioDub(V, A)
# 注意：这个脚本里直接顺手把视频尺寸缩小到了128×64。
（3）开VirtualDub，把.avs脚本当做视频打开。然后File→Export→Image Sequence输出图像序列，输出格式选BMP。
由于这么麻烦，所以我把我转换出来的BMP文件序列，放出来提供下载 不用管这么多步骤，用就好了:
http://dl.vmall.com/c00sg8rfgk
（Bad.Apple.开发大礼包.[逐帧BMP截图+原画质视频].z01
& Bad.Apple.开发大礼包.[逐帧BMP截图+原画质视频].zip）
注：网盘早晚是会失效的。如果不能下载，请留言告诉我。


BMP→液晶屏数据

虽然点阵液晶取模软件不少，但想做批量的，现成的程序肯定没有，自己写是跑不了的。
程序流程：读BMP文件→判断每个像素（黑或白）→转换成液晶屏规定的数据字节→写二进制文件。
读BMP我拉了一个BMP识别库EasyBMP来用——BMP格式再简单也不值得做重复发明轮子的事情 这个库可以方便的读取每个像素的RGB颜色值，功能够用了。
尽管BadApple是黑白视频，但灰度部分也是存在的——比如1’29″妹红的火焰，和1’54″幽灵乐团的影子。所以使用RGB→YUV公式中亮度分量Y的部分，先将每个像素点转换成灰度值：Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
我的判断方法，是简单的50%阈值：亮度过一半为白，不到一半为黑。保险，但不完美。至少因为图片太小，在0’55″就丢失掉了二小姐的“奸笑”这个细节。
总之写出的取模程序，最后输出output.bin即为动画数据。尺寸应该是一字节不差的：1024B/帧 × 6566帧 = 6566KiB。


使用GPIO/SPI驱动12864
我手里这个12864是串行驱动的，时序符合SPI——尽管只能单向写入，MISO没有用到。
树莓派的GPIO里直接有SPI。树莓派需要设置的SPI参数检查一下：
字节顺序（MSB First）
时钟极性（CPOL=1, CPHA=1）
时钟分频（即SPI总线频率，64分频=4MHz。检查液晶的时序图，确保总线频率不超过液晶模块支持的最高频率）
片选信号（随意，我用的CS0）
片选极性（低有效）
操作树莓派的GPIO和SPI，我用了BCM2835函数库。用法很简单，看Example就够了。
12864的上电初始化时序，我偷懒参考了北京集粹的资料

st7565驱动程序.pdf (326.17 KB, 下载次数: 48)

2012-11-27 09:19 上传

点击文件名下载附件

——这家公司的资料很准确。注：对于液晶模块，只要控制器一致，资料一般可以通用。


动画播放
动画的流程：读取一帧的数据→写入液晶模块→等待1/30s→下一帧。
但是“等待1/30s”，肯定不是字面意思的“延时1/30s”。因为写SPI总线这个操作本身就使用时间，并且这个时间无法确定、不可忽略。忽略就会造成明显的时间不准。
其实这个“等待1/30s”，准确来说，应该表达为“等待下一个1/30s时刻的到来”。也就是说，在程序中要维持一个ms级的时标，每显示一帧就标注一下当前的时刻，然后等待到时标相比上一个标记点超过了33ms，就该显示下一帧了。
Linux环境下ms级的时标，这个问题正经找了一阵……。有不少人认为该使用gettimeofday()函数，但是用这个，在跨越两天的时间不就出问题了……
最后找到<sys/timeb.h>提供的ftime()函数可以解决。ftime()函数可以得到当前的毫秒级的UNIX时间戳。不过也不是没有隐患：程序运行中，不能更改系统时间。这个问题暂时放着了。

总结
其实这个项目相比单片机播放视频，是相当轻松的：
性能够用，海量内存和存储随便使，无需自己操心SD卡操作、FAT32等等
开发资源丰富，甚至无需交叉编译和烧录下载
SPI使用很方便。
果然用树莓派做点短开发周期的玩具再合适不过了。

作者：沙渺，原文http://shamiao.com/raspi/5

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树莓派12864动画播放程序更新+发布

树莓派12864动画播放程序更新完善。处理掉了程序中不谨慎的大量细节，完善了取模程序。播放程序增加了两项功能：音频同步播放、帧率自定义。
本次更新，将程序做到了可以发布的水平。放出供爱好者下载赏玩。

视频更新：树莓派12864液晶模块视频播放器（正式视频）
http://player.youku.com/player.php/sid/XNDYwNjY4NzQ0/v.swf

程序发布
程序的下载、用法等，详见项目主页：
树莓派12864视频播放器 http://shamiao.com/project/raspi12864

声音播放
其实相当的简单：在开始播放视频时，直接调用外部的音频播放器播放MP3文件即可。
音频播放器，就从debian提供的软件包里随便抓了一个：mpg123。

帧率自定义
实现帧率自定义，应该是只需要算一下，每一帧持续的时间为(1000/fps)ms即可。但是有点小问题。程序中使用的时标均为整数，这样除法所产生的小数部分（舍去）就会产生误差。
例如30fps，1000/30=33.3ms，反过来33*30=990ms，则每24帧就会比1秒种不足10ms。
实际现象就是：一开始音画是同步的，越到后面画面就快的越多。
我考虑的解决办法是，将不足的毫秒数平均分配到各帧中补偿回来。还以30fps为例，不足10ms，则每3帧多播放1ms，就将30帧的时间补回了准确的1000ms。
帧率通过参数输入。程序中将帧率限制在最高60fps——虽然这个液晶模块可以达到的更高，但是由于严重的拖影，其实高了也没用处。甚至60都有点多，30的效果就很好了。

作者：沙渺  原文：http://shamiao.com/raspi/12

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为啥都喜欢bad apple

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ht868788 发表于 2012-11-27 09:47
真心不错，这个不知道TFT彩显效果怎么样？

拿到板子，自己尝试就知道效果啦！

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这个板真心想佣有啊。

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louyj 发表于 2012-11-27 10:06
这个板真心想佣有啊。

哈哈~心动不如行动，爱板现在做活动，价格优惠哦！https://www.cirmall.com/bbs/thread-4157-1-1.html

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还有抢楼活动就好了。

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这个要顶！！非常赞啊！

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羡慕啊~

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有屏幕的地方就有烂苹果啊