介紹

本文介紹在51單片機上，使用OLED12864(SSD1306)播放視頻，並且使用蜂鳴器播放音樂。

（因為是gif的原因，看著會比較卡，實際上是不會有卡頓的，實際效果可以看文末的視頻鏈接）

最終的效果如下：

播放bad apple的效果：

播放數位寶貝的效果：

使用到的主要元器件如下：

• 國產51單片機：STC15F2K60S2

• OLED顯示屏：SSD1306，解析度為128*64

• 無源蜂鳴器，8550三極體等

原理圖如下：

具體方案

由於視頻文件比較大(MB級別)，而51單片機的flash一般都比較小（KB級別），因此把視頻文件直接存儲在單片機內部顯然是不行的。可以把視頻文件存儲在SD卡裡面，然後單片機讀取SD卡裡面的內容；或者視頻文件直接存儲在電腦上，然後電腦通過串口實時發送視頻數據給單片機，單片機實時顯示視頻畫面。文本採用後者的方案。

OLED12864繪圖

我們購買OLED12864（SSD1306）顯示屏時，一般賣家都會提供51單片機的示例代碼，或者網上也能找到很多相關的代碼。

使用這些代碼在整個屏幕上繪圖時，發現刷新率比較低，在11.0592M時鐘頻率的情況下，實測大概只有8.6fps。測試方法如下：

void main() 
{ 
    for(;;) 
    { 
        p27 = ~p27; 
        oled_drawbmp(pic); 
    } 
}

oled_drawbmp為賣家提供的繪圖的函數，每次屏幕刷新一次，p27 IO口翻轉一次。使用邏輯分析儀測試p27的電平變化如下，可以看到頻率約為4.3Hz，那麼屏幕的刷新率大概為8.6Hz(fps)。

因為我們的目的是使用單片機在這款顯示屏上播放視頻，而一般視頻的幀率需要大於25fps，幀率過低就會有卡頓的感覺。顯然，上面提到屏幕8.6Hz的刷新率是比較低的，因此我們需要做一些優化。

比較直觀且容易的優化方式之一，就是提高時鐘頻率，把11.0592M提高到24M或者27M的時鐘頻率。

第二個優化方法就是優化繪圖函數。

先來看看iic的開始信號和結束信號的代碼：

void iic_start() //開始iic
{
    scl = 1;
    sda = 1;
    delay_5us();
    sda = 0;
    delay_5us();
    scl = 0;
}
void iic_stop() //停止iic
{
    scl = 0;
    sda = 0;
    scl = 1;
    delay_5us();
    sda = 1;
    delay_5us();
}

可以看到，裡面有一些延時5微妙(delay_5us)，其實這個不是必須的，去掉這個延時，iic同樣可以正常通信。因此，去掉這個延時，可以加快顯示屏的刷新速率。

其次，我們再看看賣家提供繪圖部分的函數：

/***********功能描述：顯示顯示BMP圖片128×64起始點坐標(x,y)*****************/
void oled_drawbmp(unsigned char bmp[]) //畫圖
{
    unsigned int j = 0;
    unsigned char x, y;
    for (y = 0; y < 8; y++)
    {
        oled_set_pos(0,  y);
        for (x = 0; x < 128; x++)
        {
            iic_writedata(bmp[j++]);
        }
    }
}

而iic_writedata的實現如下：

void iic_writedata(unsigned char iic_data) //寫數據
{
        iic_start();
    write_byte(0x78);
    write_byte(0x40);
    write_byte(iic_data);
    iic_stop();
}

可以看到，每寫一次圖像數據bmp[j]，都會有一次iic開始與結束動作，也都會先發送兩個控制指令(0x78, 0x40)，這其實沒有必要，優化後的函數如下：

// 快速繪製圖像
void oled_drawbmp_fast(unsigned char BMP[])
{
    unsigned int j = 0;
    unsigned char x, y;
    for (y = 0; y < 8; y++)
    {
        oled_set_pos(0, y);
        iic_start();
        write_byte(0x78);
        write_byte(0x40);
        for (x = 0; x < 128; x++)
        {
            write_byte(BMP[j++]);
        }
        iic_stop();
    }
}

可以看到，上面的函數減少了啟動iic、結束iic，減少了寫控制命令(0x78, 0x40)。使用跟之前同樣的測試方法，經過上述的優化，最終屏幕的刷新率如下：

上述的結果為，使用27M時鐘頻率，加上上面提到的幾點優化，可以看出最終屏幕的刷新率約為34.5*2=69Hz(fps)，這已經滿足我們播放視頻所需的屏幕刷新率了。

另外，再提一點，其實還可以進一步優化，使得屏幕刷新率達到100fps以上，測試結果如下。在這裡賣個關子，感興趣可以去B站看下，視頻地址為：51單片機播放視頻-原理介紹。

視頻轉碼成十六進位格式

單片機播放視頻，我們需要將視頻轉碼為單片機可以讀取的十六進位數據。

首先我們需要將視頻分解為一幀一幀的圖像，然後可以用如下的取模軟體獲得圖像的十六進位字模。

但是，由於視頻的幀數比較多，我們一幀一幀手動的使用取模軟體獲取字模，顯然是一個比較累的活。因此，我們可以寫個python代碼，批量生成每幀畫面的十六進位數據。python代碼如下：

import cv2

def bit2num(pixcels):
   output_val = 0
   for i, pix in enumerate(pixcels):
      if pix > 128: # 白色
         output_val += pow(2, i)
   return output_val

def main():
   video_path = 'BadApple.flv'
   cap = cv2.VideoCapture(video_path) # 打開視頻
   cnt = 0
   fout = open('bad_apple_data.txt', 'w') # 
   while True:
      ret, frame = cap.read()       # 一幀一幀的讀取
      if not ret:
         break
      cnt += 1
      frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # 轉換為灰度的畫面
      frame = cv2.resize(frame, (128, 64))  # 圖像尺寸調整到128*64大小
      convert_val = []
      for row in range(0, 8):   # page0 ~ page7
         for col in range(0, 128): # seg0 ~ seg127
            cur_data = frame[row*8: row*8+8, col] # 取出對應的8個像素點
            convert_val.append(str(bit2num(cur_data))) # 轉換成8位的數據
      
      fout.write("%s\n"%(','.join(convert_val)))

      # cv2.imshow("capture", frame)  #顯示畫面
      # if cv2.waitKey(30) & 0xff == ord('q'): #按q退出
      #    break

main()

代碼比較簡單，其中會調用OpenCV的庫，用來讀取視頻以及視頻畫面對應的像素值。

串口發送

視頻數據準備好之後，我們需要把視頻數據通過串口發送給單片機，單片機接收到完整的一幀數據（一幀畫面）之後，就可以開始顯示畫面。我們同樣可以寫個python代碼來將視頻數據發送給單片機，代碼如下：

import serial  # 導入串口相關的庫
from time import sleep

def get_bmp_data():
    filepath = 'bad_apple_data.txt'
    f = open(filepath)
    bmp_data = []
    for line in f:
        val = line.strip().split(',')
        if len(val) == 0:
            continue
        bmp_data.append([int(x) for x in val])
    f.close()
    return bmp_data

def main():
    com = serial.Serial('com10', 345600, timeout=10) # 設置埠號，波特率，超時時間
    if not com.isOpen():  # 判斷埠是否打開成功
        raise "埠打開失敗"

    bmp_data = get_bmp_data() # 讀取剛剛生成的TXT文件
    for frame in bmp_data: # 一幀一幀的發送數據
        ret = com.write(bytes(frame)) # 將數據轉換成二進位後發送
        sleep(0.03) # 延時適當時間

main()

代碼比較簡單，其中會調用串口相關的serial庫，然後每次迴圈發送一幀數據，直至全部發送完成。

小結

最後，總結一下 在51單片機播放視頻的大致流程：

1. 視頻解碼成一幀幀的圖像，然後再轉碼成顯示屏可以顯示的十六進位格式（這一步可以提前完成）

2. 電腦通過串口把十六進位格式的視頻數據發送給單片機

3. 單片機接收到完整的一幀數據（一幅圖像）後，顯示屏開始顯示畫面

4. 同時，蜂鳴器播放音樂（可選）

註：

想進一步瞭解細節的朋友，可以去B站看下我上傳的視頻，裡面的介紹更加詳細一點，也有最終的效果演示。

51單片機播放視頻-原理介紹

51單片機之超級簡易視頻播放器