FreeType 学习笔记

GTK+(基于DirectFB)的字体绘制是通过pango+freetype+fontconfig三者协 作来完成的，其中，fontconfig负责字体的管理和配置，freetype负责单个字符的绘制，pango则完成对文字的排版布局。而我对这一部分 的了解，基本上是空白的。这两天为了解决一个关于字体的BUG，花了一些时间阅读相关资料，这里记录一些freetype的学习笔记。

 

尽管点阵字体在时间和空间性能上都有较佳的表现，但是由于缺乏灵活性，无法改变字体的大小和风格，除了在一些嵌 入式设备中仍然在使用外，大多数系统都使用矢量字体了。矢量字体不像点阵字体那样直接记录字符的字模数据，而是记录字体描述信息，其中最重要的两部分是 outline和hint。

 

字体的outline( 轮廓) ：这是用来描述字体的基本手段，它一般由直线和贝塞尔（Bézier）曲线组成。贝塞尔（Bézier）曲线是一条由三个点确定的曲线，假设这三点的坐标是(A_x , A_y )、(B_x , B_y ) 和(C_x , C_y )，那么曲线方程为：

    p_x = (1-t)² .A_x + 2t(1-t).B_x + t² .C_x 
    p_y = (1-t)² .A_y + 2t(1-t).B_y + t² .C_y

 

字体精调提示(hint) 。Outline已经描述字体的表现形式，但是数学上的正确对人眼来说并不见得合适，特别是缩放到特定的大小和分辨率的时候，字体可能变得不好看，或者不清析。Hint指的是一系列的技术，用来精调字体，让字体变得更美观，更清析。

 

在truetype字体中，hint是用一种编程语言来表述的，这种语言有点像汇编语言，每个语句完成一个单一的功能，通常用一个虚拟机来解释执行。它具有下列特点：

l          支持循环。

l          支持条件分支。

l          支持用户定义的函数。

l          支持以不同方式操作数据的指令集。

l          支持数学和逻辑指令集。

l          其它一些方法。

 

字符影射表(charmap) 。字符对应的字体数据称为glyph，字体文 件中通常带有一个字符映射表，用来把字符映射到对应glyph的索引值。因为字符集的编码方式有多种，所以可以存在多个子映射表，以支持从不同编码的字符 到glyph索引的映射。如果某个字符没有对应的glyph，返回索引0，glyph 0通常显示一个方块或者空格。

 

矢量字体有多种不同的格式，其中TrueType用得最为广泛。它的扩展名通常为OTF或者TTF，它的文件内容由几部分组成，文件头、表目录和表。文件头描述了版本号和表的数目等信息，表目录记录了表的偏移量和大小，表则是表的实际数据。

 

文件头的格式为：

类型	名称	描述
Fixed	sfnt version	0x00010000 for version 1.0.
USHORT	numTables	Number of tables.
USHORT	searchRange	(Maximum power of 2 <= numTables) x 16.
USHORT	entrySelector	Log2(maximum power of 2 <= numTables).
USHORT	rangeShift	NumTables x 16-searchRange.

 

而表目录的结构为:

类型	名称	描述
ULONG	tag	4 -byte identifier.
ULONG	checkSum	CheckSum for this table.
ULONG	offset	Offset from beginning of TrueType font file.
ULONG	length	Length of this table.

 

而表的内容则与具体的表有关，比如cmap表存放是的字符映射关系、 

 

表EBDT(嵌入式位图)有什么用呢，原来是这样的，矢量字体尽管可以任何缩放，但缩得太小时，仍然存在问题， 字体会变得不好好看或者不清析，即使采用hint精调，效果也不一定好，或者那样处理太麻烦了，这时可以采用点阵字体来弥补矢量字体的不足，EBDT就是 用来存放点阵字体的字模数据的。

 

矢量字体的处理比较麻烦，即要进行矢量计算，又进行精调处理，相对于点阵字体来说慢多了，会不会存在性能问题呢？可能会的，不过可以通过下列两种方式缓解性能问题：

l          cache法。把刚计算出来的glyph放到cache中，下次再用到这个字符时，直接从cache中取，而不用重新计算。

l          预先计算法。把常用值预先计算出来，放在hdmx等表中，这可以节省不少计算时间。

 

Freetype是一个操作字体的函数库，它不但可以处理点阵字体，也可以处理多种矢量字体，包括 truetype字体，为上层应用程序提供了一个统一的调用接口。Freetype具有良好的可移植性，特别考虑了嵌入式应用环境，字体文件可以在文件系 统中，也可以在ROM中，甚至可以用自定义IO函数来访问字体数据。Freetype采用模块化设计，很容易进行扩充和裁减，据说如果只支持 truetype，裁减后的二进制文件大小只有25K。Freetype是开放源代码的，它采用FreeType和GPL两种开源协议，可以用于任何商业 用途。

 

Freetype的使用相对比较简单：

 

1.         包含freetype的头文件。

#include

#include FT_FREETYPE_H

 

 

2.         初始化freetype

FT_Library library;

error = FT_Init_FreeType( &library );

 

 

3.         加载字体

error = FT_New_Face( library,

                       "/usr/share/fonts/truetype/arial.ttf",

                       0,

&face );

 

或者

error = FT_New_Memory_Face( library,

                              buffer,    /* first byte in memory */

                              size,      /* size in bytes        */

                              0,         /* face_index           */

                              &face );

 

 

4.         设置字体的大小

 error = FT_Set_Char_Size(

            face,    /* handle to face object           */

            0,       /* char_width in 1/64th of points */

            16*64,   /* char_height in 1/64th of points */

            300,     /* horizontal device resolution    */

            300 );   /* vertical device resolution      */

 error = FT_Set_Pixel_Sizes(

            face,   /* handle to face object */

            0,      /* pixel_width           */

            16 );   /* pixel_height          */

 

 

5.         加载字符的glyph

glyph_index = FT_Get_Char_Index( face, charcode );

 error = FT_Load_Glyph(

            face,          /* handle to face object */

            glyph_index,   /* glyph index           */

            load_flags );  /* load flags, see below */

 error = FT_Render_Glyph( face->glyph,   /* glyph slot */

                           render_mode ); /* render mode */

 

 

6.         字体变换(旋转和缩放)

 error = FT_Set_Transform(

            face,       /* target face object    */

            &matrix,    /* pointer to 2x2 matrix */

&delta );   /* pointer to 2d vector */

 

 

7.         把字符显示出来(与具体实现有关)

draw_bitmap( &slot->bitmap,

                    pen_x + slot->bitmap_left,

pen_y - slot->bitmap_top );

字符显示与字库

Ø字库分类：

Ø 按历史版本划分，如汉字库：GB 字库、GBK 字库、GB18030 字库等等

Ø 按字符字形划分如：宋体、楷体、方正舒体、黑体、MingLiU 、Gulim 等

Ø 按字模存在形式划分为，常见的有：点阵字库、矢量字库、PostScript 字库、图形字库等

 

字符显示与字库

ØGB2312字库

Ø 为了便于管理GB2312 字库，通常采用的是区位码( 内码 – 0xA0A0) 进行检索

Ø 假设：有一字符串str, 当前字号占s_size 字节，求当前字符在字库中的偏移地址offset_addr:

 s_row = *(str)-0xA0;

 s_col = *(str+1)-0xA0;

 offset_addr=(94*(s_row-1)+(s_col-1))*s_size;

Ø 读取点阵信息到buffer ：

 fseek(fp,offset_addr,SEEK_SET);

 fread(buffer,s_size,1,fp);

矢量字体的应用

矢量字体的应用

Ø概述

ØFreeType 2 被设计为一种占用空间小、高效、高度可定制的、并且可以产生可移植的高品质输出（符号图像）。可以被用在诸如图像库、展出服务器、字体转换工具、图像文字产生工具等多种其它产品上  

ØFreeType 2 的发行遵循两个开源许可：BSD 样式的FreeType License 和GPL

Ø 它提供一个简单的、易用的并且统一的接口实现对多种字体文件的访问  

矢量字体的应用

Ø概述

Ø 尽管点阵字体在时间和空间性能上都有较佳的表现，但是由于缺乏灵活性，不便于改变字体的大小和风格

Ø 矢量字体不像点阵字体那样直接记录字符的字模数据，而是记录字体描述信息，其中最重要的两部分是outline 和hint

Øoutline(轮廓)： 这是用来描述字体的基本手段，它一般由直线和贝塞尔曲线组成。贝塞尔曲线是一条由三个点确定的曲线，假设这三点的坐标是(Ax, Ay) 、(Bx, By)  和(Cx, Cy) ，那么曲线方程为：

      px = (1-t)2.Ax + 2t(1-t).Bx + t2.Cx
    py = (1-t)2.Ay + 2t(1-t).By + t2.Cy

矢量字体的应用

Ø概述

Øhint(精调)：Outline 已经描述字体的表现形式，但是数学上的正确对人眼来说并不见得合适，特别是缩放到特定的大小和分辨率的时候，字体可能变得不好看，或者不清析。hint 指的是一系列的技术，用来精调字体，让字体变得更美观，更清析

Ø字符影射表(charmap): 字符对应的字体数据称为glyph ，字体文件中通常带有一个字符映射表，用来把字符映射到对应glyph 的索引值  

矢量字体的应用

Ø概述

Ø 矢量字体有多种不同的格式，其中TrueType 用得最为广泛，它的扩展名通常为OTF 或者TTF

Ø 它的文件内容由几部分组成，文件头、表目录和表。文件头描述了版本号和表的数目等信息，表目录记录了表的偏移量和大小，表则是表的实际数据  

Ø 矢量字体的处理比较麻烦，即要进行矢量计算，又要进行精调处理，相对于点阵字体处理要慢  

矢量字体的应用

Øfreetype2应用

Øfreetype-2.1.10下载地址：

  或

Ø编译配置：

  ./configure --host=arm-linux --prefix=/xxx/xxx

  make

  make install

矢量字体的应用

Øfreetype2应用

Ø 应用程序常用头文件包含：

  #include

  #include

  #include

  #include

Ø 应用程序编译：

  export   C_INCLUDE_PATH=/home/xiuhai/Desktop/libfree/include/:/home/xiuhai/Desktop/libfree/include/freetype2/

矢量字体的应用

Øfreetype2应用

  arm-linux-gcc -L/home/xiuhai/Desktop/libfree/lib/ -lfreetype -o t freetype_test.c

Ø 运行时要拷贝动态库到开发板lib 下，TTY 字体库可以拷贝到应用程序指定的位置  

Ø 当新建一个face 对象时，freetype2 默认选择Unicode 字符表

矢量字体的应用

ØFreetype2应用程序编写

Ø 初始化freetype:

  FT_Library  library;

  FT_Init_FreeType( &library );

Ø 加载字体创建face ：

  FT_Face face;

  FT_New_Face(library, "simfang.ttf",0, &face)

Ø 设置字体大小( 宽/ 高) ：

  FT_Set_Pixel_Sizes(face, 16,0)

   

矢量字体的应用

ØFreetype2应用程序编写

Ø 根据目标编码获取字符在字库中的索引:

  FT_UInt glyph_index;

  glyph_index = FT_Get_Char_Index(face, unicode);

Ø 按指定的大小加载字符的glyph: FT_Load_Glyph(face,glyph_index,FT_LOAD_DEFAULT)

Ø 将指定的glyph 转换成bitmap

  FT_Render_Glyph(face->glyph,FT_RENDER_MODE_MONO)

 

矢量字体的应用

ØFreetype2应用程序编写

ØFT_GlyphSlot 结构体部分成员信息：

  bitmap_left: 距离左边的空余像素

  bitmap_top:  用于描述顶部空白区    (bitmap.rows - bitmap_top)

  bitmap.rows: 字符所占的行数

  bitmap.width: 字符所占的列数

  bitmap.pitch: 绝对值表示一行所占字节数

  bitmap.pixel_mode: 像素模式，1 指单色的，8 表示反走样灰度值

  bitmap.buffer:glyph 的点阵位图内存绶冲区  

矢量字体的应用

ØFreetype2其他高级应用

Ø 指定字符编码集：  

  FT_Select_Charmap(face, FT_ENCODING_GB2312);

Ø 字形变换：

   仿射、旋转、文字渲染、缩放、自居调整等 

 

多国语开发

多国语开发

Ø概述

Ø 对于一个嵌入式产品多语言支持，一般分两部分：

Ø 一是终端本地显示界面，如菜单、图标等

Ø 二是来自外部的文件，需要在终端上进行显示

Ø 针对上面两点，都离不开Codepage 与Unicode ，同时还要有支持各国语言的内码表及各国语言内码所对应的字库或Unicode 字库

Ø 开发工作主要集中在编码转换和字库索引这块，编码转换方式多样，效率也会不同

多国语开发

Ø概述

Ø 对于字符显示的方案：

Ø 对于本地字符串显示，由于内容比较少，可以将字符串定义在头文件中，为了便于随时修改，也可以做成XML 文件

Ø 字符串可以是文本也可以是内码( 字符串内码数组)

Ø 可以采用各国内码字库，不过得熟悉其编码规则，所以不怎么采用

Ø 一般采用Unicode 字库，或TTY 字库

ØFreetype2 为多国语显示提供了很大方便，我们只需要佣用相应语言的TTY 字库就可以方便的显示字符了