介紹

本文介紹在51單片機上，使用OLED12864(SSD1306)播放視頻，并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：

播放數碼寶貝的效果：

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，8550三極管等

原理圖如下：

具體方案

由于視頻檔案比較大(MB級別)，而51單片機的flash一般都比較小（KB級別），因此把視頻檔案直接存盤在單片機內部顯然是不行的，可以把視頻檔案存盤在SD卡里面，然后單片機讀取SD卡里面的內容；或者視頻檔案直接存盤在電腦上，然后電腦通過串口實時發送視頻資料給單片機，單片機實時顯示視頻畫面，文本采用后者的方案，

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螢屏上繪圖時，發現重繪率比較低，在11.0592M時鐘頻率的情況下，實測大概只有8.6fps，測驗方法如下：

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

oled_drawbmp為賣家提供的繪圖的函式，每次螢屏重繪一次，p27 IO口翻轉一次，使用邏輯分析儀測驗p27的電平變化如下，可以看到頻率約為4.3Hz，那么螢屏的重繪率大概為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于25fps，幀率過低就會有卡頓的感覺，顯然，上面提到螢屏8.6Hz的重繪率是比較低的，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式，

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，里面有一些延時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，可以加快顯示屏的重繪速率，

其次，我們再看看賣家提供繪圖部分的函式：

/***********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的實作如下：

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

可以看到，每寫一次影像資料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，優化后的函式如下：

// 快速繪制影像
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，上面的函式減少了啟動iic、結束iic，減少了寫控制命令(0x78, 0x40)，使用跟之前同樣的測驗方法，經過上述的優化，最終螢屏的重繪率如下：

上述的結果為，使用27M時鐘頻率，加上上面提到的幾點優化，可以看出最終螢屏的重繪率約為34.5*2=69Hz(fps)，這已經滿足我們播放視頻所需的螢屏重繪率了，

另外，再提一點，其實還可以進一步優化，使得螢屏重繪率達到100fps以上，測驗結果如下，在這里賣個關子，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，

視頻轉碼成十六進制格式

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制資料，

首先我們需要將視頻分解為一幀一幀的影像，然后可以用如下的取模軟體獲得影像的十六進制字模，

但是，由于視頻的幀數比較多，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制資料，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))  # 影像尺寸調整到128*64大小
      convert_val = []
      for row in range(0, 8):   # page0 ~ page7
         for col in range(0, 128): # seg0 ~ seg127
            cur_data = https://www.cnblogs.com/hejunlin1992/archive/2022/05/03/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位的資料
      
      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，其中會呼叫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

視頻資料準備好之后，我們需要把視頻資料通過串口發送給單片機，單片機接收到完整的一幀資料（一幀畫面）之后，就可以開始顯示畫面，我們同樣可以寫個python代碼來將視頻資料發送給單片機，代碼如下：

import serial  # 匯入串口相關的庫
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) # 設定埠號，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檔案
    for frame in bmp_data: # 一幀一幀的發送資料
        ret = com.write(bytes(frame)) # 將資料轉換成二進制后發送
        sleep(0.03) # 延時適當時間

main()

代碼比較簡單，其中會呼叫串口相關的serial庫，然后每次回圈發送一幀資料，直至全部發送完成，

小結

最后，總結一下在51單片機播放視頻的大致流程：

視頻解碼成一幀幀的影像，然后再轉碼成顯示屏可以顯示的十六進制格式（這一步可以提前完成）
電腦通過串口把十六進制格式的視頻資料發送給單片機
單片機接收到完整的一幀資料（一幅影像）后，顯示屏開始顯示畫面
同時，蜂鳴器播放音樂（可選）

注：

想進一步了解細節的朋友，可以去B站看下我上傳的視頻，里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

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OLED12864繪圖

視頻轉碼成十六進制格式

串口發送

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