まだ道は遠い

2013年7月30日

ようやく絵が出せるようになった DICOM-XA Viewerですが　まだまだバグがありそうです
片っ端から、XA fileを開き、またコマを変えたりして見ているのですが　既にこんな異常が見つかりました

次に掲げてあるのが 001013XAというシーンの XA fileです　このシーンは短く5コマしかありませんが、その中の 3コマ目、4コマ目、5コマ目を並べると以下のようになったのですが、これはあくまでも僕の Viewerのバグです　問題はバグがどこにあるのか現時点では皆目見当がつかない、ということです　それに　どうやってバグ潰しをすればいいのか? それも見当がつかないということです いやもっと大きな問題は自由に思索する時間が無い、ということです　仕事に追われています

やっと解決

2013年8月3日

DICOM XA Viewerが何とか走るようになりそうです　前日解決できなかった、あるフレームでは絵がビット崩れする現象の原因が特定できたのです

XA dataからBit入力して、Huffman codeを用いて暗号解読していく訳ですが、肝腎のHuffman codeが実はフレーム毎に変化していたのです　いや、大体は変化せず、最初のフレームのHuffman codeがそのまま用いられるのですが、時に変化するのです　だから、DHTからHuffman codeを解読せねばならないのです

その部分を書き直したところ下記のように先日ビット崩れしていたフレームもきちんと解読することに成功しました

あとはタイマー割り込みを実装して時間と共にフレームを書き換えるだけです
それはかつてブロック崩しを作成した時に実装した経験があるので簡単な筈なのですが・・・

実はすっかり忘れてしまい、今はどうやるやら全く判らなくなっているのです　でもまあできるでしょう

現在の BitStreamクラス

2013年8月5日

現在までにBitStream入力クラスの一部にバグが見つかり修正しています。ここでは高村先生に随分とお世話になりました。まずは header部分です

#ifndef __CRBitSTREAM_H_
#define __CRBitSTREAM_H_

#define TAG (0xFF)	// JPEG Tag Marker
#define DHT (0xC4)	// DHT: 0xFFC4 -- Define Huffman Table
#define SOI (0xD8)	// SOI; 0xFFD8 -- Start of Image
#define EOI (0xD9)	// EOI; 0xFFD9 -- End of Image
#define SOF (0xC3)	// SOF; 0xFFC3 -- Start of Frame (Lossless)
#define SOS (0xDA)	// SOS; 0xFFDA -- Start of Scan


class CRBitStream
{
private:
	struct JPEGTAGTBL{	// JPEG TAGのアドレス格納
		BYTE *tagDHT;
		BYTE *tagSOI;
		BYTE *tagEOI;
		BYTE *tagSOF;
		BYTE *tagSOS;
	};
	struct HUFFTAB {
		int HuffBit;  // ハフマン符号のビット長
		int HuffCode; // ハフマン符号
		int HuffVal;  // ハフマン符号の意味する値
	};
	BYTE *fileTop;
	BYTE *fileEnd;
	long fileSize;
	BYTE BITS[16];				// DHTのビット数を入れる配列
	int totalFrameCount;		// 総フレーム数
	int huffElementNo;			// ハフマン符号の数
	int currentFrame;			// 現在のフレーム番号
	BYTE *frameTop;				// フレーム先頭アドレス
	BYTE *frameEnd;				// フレーム終了アドレス
	long frameSize;				// フレームの長さ
	BYTE *mRead;				// 読み出しアドレス
	BYTE mMask;		// bit maskであると同時に現在の読み出しビット位置 (MSB = 7, LSB = 0)
	bool mReadable;				// 1: 読み出し可、 0: 読み出し不可
	void IncBuf(void);		// 読み出しアドレスのインクリメントとアクセス違反のチェック
	void SearchJpegTag();		// JPEG tagをサーチしてそのアドレスをjpegTagTbl[]に格納する
	void MakeHuffTab(void);		// ハフマン表を作る

public:
	CRBitStream(void);
	CRBitStream(CFile *);
	~CRBitStream(void);
	JPEGTAGTBL *jpegTagTbl;			// JPEG Tagを格納するテーブル
	HUFFTAB *huffTab;				// ハフマン表
	BYTE *GetFileTop(void);
	int SetFrame(int);		// フレーム(何コマ目?)をセットする　成功 = フレーム、失敗 = -1
	int GetTotalFrame(void);		// 総フレーム数を返す
	BYTE GetBYTE(void);				// 1 BYTE読み出し
	WORD GetWORD(void);				// 1 WORD読み出し
	int GetBit(void);				// 1 bit読みだして返す
	int GetBits(int);				// numOfBits数のビットを読みだして返す
	BYTE *GetAddressPresent(void);		// bufferの現在のアドレスを返す
	void ResetBuffer(void);			// bufferの先頭に戻す　bufferそのものは変更しない
	bool IsReadable(void);			// まだ読み出し可能か否か?
	int DecodeHuffman(void);		// ハフマン符号の解読
	int DecodeHuffmanValue(int);	// ハフマン符号から実際の値に変換する

};

#endif

そして実装ファイルです

#include "StdAfx.h"
#include "RBitStream.h"
#include <iostream>

CRBitStream::CRBitStream(void)
{
}

CRBitStream::CRBitStream(CFile *pFile)
	:fileTop(NULL), fileEnd(NULL), frameTop(NULL), frameEnd(NULL),
     mRead(NULL), jpegTagTbl(NULL), huffTab(NULL), currentFrame(0)
{
	mReadable = true;
	fileSize = static_cast<long>(pFile->GetLength());
	fileTop = new BYTE[fileSize];
	pFile->SeekToBegin();
	pFile->Read(fileTop, fileSize);
    //	これでファイル全体ががメモリ(*fileTop)に取り込まれた
	fileEnd = fileTop + fileSize;
	SearchJpegTag();		// 既にJPEG Tagが検出され、フレーム毎に分割された
}

CRBitStream::~CRBitStream(void)
{
	delete[] fileTop;
	delete[] huffTab;
	delete[] jpegTagTbl;
}

void CRBitStream::SearchJpegTag(void) {
		// JPEG Tagを探索し、そのアドレスをjpegTagTblに格納する
	BYTE *memPointer = fileTop;
	BYTE *tempPointer = fileTop;
	totalFrameCount = 0;
	while (memPointer < fileEnd-1) {		// フレーム数をカウント
		if (*memPointer == TAG) {
			memPointer++;
			if (*memPointer == SOI) {
				totalFrameCount++;
			}
		}
		memPointer++;
	}
	jpegTagTbl = new JPEGTAGTBL[totalFrameCount + 1];
	// これでJPEG Tagを格納する動的配列確保
	// sentinel用に一つ余分に確保
	int frames = 0;
	memPointer = fileTop;

	while (memPointer < fileEnd) {
		if (*memPointer == TAG) {
			memPointer++;
			if (*memPointer == SOI) {
				jpegTagTbl[frames].tagSOI = memPointer;	// SOIアドレス格納した
				frames++;
			}
		}
		memPointer++;
	}

	jpegTagTbl[totalFrameCount].tagSOI = fileEnd;
    // sentinelとしてfileEndを代入した

	frames = 0;
	while (frames < totalFrameCount) {
		memPointer = jpegTagTbl[frames].tagSOI;
		while (memPointer < jpegTagTbl[frames + 1].tagSOI) {
			if (*memPointer == TAG) {
				tempPointer = memPointer + 1;
				if (*tempPointer == DHT) {
					jpegTagTbl[frames].tagDHT = tempPointer;
                    // DHT(Define Huffman Table)アドレス格納
				} else if (*tempPointer == SOF) {
					jpegTagTbl[frames].tagSOF = tempPointer;
                    // SOF3(Start of Frame Losless)アドレス格納
				} else if (*tempPointer == SOS) {
					jpegTagTbl[frames].tagSOS = tempPointer;
                    // SOS(Start of Scan)アドレス格納
				} else if (*tempPointer == EOI) {
					jpegTagTbl[frames].tagEOI = tempPointer;
                    // EOI(End of Image)アドレス格納
				}
			}
			memPointer++;
		}
		frames++;
	}
}

void CRBitStream::IncBuf(void) {	// buffer読み出しを1 BYTE進める
	if (++mRead >= frameEnd) {
		mReadable = false;		// 次は読み出し不可にする
	} else {
		if (*mRead == TAG) {	// 0x00をカラ送りすると共に最後のチェック
			if (++mRead >= frameEnd) mReadable = false;
			*mRead = TAG;
            //taka: 次に0xffを返さなければならないので便宜的に書き換える
		}
	}
}

void CRBitStream::MakeHuffTab(void) {		// ハフマン表を作る
	huffElementNo = 0;						// ハフマン符号の個数
	BYTE *memory = jpegTagTbl[currentFrame].tagDHT;	// 現在のフレームのDHTアドレス
	memory++;
	int dhtLength = *memory*256 + memory[1]; //taka, 2バイト整数
	memory+=2;
	memory++;	// DHTの長さとDC成分バイトを読み飛ばし
	for (int i=0; i<16; i++) {
		BITS[i] = *memory;
		huffElementNo += *memory++;
	}
	huffTab = new HUFFTAB[huffElementNo];
	for (int i=0; i < dhtLength-3-16; i++) {
		huffTab[i].HuffVal = *memory++;
	}
	// ハフマン符号の生成
	int code = 0;  // ハフマン符号初期値は0である
	int huffElement = 0;  // 配列のカウンター
	for (int i=0; i < 16; i++) { // これでBitS[]配列全体を走査する
		for (int j=0; j < BITS[i]; j++) {
			huffTab[huffElement].HuffBit = i+1;
			huffTab[huffElement].HuffCode = code;
			huffElement++;
			code+=1;  // 次のハフマン符号のために1 bit足す
		}
		code <<= 1;  // 次のビット数のハフマン符号のために、左に1 bitシフトする
	}
}

BYTE *CRBitStream::GetFileTop(void) {
	return fileTop;
}

int CRBitStream::SetFrame(int frame) {	// フレーム(何コマ目?)をセットする　成功 = フレーム、失敗 = -1
	if (frame < 0) frame = 0;
	if (frame > (totalFrameCount - 1)) frame = totalFrameCount - 1;
	currentFrame = frame;
	frameTop = jpegTagTbl[frame].tagSOS + 9;
	frameEnd = jpegTagTbl[frame].tagEOI;
	mRead = frameTop;
	mMask = static_cast<BYTE>(0x80);		// setMSB
	mReadable = true;						// アクセスエラー無し
	MakeHuffTab();			// ハフマン符号表も完成した
	return frame;
}

int CRBitStream::GetTotalFrame(void) {	// 総フレーム数を返す
	return totalFrameCount;
}

BYTE CRBitStream::GetBYTE(void) {	// 1 BYTE読み出し
	if (mReadable) {
		if (!(mMask & 0x80)) {				// BYTE途中は不可
			IncBuf();						// 次のBYTEに進める
			mMask = static_cast<BYTE>(0x80);
		}
		BYTE r = *mRead;				// 実際に1 BYTE読みだす
		IncBuf();
		return r;
	} else {
		return 0;		// 読み出し不可ならば作用の無い 0を返す
	}
}

WORD CRBitStream::GetWORD(void) {	// 1 WORD読み出し
	if (mReadable) {
		if (!(mMask & 0x80)) {				// BYTE途中は不可
			IncBuf();
			mMask = static_cast<BYTE>(0x80);
		}
		WORD r = (static_cast<WORD>(*mRead))<<8;
        // 1 BYTE読み出しそれをWORDにcastしてから8bits左シフト
		IncBuf();
		r |= static_cast<WORD>(*mRead);
        // さらに1 BYTEを下のBYTEに付加する
		IncBuf();
		return r;
	} else {
		return 0;		// 読み出し不可ならば作用の無い 0を返す
	}
}

int CRBitStream::GetBit(void) {	// 1 bit読みだす
	if (mReadable == true) {
		int r;
		r = (*mRead & mMask) ? 1:0;
		mMask >>= 1;
		if (mMask == 0x00) {
			mMask = static_cast<BYTE>(0x80);
			IncBuf();
		}
		return r;
	} else {
		return -1;		// 読み出し不可ならば -1を返す
	}
}

int CRBitStream::GetBits(int numOfBits) {	// numOfBits読みだす (0 < n <= 16)
	if (numOfBits == 0) return 0;
	if ((numOfBits < 0)||(numOfBits > 16)) {
		return -1;		// エラー　読み出し不可 //taka:-1のほうがよいと思います
	}
	if (!mReadable) {
		return -1;		// 読み出し不可ならば 0を返す//taka:-1のほうがよいと思います
	}
	int r = 0;

	// 追記: if (mMask == 0x00)判定を最初にしていたことがエラーであり修正した
	while (numOfBits) {
		if (mReadable) {
			r <<= 1;
			r |= ((*mRead & mMask) ? 1: 0);
			mMask >>= 1;
			numOfBits--;
			if (mMask == 0x00) {
				mMask = static_cast<BYTE>(0x80);
				IncBuf();
			}
		} else {
			return -1;		// 読み出し不可ならば -1を返す
		}
	}

	return r;
}

BYTE *CRBitStream::GetAddressPresent(void) {
	return mRead;
}

void CRBitStream::ResetBuffer(void) {
	frameTop = jpegTagTbl[currentFrame].tagSOS + 9;
	frameEnd = jpegTagTbl[currentFrame].tagEOI;
	mRead = frameTop;
	mMask = static_cast<BYTE>(0x80);		// setMSB
	mReadable = true;						// アクセスエラー無し
}

bool CRBitStream::IsReadable(void) {
	return mReadable;
}

int CRBitStream::DecodeHuffman(void) {
	int code = 0;	// ハフマン符号候補　最大16 bits
	int length = 0;	// ハフマン符号候補のビット数
	int next = 0;	// 次の1 bit
	int k = 0;		// ハフマン符号表のインデックス
	while (k < huffElementNo && length < 16) {
		length++;
		code <<= 1;
		next = GetBit();
		if (next < 0) return -1;
		code |= next;
		while(huffTab[k].HuffBit == length) {
			if(huffTab[k].HuffCode == code) return huffTab[k].HuffVal;
			k++;
		}
	}
	return -1;	// エラー
}

int CRBitStream::DecodeHuffmanValue(int huffVal) {
	int diff = 0;		// ピクセルの差分
	if (huffVal < 0 ) return -1;	// エラー
	diff = GetBits(huffVal);		// 差分を取り出し
	if ((diff & (1 << (huffVal - 1) )) ==0) {
		diff -= (1 << huffVal) -1;
	}
	return diff;
}

さてコードの説明補足をしましょう　まず以下の部分ですが・・・

void CRBitStream::IncBuf(void) {	// buffer読み出しを1 BYTE進める
	if (++mRead >= frameEnd) {
		mReadable = false;		// 次は読み出し不可にする
	} else {
		if (*mRead == TAG) {	// 0x00をカラ送りすると共に最後のチェック
			if (++mRead >= frameEnd) mReadable = false;
			*mRead = TAG;
            //taka: 次に0xffを返さなければならないので便宜的に書き換える
		}
	}
}

この部分では

0xFF00

int CRBitStream::SetFrame(int frame) {	// フレーム(何コマ目?)をセットする　成功 = フレーム、失敗 = -1
	if (frame < 0) frame = 0;
	if (frame > (totalFrameCount - 1)) frame = totalFrameCount - 1;
	currentFrame = frame;
	frameTop = jpegTagTbl[frame].tagSOS + 9;
	frameEnd = jpegTagTbl[frame].tagEOI;
	mRead = frameTop;
	mMask = static_cast<BYTE>(0x80);		// setMSB
	mReadable = true;						// アクセスエラー無し
	MakeHuffTab();			// ハフマン符号表も完成した
	return frame;
}

このコードにおいて、

frameTop = jpegTagTbl[frame].tagSOS + 9;

SOS

ついに動画出力に成功

2013年8月6日

各コマのDICOM XA画像出力に成功し、動画とすることは目前に迫っていました。動画化することに技術的難点があるとは考えませんでした。実際、MFC single document classを用いて実装し、ファイルからメモリに読み取り、フレームに分割する部分をCDocument classに実装し、一秒間15コマのタイマー割り込みと、画面に書き込む部分をCView classに実装し、エイヤッとコンパイルしたところ、見事に動画として動作しました。動画も軽快であり、画面のチラつきも無く、まだまだコマ数を増やせそうです。いやあ長い旅路でしたが、ようやく DICOM XA出力できるようになりました。

後は、DICOMとしてのタグの処理などを実装します。これは簡単ですが、ややこしい作業です。