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Sample CRC implementation</link>) ので、これを Go に移植する。 - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - var ( - crcTable [256]uint32 - crcTableComputed bool - ) - - func makeCrcTable() { - for n := 0; n < 256; n++ { - c := uint32(n) - for k := 0; k < 8; k++ { - if (c & 1) != 0 { - c = 0xEDB88320 ^ (c >> 1) - } else { - c = c >> 1 - } - } - crcTable[n] = c - } - crcTableComputed = true - } - - func updateCrc(crc uint32, buf []byte) uint32 { - if !crcTableComputed { - makeCrcTable() - } - - c := crc - for n := 0; n < len(buf); n++ { - c = crcTable[(c^uint32(buf[n]))&0xFF] ^ (c >> 8) - } - return c - } - - func crc(buf []byte) uint32 { - return updateCrc(0xFFFFFFFF, buf) ^ 0xFFFFFFFF - } - ]]> - </programlisting> - <para> - できた <literal>crc</literal> 関数を使って、chunk 一般を書き込む関数も用意しておこう。 - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - func writeChunk(w io.Writer, chunkType string, data []byte) { - typeAndData := make([]byte, 0, len(chunkType)+len(data)) - typeAndData = append(typeAndData, []byte(chunkType)...) - typeAndData = append(typeAndData, data...) - - binary.Write(w, binary.BigEndian, uint32(len(data))) - binary.Write(w, binary.BigEndian, typeAndData) - binary.Write(w, binary.BigEndian, crc(typeAndData)) - } - ]]> - </programlisting> - <para> - 仕様どおり、<literal>chunkType</literal> と <literal>data</literal> から CRC を計算し、<literal>data</literal> の長さと合わせて書き込んでいる。 - PNG では基本的に big endian を使うことに注意する。 - </para> - <para> - 準備ができたところで、具体的な chunk をエンコードしていく。 - </para> - </section> - <section xml:id="implement-png-encoder--ihdr-chunk"> - <title>IHDR chunk</title> - <para> - IHDR chunk は最初に配置される chunk である。次のようなデータからなる。 - </para> - <orderedlist> - <listitem>画像の幅 (符号なし 4 バイト整数)</listitem> - <listitem>画像の高さ (符号なし 4 バイト整数)</listitem> - <listitem> - ビット深度 (符号なし 1 バイト整数) - <itemizedlist> - <listitem>1 色に使うビット数。1 ピクセルに 24 bit 使う truecolor 画像では 8 になる</listitem> - </itemizedlist> - </listitem> - <listitem> - 色タイプ (符号なし 1 バイト整数) - <itemizedlist> - <listitem>0: グレースケール</listitem> - <listitem>2: Truecolor (今回はこれに決め打ち)</listitem> - <listitem>3: パレットのインデックス</listitem> - <listitem>4: グレースケール + アルファ</listitem> - <listitem>6: Truecolor + アルファ</listitem> - </itemizedlist> - </listitem> - <listitem> - 圧縮方式 (符号なし 1 バイト整数) - <itemizedlist> - PNG の仕様書に 0 しか定義されていないので 0 で固定 - </itemizedlist> - </listitem> - <listitem> - フィルタ方式 (符号なし 1 バイト整数) - <itemizedlist> - PNG の仕様書に 0 しか定義されていないので 0 で固定 - </itemizedlist> - </listitem> - <listitem> - インターレース方式 (符号なし 1 バイト整数) - <itemizedlist> - 今回はインターレースしないので 0 - </itemizedlist> - </listitem> - </orderedlist> - <para> - 今回ほとんどのデータは決め打ちするので、データに応じて変わるのは width と height だけになる。コードは次のようになる。 - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - import "bytes" - - func writeChunkIhdr(w io.Writer, width, height uint32) { - var buf bytes.Buffer - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, width) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, height) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(8)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(2)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0)) - - writeChunk(w, "IHDR", buf.Bytes()) - } - ]]> - </programlisting> - </section> - <section xml:id="implement-png-encoder--idat-chunk"> - <title>IDAT chunk</title> - <para> - IDAT chunk は、実際の画像データが格納された chunk である。IDAT chunk は deflate アルゴリズムにより圧縮され、zlib 形式で格納される。 - </para> - <section xml:id="implement-png-encoder--idat-chunk--zlib"> - <title>Zlib</title> - <para> - まずは zlib について確認する。おおよそ次のような構造になっている。 - </para> - <orderedlist> - <listitem>固定で 0x78 (符号なし 1 バイト整数)</listitem> - <listitem>固定で 0x01 (符号なし 1 バイト整数)</listitem> - <listitem>データ</listitem> - <listitem>データの Adler-32</listitem> - </orderedlist> - <para> - 最初の 2 バイトにも意味はあるが、PNG では固定で構わない。 - </para> - <para> - Adler-32 も CRC と同じく誤り検出符号である。こちらも zlib の仕様書に C 言語でサンプルコードが記載されている (<link xl:href="https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1950#section-9">9. Appendix: Sample code</link>) ので、Go に移植する。 - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - const adler32Base = 65521 - - func updateAdler32(adler uint32, buf []byte) uint32 { - s1 := adler & 0xFFFF - s2 := (adler >> 16) & 0xFFFF - - for n := 0; n < len(buf); n++ { - s1 = (s1 + uint32(buf[n])) % adler32Base - s2 = (s2 + s1) % adler32Base - } - return (s2 << 16) + s1 - } - - func adler32(buf []byte) uint32 { - return updateAdler32(1, buf) - } - ]]> - </programlisting> - <para> - 「データ」の部分には圧縮したデータが入るのだが、真面目に deflate アルゴリズムを実装する必要はない。Zlib には無圧縮のデータブロックを格納することができるので、これを使う。本来は、データの圧縮効率の悪いランダムなデータをそのまま格納するためのものだが、今回は deflate の実装をサボるために使う。 - </para> - <para> - 1 つの無圧縮ブロックには 65535 (2<superscript>16</superscript> - 1) バイトまで格納できる。それぞれのブロックは次のような構成になっている。 - </para> - <orderedlist> - <listitem>最終ブロックなら 1、そうでなければ 0 (符号なし 1 バイト整数)</listitem> - <listitem>ブロックのバイト長 (符号なし 2 バイト整数)</listitem> - <listitem>ブロックのバイト長の 1 の補数、あるいはビット反転 (符号なし 2 バイト整数)</listitem> - <listitem>データ (最大 65535 バイト)</listitem> - </orderedlist> - <para> - 実際にこの手抜き zlib を実装したものがこちら: - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - func encodeZlib(data []byte) []byte { - var buf bytes.Buffer - - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0x78)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0x01)) - blockSize := 65535 - isFinalBlock := false - for i := 0; !isFinalBlock; i++ { - var block []byte - if len(data) <= (i+1)*blockSize { - block = data[i*blockSize:] - isFinalBlock = true - } else { - block = data[i*blockSize : (i+1)*blockSize] - } - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, isFinalBlock) - binary.Write(&buf, binary.LittleEndian, uint16(len(block))) - binary.Write(&buf, binary.LittleEndian, uint16(^len(block))) - binary.Write(&buf, binary.LittleEndian, block) - } - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, adler32(data)) - - return buf.Bytes() - } - ]]> - </programlisting> - </section> - <section xml:id="implement-png-encoder--idat-chunk--image-data"> - <title>画像データ</title> - <para> - では次に、zlib 形式で格納するデータを用意する。PNG 画像は次のような順にスキャンする。 - 画像の左上のピクセルから同じ行を横にスキャンしていき、一番右まで到達したら次の行の左に向かう。 - 右下のピクセルまで行けば終わり。要は Z 字型に進んでいく。 - </para> - <para> - また、それぞれの行の先頭には、圧縮のためのフィルタタイプを指定する。 - ただ、今回はその実装を省略するために、常にフィルタ 0 (何も加工しない) を使う。 - </para> - <para> - 先ほどの <literal>encodeZlib</literal> も使って実際に実装したものがこちら: - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - func writeChunkIdat(w io.Writer, width, height uint32, img image.Image) { - var pixels bytes.Buffer - for y := uint32(0); y < height; y++ { - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(0)) - for x := uint32(0); x < width; x++ { - r, g, b, _ := img.At(int(x), int(y)).RGBA() - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(r)) - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(g)) - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(b)) - } - } - - writeChunk(w, "IDAT", encodeZlib(pixels.Bytes())) - } - ]]> - </programlisting> - </section> - </section> - <section xml:id="implement-png-encoder--iend-chunk"> - <title>IEND chunk</title> - <para> - 最後に IEND chunk を書き込む。これは PNG 画像の最後に配置される chunk で、PNG のデコーダはこの chunk に出会うとそこでデコードを停止する。 - </para> - <para> - 特に追加のデータはなく、必要なのは chunk type の <literal>IEND</literal> くらいなので実装は簡単: - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - func writeChunkIend(w io.Writer) { - writeChunk(w, "IEND", nil) - } - ]]> - </programlisting> - </section> - </section> - <section xml:id="outro"> - <title>おわりに</title> - <para> - 最後に全ソースコードを再掲しておく。 - </para> - <programlisting language="go" linenumbering="unnumbered"> - <![CDATA[ - package main - - import ( - "bytes" - "encoding/binary" - "image" - _ "image/png" - "io" - "os" - ) - - func main() { - inFile, err := os.Open("input.png") - if err != nil { - panic(err) - } - defer inFile.Close() - - img, _, err := image.Decode(inFile) - if err != nil { - panic(err) - } - - outFile, err := os.Create("output.png") - if err != nil { - panic(err) - } - defer outFile.Close() - - writePng(outFile, img) - } - - func writePng(w io.Writer, img image.Image) { - width := uint32(img.Bounds().Dx()) - height := uint32(img.Bounds().Dy()) - writeSignature(w) - writeChunkIhdr(w, width, height) - writeChunkIdat(w, width, height, img) - writeChunkIend(w) - } - - func writeSignature(w io.Writer) { - sig := [8]uint8{ - 0x89, - 0x50, // P - 0x4E, // N - 0x47, // G - 0x0D, // CR - 0x0A, // LF - 0x1A, // EOF (^Z) - 0x0A, // LF - } - binary.Write(w, binary.BigEndian, sig) - } - - func writeChunkIhdr(w io.Writer, width, height uint32) { - var buf bytes.Buffer - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, width) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, height) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(8)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(2)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0)) - - writeChunk(w, "IHDR", buf.Bytes()) - } - - func writeChunkIdat(w io.Writer, width, height uint32, img image.Image) { - var pixels bytes.Buffer - for y := uint32(0); y < height; y++ { - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(0)) - for x := uint32(0); x < width; x++ { - r, g, b, _ := img.At(int(x), int(y)).RGBA() - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(r)) - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(g)) - binary.Write(&pixels, binary.BigEndian, uint8(b)) - } - } - - writeChunk(w, "IDAT", encodeZlib(pixels.Bytes())) - } - - func encodeZlib(data []byte) []byte { - var buf bytes.Buffer - - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0x78)) - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, uint8(0x01)) - blockSize := 65535 - isFinalBlock := false - for i := 0; !isFinalBlock; i++ { - var block []byte - if len(data) <= (i+1)*blockSize { - block = data[i*blockSize:] - isFinalBlock = true - } else { - block = data[i*blockSize : (i+1)*blockSize] - } - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, isFinalBlock) - binary.Write(&buf, binary.LittleEndian, uint16(len(block))) - binary.Write(&buf, binary.LittleEndian, uint16(^len(block))) - binary.Write(&buf, binary.LittleEndian, block) - } - binary.Write(&buf, binary.BigEndian, adler32(data)) - - return buf.Bytes() - } - - func writeChunkIend(w io.Writer) { - writeChunk(w, "IEND", nil) - } - - func writeChunk(w io.Writer, chunkType string, data []byte) { - typeAndData := make([]byte, 0, len(chunkType)+len(data)) - typeAndData = append(typeAndData, []byte(chunkType)...) - typeAndData = append(typeAndData, data...) - - binary.Write(w, binary.BigEndian, uint32(len(data))) - binary.Write(w, binary.BigEndian, typeAndData) - binary.Write(w, binary.BigEndian, crc(typeAndData)) - } - - var ( - crcTable [256]uint32 - crcTableComputed bool - ) - - func makeCrcTable() { - for n := 0; n < 256; n++ { - c := uint32(n) - for k := 0; k < 8; k++ { - if (c & 1) != 0 { - c = 0xEDB88320 ^ (c >> 1) - } else { - c = c >> 1 - } - } - crcTable[n] = c - } - crcTableComputed = true - } - - func updateCrc(crc uint32, buf []byte) uint32 { - if !crcTableComputed { - makeCrcTable() - } - - c := crc - for n := 0; n < len(buf); n++ { - c = crcTable[(c^uint32(buf[n]))&0xFF] ^ (c >> 8) - } - return c - } - - func crc(buf []byte) uint32 { - return updateCrc(0xFFFFFFFF, buf) ^ 0xFFFFFFFF - } - - const adler32Base = 65521 - - func updateAdler32(adler uint32, buf []byte) uint32 { - s1 := adler & 0xFFFF - s2 := (adler >> 16) & 0xFFFF - - for n := 0; n < len(buf); n++ { - s1 = (s1 + uint32(buf[n])) % adler32Base - s2 = (s2 + s1) % adler32Base - } - return (s2 << 16) + s1 - } - - func adler32(buf []byte) uint32 { - return updateAdler32(1, buf) - } - ]]> - </programlisting> - </section> - <section xml:id="references"> - <title>参考</title> - <itemizedlist> - <listitem><link xl:href="https://www.w3.org/TR/png">Portable Network Graphics (PNG) Specification (Third Edition)</link></listitem> - <listitem><link xl:href="https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1950">ZLIB Compressed Data Format Specification version 3.3</link></listitem> - </itemizedlist> - </section> -</article> |