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////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 画像処理関数の定義部
// コンパイル方法の例:gcc -O3 -Wall -W -m486 -o ave3x3 ave3x3.c
/** bmp ファイルを表示するプログラムの雛形
使い方:
1、filterAve3x3 BMP_file_name_in [BMP_file_name_out]
 コマンドラインにBMPファイル名を指定して起動する。
 起動時に、出力ファイル名が省略された場合は、
 画像処理関数名に bmp の拡張子を付けた名前で保存される
*/
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#pragma pack(push,1)
typedef struct PIXEL { unsigned char B, G, R, A; } PIXEL ;
#pragma pack(pop)

extern  void **alloc2D( void *, int, int, int );
extern  void **alloc2Darray( int, int, int );
#define FINALFNAMEIS(foname) #foname
#define EXTRACTING(foname)   FINALFNAMEIS(foname.bmp)
#define FNAMEIS(foname)      EXTRACTING(foname)
#define IFNAMEDEFAULT        "source.bmp"

#define IMAGEPROCESSING filterAve3x3  // 利用手順 その1:関数名を定義する
int IMAGEPROCESSING(PIXEL *src, PIXEL *dst, int wlx, int wly)
{ // 利用手順 その2:ここに画像処理用の関数を作成する。他の部分は変更せず流用
//// カラー画像をR, G, B 各チャンネル毎に平滑化処理する
register int x, y, lx=wlx, ly=wly, ex=lx-1, ey=ly-1, rw, gw, bw, st=1 ;
register PIXEL **s=(PIXEL **)alloc2D(src, sizeof(PIXEL), wlx, wly) ;
register PIXEL **d=(PIXEL **)alloc2D(dst, sizeof(PIXEL), wlx, wly) ;

    if( (d==NULL) || (s==NULL) || (wlx<3) || (wly<3) ) goto GOOD_BY ;
    for( y=0; y<ly; d[y][0]=s[y][0], d[y][ex]=s[y][ex], y++ ) ; //処理範囲外領域
    for( x=0; x<lx; d[0][x]=s[0][x], d[ey][x]=s[ey][x], x++ ) ; //処理範囲外領域
    for( y=1; y<ey; y++ ) {
        for( x=1; x<ex; x++ ) {
            rw = + s[y-1][x-1].R + s[y-1][x].R + s[y-1][x+1].R
                 + s[ y ][x-1].R + s[ y ][x].R + s[ y ][x+1].R
                 + s[y+1][x-1].R + s[y+1][x].R + s[y+1][x+1].R ;
            gw = + s[y-1][x-1].G + s[y-1][x].G + s[y-1][x+1].G
                 + s[ y ][x-1].G + s[ y ][x].G + s[ y ][x+1].G
                 + s[y+1][x-1].G + s[y+1][x].G + s[y+1][x+1].G ;
            bw = + s[y-1][x-1].B + s[y-1][x].B + s[y-1][x+1].B
                 + s[ y ][x-1].B + s[ y ][x].B + s[ y ][x+1].B
                 + s[y+1][x-1].B + s[y+1][x].B + s[y+1][x+1].B ;
            d[y][x].R = rw / 9 ;
            d[y][x].G = gw / 9 ;
            d[y][x].B = bw / 9 ;
        }
    }
    st = 0 ;
GOOD_BY: free(d) ; free(s) ;
    return st ;
} // 利用手順 その3:プログラムを保存し、コンパイル後、処理画像を指定して起動

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 以下は共通ルーチン、画像処理部分はここより上に記載可能
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 画像データ(カラーBMPファイル)のアクセスや保存処理を定義した共通部
// windowsの 24,23ビット無圧縮形式BMPファイル対応版
// windows形式のBMPファイルのみ (OS2形式はサポート対象外)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>

#pragma pack(push,2)
typedef struct HEADER {       // BMP => bfType==0x4D42 (0x42,0x4D) little endian
    unsigned short bfType;          // identification  0x42='B', 0x4D='M'
    unsigned int   bfSize;          // ?? 
    unsigned short bfReserved1;     //  0 
    unsigned short bfReserved2;     //  0 
    unsigned int   bfOffBits;       // 54  sizeof(HEADER)
    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    unsigned int   biSize;          // 40 sizeof(biSize ~ biClrImportant)
    signed int     biWidth;         // lx
    signed int     biHeight;        // ly
    unsigned short biPlanes;        //  1
    unsigned short biBitCount;      // 32
    unsigned int   biCompression;   //  0
    unsigned int   biSizeImage;     // ??
    signed int     biXPelsPerMeter; //  0
    signed int     biYPelsPerMeter; //  0
    unsigned int   biClrUsed;       //  0
    unsigned int   biClrImportant;  //  0
    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    unsigned char  lut[];
} HEADER ;
#pragma pack(pop)

#pragma pack(push,2)
typedef struct HEADERBW {    // BMP => bfType==0x4D42 (0x42,0x4D) little endian
    unsigned short bfType;          // identification  0x42='B', 0x4D='M'
    unsigned int   bfSize;          // ?? 
    unsigned short bfReserved1;     //  0 
    unsigned short bfReserved2;     //  0 
    unsigned int   bfOffBits;       // 62  sizeof(HEADERBW) 54 + 8
    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    unsigned int   biSize;          // 40  sizeof(biSize ~ biClrImportant)
    signed int     biWidth;         // lx
    signed int     biHeight;        // ly
    unsigned short biPlanes;        //  1
    unsigned short biBitCount;      //  1
    unsigned int   biCompression;   //  0
    unsigned int   biSizeImage;     // ??
    signed int     biXPelsPerMeter; //  0 or 50 ...
    signed int     biYPelsPerMeter; //  0 or 50 ...
    unsigned int   biClrUsed;       //  2
    unsigned int   biClrImportant;  //  2
    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    PIXEL          lut[2];          //  color for 0 and 1
} HEADERBW ;
#pragma pack(pop)

#define BMPID      0x4D42
#define BMPIFHSIZE 40

void **alloc2D( void *data, int s, int lx, int ly )
{// データ(lx*ly個)の1次元配列を、array[y][x] 形式で参照できるようにする
void **d, *base=data ;
long i;

    if( (data==NULL) || (s<1) || (lx<1) || (ly<1) ) return NULL ;
    if( (d=(void **)malloc(ly*sizeof(void *))) == NULL ) return NULL ;
    for( i=0; i<ly; i++ ) d[i] = (void *)((unsigned char *)base + lx*s*i) ;
    return d ;
}

#define calloc2Darray alloc2Darray
void **alloc2Darray( int s, int lx, int ly )
{// array[y][x] 形式で参照できる、横:lx、縦:ly の配列を動的に確保する
void **d, *base ;
long i ;

    if( (s<1) || (lx<1) || (ly<1) ) return NULL ;
    if( (d=(void **)calloc(1,ly*sizeof(void *)+(lx*ly*s))) == NULL ) return NULL ;
    base = (unsigned char *)d + ly*sizeof(void *) ;
    for( i=0; i<ly; i++ ) d[i] = (void *)((unsigned char *)base + lx*s*i) ;
    return d ;
}

int saveDataAsBMP32( char *fname, void *b, int lx, int ly )
{// 処理結果を 32ビット形式の BMPファイルとして書き出す。
HEADER h = {BMPID, lx*abs(ly)*sizeof(PIXEL)+sizeof(HEADER), 0, 0, sizeof(HEADER),
            BMPIFHSIZE, lx, ly, 1, 32, 0, lx*abs(ly)*sizeof(PIXEL), 0, 0, 0, 0} ;
FILE *fp ;

    if( (fp=fopen(fname, "wb")) == NULL ) {
        fprintf( stderr, "File '%s' cannot create.\n", fname );
        return -1;
    } else if ( fwrite( &h, sizeof(HEADER), 1, fp ) != 1 ) {
        fclose(fp) ; return -1;
    } else if ( fwrite( b, h.biSizeImage, 1, fp ) != 1 ) {
        fclose(fp) ; return -1;
    } else fclose(fp) ;
    return 0;
}

int bmp2pixel( void *bmp, void *pix )
{// メモリー上の BMP ファイルを、PIXEL 形式のデータに変換する
static char     f[8] = { 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01 };
HEADER *h=(HEADER *)bmp;
PIXEL  *d=(PIXEL*)pix, *lut=(PIXEL*)h->lut;
int    x, y, i, top=((h->bfOffBits)-sizeof(HEADER))/sizeof(PIXEL);
int    sign, lx=h->biWidth, ly=abs((sign=h->biHeight));
int    BitCount=h->biBitCount, byteParLine=(lx*(BitCount/8)+3)&(~3);
int    byteParLineBW = (((lx+7)/8)+3)&(~3);
unsigned char *src=(unsigned char*)bmp + h->bfOffBits;
unsigned char *dst=(unsigned char*)pix, *here;

    if( BitCount == 32 ) {
        for( y=0; y<ly; y++ ) {
            here = src + byteParLine * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
            for( x=0; x<lx; x++ ) {
                *dst++ = *here++ ; // B
                *dst++ = *here++ ; // G
                *dst++ = *here++ ; // R
                *dst++ = *here++ ; // A
            }
        }
    } else if( BitCount == 24 ) {
        for( y=0; y<ly; y++ ) {
            here = src + byteParLine * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
            for( x=0; x<lx; x++ ) {
                *dst++ = *here++ ; // B
                *dst++ = *here++ ; // G
                *dst++ = *here++ ; // R
                *dst++ = 0 ;
            }
        }
    } else if( BitCount == 8 ) {
        int *u=(int*)pix, *t=(int*)h->lut;
        for( y=0, i=0; y<ly; y++ ) {
            here = src + byteParLine * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
            for( x=0; x<lx; x++ ) u[i++] = here[x]<top ? t[here[x]] : 0;
        }
    } else if( BitCount == 1 ) {
        #define getBW(t,x) (((t)&(f[0x7&(x)]))?1:0)
        for( y=0, i=0; y<ly; y++ ) {
            here = src + byteParLineBW * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
            for( x=0; x<lx; x++ ) d[i++] = lut[getBW(here[x>>3],x)];
        }
    } else return 1;
    return 0;
}

int Check_bmpfile( void *s, unsigned long length )
{// メモリー上のデータが、処理可能な BMP ファイル形式であるかをチェックする
    if( s==NULL || length<=sizeof(HEADER) )  return 1;            // return 1;
    HEADER h=*(HEADER *)s;
    unsigned long isize=h.biSizeImage, fsize=isize+h.bfOffBits;
    unsigned long psize=h.biWidth*abs(h.biHeight)*(h.biBitCount/8);
    if( h.bfType!=BMPID || h.bfReserved1!=0 || h.bfReserved2!=0 )    return 2;
    else if( h.biPlanes!=1 || h.biCompression!=0 )                   return 3;
    else if( h.biSizeImage!=0 && (length<fsize || isize<psize) )     return 4;
    else if( h.biBitCount==32 && h.bfOffBits!=sizeof(HEADER) )       return 5;
    else if( h.biBitCount==24 && h.bfOffBits!=sizeof(HEADER) )       return 6;
    else if( h.biBitCount== 8 && (h.bfOffBits-sizeof(HEADER))%sizeof(PIXEL) ) {
       fprintf( stderr,"Unexpected lut size. %d, %d\n", h.bfOffBits,
              (int)((h.bfOffBits-sizeof(HEADER))/sizeof(PIXEL)) );   return 7;
    } else if(h.biBitCount==1 && (h.bfOffBits-sizeof(HEADER))!=2*sizeof(PIXEL)){
       fprintf( stderr,"Unexpected, requirement is 2, lut size. %d, %d\n",
              h.bfOffBits, (int)((h.bfOffBits-sizeof(HEADER))/sizeof(PIXEL)) );
                                                                     return 8;
    }
    return 0;
}

int file2memory( char *fname, char **image, long *size )
{// ディスク上のファイルを、メモリーに一括で読み込む
struct stat      fileInfo ;
FILE    *fp ;
char    *raw ;

    *image=NULL; *size=0;
    if ( (fp=fopen(fname,"rb")) == NULL ) {
        fprintf( stderr, "'%s' open error.\n", fname );               return 11;
    } else if ( fstat(fileno(fp), &fileInfo) != 0 ) {
        fprintf( stderr, "'%s' stat error.\n", fname );  fclose(fp);  return 12;
    } else if( fileInfo.st_size <= (int)sizeof(HEADER) ) {
        fprintf( stderr, "'%s' file size erro. too small(%d Byte)\n",
                         fname, (int)fileInfo.st_size ); fclose(fp);  return 13;
    } else if( (raw=(char *)malloc(fileInfo.st_size)) == NULL ) {
        fprintf( stderr, "Couldn't allocate memory.\n" ) ; fclose(fp);return 14;
    } else if ( fread(raw, fileInfo.st_size, 1, fp) != 1 ) {
        fprintf( stderr, "'%s' read error.\n", fname );  fclose(fp);  return 15;
    } else fclose(fp) ;
    *image= raw;
    *size = fileInfo.st_size;
    return 0;
}

void argumentAnalysis(int argc, char *argv[], char **iname, char **oname)
{   int  i;   // プログラム起動時の引数解析処理
    for( i=1; i<argc; i++ ) {
        if( argv[i][0]=='-' ) goto GOOD_BY;
        else if( *iname==NULL ) *iname = argv[i];
        else if( *oname==NULL ) *oname = argv[i];
        else goto GOOD_BY;
    }
    return;
GOOD_BY:;
    char *p=argv[0], *op="";
    for( i=strlen(p); i>0 && p[i]!='\\' && p[i]!='/'; i-- ); if(i) p++;
    fprintf( stderr, "\nusage: %s %s [input_bmp [output_bmp]]\n\n", p, op );
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{// 引数解析後データを読み込み、画像処理ルーチンを呼び出す。正常終了時,BMPを作成
long  st=1, filesize=0;
char  *raw=NULL, *ifname=NULL, *ofname=NULL;
PIXEL *source=NULL, *destination=NULL ;

    argumentAnalysis( argc, argv, &ifname, &ofname );    // 引数解析
    if( ifname==NULL ) ifname = IFNAMEDEFAULT;           // 入力ファイル名の設定
    if( ofname==NULL ) ofname = FNAMEIS(IMAGEPROCESSING);// 出力ファイル名の設定
    
    // 画像データの読み込み(ディスクからメモリーへ)
    if( (st=file2memory( ifname, &raw, &filesize ))!=0 )           goto GOOD_BY;

    // 画像データの確認:(画像データの確認と、作業用環境の構築)
    if( (st=Check_bmpfile( raw, filesize )) )                      goto GOOD_BY;
    
    HEADER *h=(HEADER *)raw;
    int    lx=h->biWidth, ly=abs(h->biHeight), size=lx*ly*sizeof(PIXEL);
    // 作業用環境の構築:(画像データの確認と、作業用環境の構築)
    if( (destination=(PIXEL*)malloc(size)) == NULL ) {
        fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory. destination\n");goto GOOD_BY;
    } else if( (source=(PIXEL*)malloc(size)) == NULL ) {
        fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory. source\n");     goto GOOD_BY;
    } //読み込んだ画像を処理バッファーに格納 PIXEL形式への変換を等含む
    bmp2pixel( raw, source ) ;

    // 実際の画像処理と、処理結果の保存, 画像処理ルーチンの呼び出し
    if( (st=IMAGEPROCESSING( source, destination, lx, ly ))==0 ) {
        saveDataAsBMP32( ofname, destination, lx, ly );    // BMPファイルで保存
    } else if( st>0 ) fprintf( stderr, "Image processing is not completed.\n" );
    
GOOD_BY:; // 後始末とプログラムの終了
    free(source); free(destination); free(raw);
    return st;
}