PDF decoding

PDFデコーディングとは、PDFファイルのエンコードされたバイナリ形式から構造化された情報を解釈・抽出し、ソフトウェアアプリケーションがレンダリング、処理、または変更できる形式に変換するプロセスです。この基本的な操作は、 ( Citation: N.A., 2020 (N.A.). (2020). Document management — Portable document format — Part 2: PDF 2.0 .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/75839.html ) で定義されているPDFドキュメント内の圧縮およびエンコードされたストリームを、テキスト、画像、フォント、レイアウト情報などの使用可能なデータ構造に変換します。PDFデコーディングは、PDFドキュメントのコンテンツを表示、編集、検索、または抽出する必要があるすべてのアプリケーションにとって不可欠です。

PDFデコーディングとは、PDFファイル内でコンテンツを効率的に保存するために使用される様々なエンコード方式と圧縮方法を読み取り、解釈する技術的プロセスを指します。 ( Citation: N.A., 2020 (N.A.). (2020). Document management — Portable document format — Part 2: PDF 2.0 .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/75839.html ) で規定されているPDFドキュメントには、圧縮されたテキストストリーム、エンコードされた画像データ、フォントプログラム、構造メタデータなど、複数のタイプのエンコードされたデータが含まれています。デコーディングプロセスは、これらのエンコーディングを逆変換して元のデータを再構築します。

PDFデコーディングは、単純なファイル読み取りとは異なり、PDF仕様の複数のレイヤーを理解する必要があります。具体的には、ファイル構造（ヘッダー、相互参照テーブル、トレーラー）、オブジェクトストリーム、様々なフィルタータイプ（Flate、LZW、JPEGなどの圧縮アルゴリズム）、コンテンツストリームオペレーターなどです。また、PDFレンダリングとも異なります。レンダリングは、デコードされたデータを受け取り、視覚的な表現を生成する後続のステップです。デコーディングは、レンダリング、検索、または抽出操作のためにデータを利用可能にする前提条件となるステップです。

PDFドキュメントを扱う開発者にとって、PDFデコーディングの理解は以下のような実務上の理由から重要です。

コンテンツの抽出と操作: PDFからテキスト、画像、またはメタデータを抽出するアプリケーションは、まずコンテンツストリームをデコードする必要があります。これは、検索機能、データマイニング、またはPDFドキュメントを処理するコンテンツ管理システムにとって基本的な要件です。

アクセシビリティの実装: ( Citation: N.A., 2014 (N.A.). (2014). Document management applications — Electronic document file format enhancement for accessibility — Part 1: Use of ISO 32000-1 (PDF/UA-1) .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/64599.html ) などの標準に準拠したアクセシブルなPDFを作成する際には、既存のコンテンツをデコードしてドキュメント構造を分析または変更することがしばしば必要になります。これは特に、 ( Citation: PDF Association, 2023 PDF Association(2023). Retrieved from https://pdfa.org/resource/tagged-pdf-best-practice-guide-syntax/ ) で説明されているTagged PDFコンテンツを扱う場合に重要です。

パフォーマンスの最適化: 効率的なデコーディングアルゴリズムは、アプリケーションのパフォーマンスに直接影響します。PDFビューア、エディタ、またはプロセッサを構築する開発者は、大規模なドキュメントを処理したり、複数のファイルを効率的に処理したりするために、堅牢なデコーディングメカニズムを実装または利用する必要があります。

トラブルシューティングと検証: デコーディングプロセスを理解することで、開発者は破損したファイルの診断、PDFコンプライアンスの検証、コンテンツの表示や抽出の失敗に関連する問題のデバッグを行うことができます。

PDFデコーディングは、いくつかの技術的レイヤーを通じて動作します。

ストリームフィルタリング: PDFコンテンツは通常、様々なフィルターを使用して圧縮またはエンコードされたストリームに格納されます。一般的なフィルターには、FlateDecode（zlib/deflate圧縮）、DCTDecode（JPEG圧縮）、ASCIIHexDecode、ASCII85Decodeなどがあります。デコーダーは、各ストリームに適用されたフィルターを特定し、 ( Citation: N.A., 2020 (N.A.). (2020). Document management — Portable document format — Part 2: PDF 2.0 .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/75839.html ) に従ってストリーム辞書の/Filterエントリで指定された正しい順序でそれらを逆変換する必要があります。

コンテンツストリームの解析: デコード後、コンテンツストリームには、ページ上にテキスト、グラフィックス、画像を描画する方法を記述するオペレーターとオペランドのシーケンスが含まれています。デコーダーは、これらの命令を解析して、ページコンテンツの内部表現を構築します。

オブジェクト解決: PDFは間接オブジェクト参照システムを使用します。デコーダーは、相互参照テーブルを参照してファイル全体に分散しているオブジェクトを特定し、デコードする必要があります。これには、それ自体がデコーディングを必要とするオブジェクトストリームも含まれる可能性があります。

文字エンコーディングマッピング: テキストのデコーディングでは、フォントエンコーディングスキームとToUnicodeマッピングを通じて文字コードを解釈し、バイトシーケンスをアプリケーションが処理できる意味のあるUnicode文字に変換する必要があります。

インクリメンタルデコーディング: 最新の実装では、特に大規模なファイルやリソースに制約のある環境において、ドキュメント全体をメモリにロードするのではなく、PDFコンテンツをインクリメンタルにまたはオンデマンドでデコードすることが多くなっています。

• PDF encoding – PDFファイル内に保存される圧縮およびエンコード形式にデータを変換する逆プロセス
• Content streams – ページコンテンツの外観を定義するオペレーターとオペランドのシーケンスで、解釈前にデコーディングが必要
• PDFフィルター – デコーディング中に逆変換する必要があるストリームに適用される圧縮およびエンコーディングアルゴリズム
• PDFレンダリング – デコーディングに続くプロセスで、デコードされたデータを視覚的な出力に変換する
• Tagged PDF – アクセシビリティ機能にアクセスするために適切なデコーディングが必要な論理構造情報を含む構造化されたPDF形式