PDF parser decompression

PDF parser decompressionは、PDFパーサーがPDFドキュメント内の圧縮されたコンテンツストリームやオブジェクトを抽出し、デコードして、読み取り可能かつ処理可能な状態にするプロセスです。 ( 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 ) で定義されているPDFドキュメントは、ファイルサイズを削減するためにさまざまな圧縮アルゴリズムを使用しているため、PDFコンテンツを読み取ったり操作したりするアプリケーションは、基礎となるデータにアクセスする前にこれらのストリームを解凍する必要があります。この基本的な操作は、解析フェーズで発生し、すべての下流のPDF処理タスクに不可欠です。

PDF parser decompressionは、PDFパーサーがPDF仕様 ( 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 ) で指定されているさまざまな圧縮フィルターを処理するために実装する解凍ルーチンを指します。PDFパーサーは、圧縮データを含むストリームオブジェクトに遭遇すると、使用されている圧縮方式（ストリーム辞書の/Filterエントリで指定）を識別し、適切な解凍アルゴリズムを適用する必要があります。

パーサーが処理する必要がある一般的な圧縮フィルターには、以下が含まれます。

• FlateDecode – 最も一般的な圧縮方式で、zlib/deflateアルゴリズムに基づく
• LZWDecode – Lempel-Ziv-Welch圧縮
• DCTDecode – 画像用のJPEG圧縮
• CCITTFaxDecode – 白黒画像用の圧縮
• RunLengthDecode – シンプルなランレングス圧縮
• JBIG2Decode – 2値画像用の高度な圧縮
• JPXDecode – JPEG 2000圧縮

これは一般的なファイル解凍とは異なり、PDF parser decompressionはPDF構造内でオブジェクトレベルで動作し、単一のドキュメント内で異なる圧縮方式を使用している可能性がある複数の圧縮ストリームを処理します。パーサーは、現在の操作に必要なストリームのみを選択的に解凍しながら、ドキュメントの論理構造を維持する必要があります。

PDF処理に取り組む開発者にとって、parser decompressionを理解することは、いくつかの理由で重要です。

パフォーマンスの最適化 – 解凍は計算コストが高く、PDF処理ワークフローにおける主要なボトルネックになる可能性があります。開発者は、コードを最適化するために解凍がいつ発生するかを理解する必要があり、実際に必要なときにのみコンテンツを解凍する遅延解凍戦略を実装することが可能になります。

メモリ管理 – 解凍されたデータは、通常、圧縮された形式よりも大幅に多くのメモリを占有します。大きなPDFを処理するアプリケーションは、過度なメモリ消費を避けるために、どのストリームを解凍して同時にメモリに保持するかを慎重に管理する必要があります。

コンテンツの抽出と変更 – テキストの抽出、ページのレンダリング、 ( Citation: PDF Association, 2023 PDF Association(2023). Retrieved from https://pdfa.org/resource/tagged-pdf-best-practice-guide-syntax/ ) にあるようなTagged PDFコンテンツ構造の処理など、PDFコンテンツを読み取りまたは変更する操作には、関連するストリームの解凍が成功する必要があります。解凍のエラーは、コンテンツ抽出の失敗やレンダリングの問題を引き起こす可能性があります。

アクセシビリティ処理 – ( 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 ) のような標準に準拠したアクセシブルなPDFを処理する場合、パーサーは構造情報にアクセスし、適切な読み上げ順序とタグ付けを確保するために、コンテンツストリームを解凍する必要があります。

PDF parser decompressionプロセスは、一般的に以下のステップに従います。

1. ストリームの識別 – パーサーはPDF構造を読み取り、解凍が必要なデータを含むストリームオブジェクトを識別します。各ストリーム辞書は、/Filterエントリを通じて圧縮フィルターを指定します。

2. フィルターの検出 – パーサーはストリーム辞書の/Filterキーを調べて、適用する解凍アルゴリズムを決定します。複数のフィルターが配列として指定されている場合、順番に適用する必要があります。

3. 解凍の実行 – パーサーは、生のストリームバイトに適切な解凍アルゴリズムを適用します。FlateDecode（最も一般的）の場合、zlibと互換性のある解凍ライブラリを使用します。DCTDecodeのような画像ベースの圧縮の場合、専用の画像デコーダーが使用されます。

4. デコードパラメータの処理 – 一部の圧縮方式では、/DecodeParms辞書エントリで指定された追加のパラメータが必要です。たとえば、CCITT圧縮には、K（エンコーディング方式）やColumns（画像の幅）などのパラメータが必要です。

5. データの検証 – 解凍後、パーサーは解凍されたデータの長さが指定された/Length値と一致するか、データ構造がその意図された用途に対して有効かを検証する場合があります。

6. キャッシング戦略 – 効率的なパーサーは、同じストリームの繰り返し解凍を避けるためにキャッシングメカニズムを実装し、メモリ使用量と処理速度のバランスを取ります。

実装の詳細はPDFライブラリ間で大きく異なり、一部は積極的な解凍（すべてのストリームを事前に解凍）を実行し、他の一部は遅延解凍（コンテンツがアクセスされたときのみ解凍）を使用します。

• Content stream – ページコンテンツの命令を含むPDF内の圧縮データで、解釈前に解凍する必要がある
• Stream object – 辞書とバイナリデータを組み合わせたPDFオブジェクトタイプで、多くの場合圧縮されている
• Filter – ストリームに適用される圧縮またはエンコーディング方式で、ストリーム辞書で指定される
• PDF parser – PDFファイル構造を読み取り解釈するコンポーネントで、必要に応じて解凍を実行する
• Object stream – 圧縮されたPDFオブジェクトを含む特殊なストリームタイプで、PDF構造自体のより良い圧縮のために導入された