PDF stream decoding

PDFストリームデコードとは、PDF文書内のストリームオブジェクトに適用された圧縮およびエンコーディングフィルタを逆処理し、生のコンテンツデータにアクセスするプロセスです。PDFファイル内のストリーム ( 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 ) には、ページ記述、画像、フォント、メタデータなど、文書の実際のコンテンツの大部分が含まれており、通常はファイルサイズを削減するために圧縮されています。開発者は、処理、レンダリング、またはアクセシビリティ目的で基礎となるデータを読み取り、操作、または抽出するために、これらのストリームをデコードする必要があります。

PDFストリームデコードとは、PDFファイル構造内のエンコードされたストリームデータに対して、解凍アルゴリズムとフィルタ操作をプログラム的に適用する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 ) によれば、PDFストリームはバイトシーケンスであり、FlateDecode（zlib/deflate圧縮）、DCTDecode（JPEG圧縮）、ASCII85Decode、LZWDecodeなど、1つ以上のフィルタを適用することができます。ストリーム辞書には、エンコード時に適用されたフィルタを指定する /Filter エントリが含まれており、デコーダは元の非圧縮データを取得するために、これらの操作を正しい順序で逆処理する必要があります。

ストリームデコードは、文書構造自体ではなく、ストリームオブジェクト内のコンテンツを具体的に扱う点で、一般的なPDF解析とは異なります。PDF解析がファイルのオブジェクト階層とクロスリファレンステーブルを読み取るのに対し、ストリームデコードはバイナリまたはエンコードされたコンテンツを使用可能な生データに変換することに焦点を当てています。この区別は重要です。なぜなら、開発者はすべてのストリームを必ずしもデコードせずにPDFの構造を解析する必要がある場合や、特定の操作のために特定のストリームを選択的にデコードする必要がある場合があるためです。

PDF文書を扱う開発者にとって、ストリームデコードは、単純なファイルコピーや連結を超えた、ほぼすべての操作に不可欠です。適切なストリームデコードなしでは、開発者は検索や抽出のための実際のテキストコンテンツにアクセスできず、ページを正確にレンダリングできず、文書内に埋め込まれた画像やフォントを処理できません。この機能は、コンテンツ分析、データ抽出、文書変換、またはアクセシビリティ向上を実行するアプリケーションにとって基本的なものです。

ストリームデコードは、アクセシビリティ実装において特に重要です。 ( 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 ) に記載されているように、アクセシブルなPDF文書は、適切なコンテンツ抽出と構造解釈に依存しており、これには視覚的コンテンツを論理的な読み順序にマッピングするためにテキストストリームをデコードする必要があります。さらに、ストリームデコードを理解することで、開発者は特定のユースケースに対してファイルサイズと処理パフォーマンスのバランスをとる適切な圧縮フィルタを選択し、PDF生成ワークフローを最適化することができます。

ストリームデコードプロセスは、適用されたフィルタを識別するためにストリーム辞書を読み取ることから始まる構造化されたワークフローに従います。PDFリーダーまたは処理ライブラリがストリームオブジェクトに遭遇すると、まずストリーム辞書内の /Filter エントリを調べます。このエントリは、エンコード時に順番に適用された単一のフィルタ名またはフィルタの配列を指定する場合があります。デコーダは、元のデータを復元するために、逆操作を逆順で適用する必要があります。

一般的なデコード操作には以下が含まれます：

• FlateDecode：zlib/deflate解凍を適用する、PDFファイルで最も広く使用されている圧縮方式
• DCTDecode：JPEG圧縮された画像データをさらに解凍せずに解釈する
• ASCII85DecodeおよびASCIIHexDecode：ASCIIエンコードされたバイナリデータを生のバイトに変換する
• LZWDecode：特定のレガシーコンテンツに対してLZW解凍を適用する
• 予測関数（Predictor functions）：圧縮効率を向上させるために /DecodeParms を通じて指定される追加の処理

フィルタを識別した後、デコーダは各解凍アルゴリズムを通じてストリームデータを処理します。一部のフィルタは、画像データの圧縮をさらに最適化する予測アルゴリズムなど、/DecodeParms 辞書エントリで指定された追加パラメータを必要とします。破損または不適切にエンコードされたストリームはデコード失敗を引き起こす可能性があるため、このプロセス中のエラー処理は重要であり、開発者はアプリケーションの安定性を維持するためにこれを適切に処理する必要があります。

• PDFストリームオブジェクト – コンテンツを表すバイトシーケンスを含む基本的なPDFデータ構造で、通常はフィルタで圧縮される
• フィルタパイプライン – ストリームデータに適用されるエンコードまたはデコード操作の順序付けられたシーケンス
• コンテンツストリーム – ページコンテンツの視覚的外観を定義するページ記述演算子を含む特定のタイプのPDFストリーム
• ストリーム辞書 – ストリームデータの前に置かれ、フィルタや長さなどのメタデータを含む辞書オブジェクト
• 圧縮フィルタ – データサイズを削減するためにPDFストリームで指定されるアルゴリズム（Flate、DCT、LZWエンコーディングなど）