Deflate

デフレート：高速で広く使われるデータ[[圧縮]]アルゴリズム

デフレートは、ファイルサイズを小さくするデータ[[圧縮]]アルゴリズムです。LZ77というアルゴリズムとハフマン符号化という手法を組み合わせることで、効率的な圧縮を実現しています。このアルゴリズムは、フィル・カッツが開発したPKZIPという圧縮ツールのバージョン2で初めて採用され、その後、ZIPやgzipなどの多くの圧縮ツールやファイルフォーマットで標準的な圧縮方法として広く利用されるようになりました。1996年にはRFC 1951として標準化され、その仕様が公開されています。

デフレートの特徴

デフレートの大きな特徴は、その高速性と可逆性です。

可逆[[圧縮]]: 圧縮されたデータを元のデータに完全に復元できます。データの損失はありません。
高速な圧縮・展開: 他の圧縮アルゴリズムと比較して、圧縮と特に展開処理が非常に高速です。ただし、LZ77アルゴリズムをベースにしているため、LZWなどのアルゴリズムと比べると計算量は多くなります。
広範な利用: インターネット上でもっとも一般的なデータ[[圧縮]]方式の一つであり、様々なソフトウェアやアプリケーションで採用されています。
特許問題の克服: デフレートは、その基盤となるLZ77アルゴリズムに関連する特許問題を抱えていましたが、現在では、多くの関連特許が期限切れまたは消滅しているため、特許に関する問題はほとんどなくなりました。
LHAアルゴリズムとの類似性: 日本人が開発したLHAという圧縮アルゴリズムと非常に似た仕組みを持っています。

デフレートの技術的な詳細

デフレートは、大きく分けて以下の2つのステップでデータの圧縮を行います。

1. LZ77によるデータ変換: LZ77アルゴリズム（正確には、LZSSというLZ77の変種）を用いて、データを「文字そのもの」または「一致長、一致位置」のペアに変換します。これは、データの中に同じ文字列が繰り返し出現する場合、その部分を短い符号で表現することで圧縮を行う手法です。「文字そのもの」はデータ中に単独で出現する文字、「一致長、一致位置」は、データ中に繰り返し出現する文字列を表しています。
2. ハフマン符号化: LZ77によって変換されたデータに対して、ハフマン符号化を行います。ハフマン符号化とは、出現頻度の高いデータに短い符号を、出現頻度の低いデータに長い符号を割り当てることで、データ全体の符号長を短くする符号化手法です。デフレートでは、このハフマン符号化をブロックごとに動的に行うため、「ダイナミックハフマン符号化」と呼ばれます。これは、日本で一般的に使われる「動的ハフマン符号」とは異なる点に注意が必要です。

デフレートの利用例

デフレートアルゴリズムは、様々なソフトウェアやファイルフォーマットで使用されています。代表的な例として、以下のものが挙げられます。

zlib: デフレートアルゴリズムにヘッダーとフッターを追加した形式。
gzip: zlibと同様にデフレートアルゴリズムを利用しますが、zlibとは異なるヘッダーとフッターを持ちます。
ZIP: 広く使われているアーカイブファイル形式。
7z: 高度な圧縮アルゴリズムを使用するアーカイブファイル形式。
PNG: 画像ファイル形式。

また、Java、Perl、PHP、Python、Ruby、C#、VB.NETなど、多くのプログラミング言語でデフレートアルゴリズムを利用するためのライブラリが提供されています。WebサーバであるApache HTTP Serverなども、圧縮通信のためにデフレートアルゴリズムを実装しています。

zlibとgzip

デフレートアルゴリズムは、しばしばzlibやgzipという形式とともに使用されます。zlibとgzipは、デフレートで圧縮されたデータにヘッダーとフッターを追加したもので、ファイルの整合性チェックやメタデータの追加などを行います。zlibとgzipはヘッダーとフッターのサイズや、使用するチェックサムアルゴリズムが異なります。gzipの方がzlibより多くの情報をヘッダーに含んでおり、例えば、どのファイルシステムで圧縮されたかといった情報を含んでいます。

まとめ

デフレートは、その高速性、可逆性、そして広範な利用から、現在でも広く使われている重要なデータ[[圧縮]]アルゴリズムです。様々なソフトウェアやファイルフォーマットで利用されているため、理解しておくことは非常に重要です。

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