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PAX フォーマットとは何ですか?
ポータブルアーカイブ交換
LHAアーカイブ形式はLZHとしても知られ、主にMS-DOSとMicrosoft Windowsシステムで使用される圧縮アーカイブファイル形式です。1980年代後半に既存のARCとZIP圧縮形式の改良として、吉崎晴康によって開発されました。LHAアーカイブは効率的な圧縮率と高速な解凍速度を提供し、ソフトウェア、ドキュメント、およびその他のタイプのファイルを格納して配布するのに適しています。
LHA形式は、Lempel-Ziv-Welch（LZW）とハフマン符号化アルゴリズムの組み合わせを使用して、高い圧縮率を実現します。LZWは、データの繰り返し出現を、データの圧縮中に構築される辞書への参照に置き換える、辞書ベースの圧縮アルゴリズムです。一方、ハフマン符号化は、より頻繁に出現するシンボルに短いビットシーケンスを割り当てる可変長符号化方式であり、圧縮データの全体的なサイズを削減します。
LHAアーカイブは、一連のヘッダーと圧縮データブロックで構成されています。アーカイブは、アーカイブ形式のバージョン、使用される圧縮方法、アーカイブに格納されているファイルの総数などのアーカイブ自体に関する情報を含むメインヘッダーで始まります。メインヘッダーの後に、アーカイブに含まれる各ファイルの個々のファイルヘッダーがあります。これらのファイルヘッダーは、元のファイル名、ファイルサイズ、変更日、CRC-16チェックサムなどのメタデータを格納します。
各ファイルヘッダーの後に、そのファイルの圧縮データが1つ以上のデータブロックに格納されます。各データブロックのサイズは、アーカイブの作成中に使用される圧縮方法と設定によって決まります。LHAは、-lh0-（圧縮なし）、-lh1-（RLEエンコーディング）、-lh4-（LZW圧縮）、-lh5-（LZW+ハフマン符号化）、-lh7-（LZSS圧縮）など、いくつかの圧縮方法をサポートしています。圧縮方法の選択は、アーカイブの圧縮率と解凍速度の両方に影響します。
LHA形式の注目すべき機能の1つは、ソリッドアーカイブのサポートです。ソリッドアーカイブでは、複数のファイルの圧縮データが連結され、圧縮アルゴリズムがファイル境界を越えた冗長性を活用できます。これにより、各ファイルが独立して圧縮される非ソリッドアーカイブと比較して、大幅に高い圧縮率が得られます。ただし、ソリッドアーカイブには、単一のファイルを抽出するためにアーカイブ全体を解凍する必要があるという欠点もあり、大規模なアーカイブでは時間がかかる場合があります。
LHAアーカイブを作成するには、LHAやLHarcなどの圧縮ユーティリティを使用します。これらのユーティリティは1つ以上の入力ファイルを取り込み、それらを拡張子.lhaまたは.lzhの単一のLHAアーカイブファイルに圧縮します。圧縮プロセスには、入力データの分析、繰り返しパターンの辞書の作成、およびそれらのパターンを圧縮出力内の短い参照に置き換えることが含まれます。圧縮データはブロックに分割され、必要なヘッダーとメタデータとともにアーカイブファイルに書き込まれます。
LHAアーカイブからファイルを抽出するには、アーカイブヘッダーを読み取って目的のファイルを見つけ、対応するデータブロックを解凍します。解凍プロセスは圧縮アルゴリズムを逆転させ、辞書参照とエンコードされたシンボルから元 のデータを再構築します。ほとんどのLHA圧縮ユーティリティは、特定のファイルの抽出、既存ファイルの上書き、または元のディレクトリ構造の保持などのさまざまな抽出オプションをサポートしています。
LHA形式の利点の1つは、さまざまなオペレーティングシステムやプラットフォームとの互換性です。MS-DOSとMicrosoft Windowsに加えて、LHAアーカイブは、適切なソフトウェアツールを使用してUnix系システム、macOS、およびその他のプラットフォームで作成および抽出できます。このクロスプラットフォームの互換性により、LHAはさまざまな環境でソフトウェアとデータを配布するための便利な選択肢となります。
ただし、LHA形式には、より最新の圧縮形式と比較して、いくつかの制限もあります。1つの問題は、組み込みの暗号化サポートがないことです。つまり、LHAアーカイブは機密データに固有のセキュリティを提供しません。もう1つの制限は、形式でサポートされる最大ファイルサイズで、通常は32ビットファイルオフセットの使用により約2GBです。さらに、LHA形式は、圧縮率の向上、パフォーマンスの向上、追加機能を提供するZIPやRARなどの新しい形式に取って代わられています。
これらの制限にもかかわらず、LHA形式は現在も使用されており、特に古いソフトウェアやデータをアーカイブして配布するために使用されています。多くのクラシックなMS-DOSゲーム、アプリケーション、およびドキュメントアーカイブは今でもLHA形式で配布されており、最新のシステムでLHAアーカイブを操作するためのツールやユーティリティが数多くあります。一般的なLHA圧縮ユーティリティには、LHA、LHarc、UNLHAが含まれ、7-ZipやWinRARなどの多くの最新のファイルアーカイバもLHAアーカイブの作成と抽出をサポートしています。
パフォーマンスの面では、LHA形式は圧縮率と解凍速度のバランスが優れています。正確なパフォーマンス特性は、使用される特定の圧縮方法と設定、および入力データの性質によって異なります。一般に、-lh5-メソッド（LZW+ハフマン符号化）で作成されたLHAアーカイブは、圧縮率と解凍速度のバランスが優れていますが、-lh7-メソッド（LZSS圧縮）は、わずかに低い圧縮率を犠牲にしてより高速な解凍を提供します。
LHAアーカイブを操作する際には、使用するソフトウェアツールがアーカイブ形式の特定のバージョンと機能と互換性があることを確認することが重要です。古いLHA圧縮ユーティリティは、新しい圧縮方法やアーカイブ機能をサポートしていない場合があり、最新のツールは古いアーカイブを元のソフトウェアとは異なる方法で処理する場合があります。また、CRC-16チェックサムまたはその他の検証方法を使用してLHAアーカイブの整合性を検証し、圧縮データが保存または送信中に破損していないことを確認することも推奨されます。
結論として、LHAアーカイブ形式は、MS-DOSおよびMicrosoft Windowsシステムでファイルを格納して配布するための効率的な圧縮と高速な解凍を提供するレガシー圧縮形式です。ZIPやRARなどの新しい形式に取って代わられていますが、LHAは古いソフトウェアやデータをアーカイブして配布するために依然として関連しています。そのクロスプラットフォームの互換性と優れたパフォーマンス特性により、特定のシナリオで役立つツールとなり、最新のシ ステムでLHAアーカイブを操作するためのソフトウェアユーティリティやツールがまだ数多くあります。レガシーデータまたはソフトウェアアーカイブを扱う人は誰でも、LHA形式の構造と機能を理解することが貴重です。
ファイル圧縮は冗長性を減らすことで、同じ情報がより少ないビットで済むようにします。どこまで圧縮できるかの上限は情報理論によって定められています。可逆圧縮の場合、その限界はソースのエントロピーです（シャノンの ソース符号化定理 と彼の1948年の独創的な論文 「通信の数学的理論」を参照）。非可逆圧縮の場合、レートと品質のトレードオフは レート歪み理論によって捉えられます。
2つの柱：モデリングとコーディング
ほとんどの圧縮プログラムには2つの段階があります。まず、モデルがデータ内の構造を予測または公開します。 次に、コーダーがそれらの予測をほぼ最適なビットパターンに変換します。古典的なモデリング ファミリーはレンペル–ジブです。 LZ77 (1977) とLZ78 (1978)は、繰り返される部分文字列を検出し、生のバイトの代わりに参照を出力します。 コーディング側では、 ハフマン符号化 （元の論文 1952を参照）は、より可能性の高いシンボルに短いコードを割り当てます。 算術符号化 と 範囲符号化 は、エントロピー限界に近づけるためのよりきめ細かい代替手段であり、現代の 非対称数系（ANS） は、高速なテーブル駆動の実装で同様の圧縮を実現します。
一般的なフォーマットが実際に何をしているか
DEFLATE（gzip、zlib、ZIPで使用）は、LZ77とハフマン符号化を組み合わせたものです。その仕様は公開されています： DEFLATE RFC 1951、zlibラッパー RFC 1950、およびgzipファイル形式 RFC 1952。Gzipはストリーミング用にフレーム化されており、明示的に ランダムアクセスを提供しようとはしません。PNG画像は、PNG仕様書によれば、DEFLATEを唯一の圧縮方法として標準化しています（最大32 KiBのウィンドウ）。 「圧縮方法0… deflate/inflate… 最大32768バイト」 および W3C/ISO PNG第2版。
Zstandard (zstd): 非常に高速な 解凍で高い圧縮率を実現するために設計された、新しい汎用圧縮プログラムです。この形式は RFC 8878 （ HTMLミラーも参照）および参照仕様書 GitHubで文書化されています。gzipと同様に、基本フレームは ランダムアクセスを目的としていません。zstdのスーパーパワーの1つは辞書です。コーパスからの小さなサンプルで、多数の小さなファイルや類似のファイルで 圧縮を劇的に改善します（ python-zstandard辞書ドキュメント および Nigel Taoの実例を参照）。実装は、「非構造化」と「構造化」の両方の辞書を受け入れます （ディスカッション）。
Brotli: ウェブコンテンツ（例：WOFF2フォント、HTTP）に最適化されています。静的辞書と DEFLATEのようなLZ+エントロピーコアを組み合わせます。仕様は RFC 7932で、2WBITS−16のスライディングウィンドウ（WBITSは[10, 24]、1 KiB−16 Bから 16 MiB−16 Bまで）と、 ランダムアクセスを試みないことも記されています。Brotliは、ウェブテキストでgzipをしばしば上回り、高速にデコードします。
ZIPコンテナ: ZIPは、さまざまな圧縮方法 （deflate、store、zstdなど）でエントリを保存できるファイルアーカイブです。事実上の標準はPKWAREのAPPNOTEです（ APPNOTEポータル、 ホストされているコピー、およびLCの概要 ZIPファイル形式（PKWARE） / ZIP 6.3.3を参照）。
速度と圧縮率：フォーマットの位置づけ
LZ4は、控えめな圧縮率で生の速度を目標としています。その プロジェクトページ （「非常に高速な圧縮」）と フレーム形式を参照してください。メモリ内キャッシュ、テレメトリ、または解凍がRAM速度に近い必要があるホットパスに最適です。
XZ / LZMAは、比較的遅い圧縮で密度（優れた圧縮率）を追求します。XZはコンテナです。 重労働は通常、LZMA/LZMA2（LZ77のようなモデリング+範囲符号化）によって行われます。 .xzファイル形式、 LZMA仕様（Pavlov）、およびLinuxカーネルのメモ XZ Embeddedについてを参照してください。XZは通常、gzipを上回り、高圧縮率の最新コーデックとしばしば競合しますが、エンコード時間は遅くなります。
bzip2は、 Burrows–Wheeler変換（BWT）、move-to-front、RLE、およびハフマン符号化を適用します。通常、gzipよりも小さいですが遅いです。 公式マニュアル およびmanページ （Linux）を参照してください。
ウィンドウ、ブロック、ランダムアクセス
「ウィンドウサイズ」は重要です。DEFLATE参照は32 KiBしか遡れません （RFC 1951 およびPNGの32 KiBキャップ ここに記載）。Brotliのウィンドウは、約1 KiBから16 MiBの範囲です （RFC 7932）。Zstdは、レベルごとにウィンドウと検索深度を調整します （RFC 8878）。基本的なgzip/zstd/brotliストリームは、シーケンシャルデコード用に設計されています。基本形式は ランダムアクセスを約束しませんが、コンテナ（例：tarインデックス、チャンク化されたフレーミング、または形式固有のインデックス）でそれを階層化できます。
可逆対非可逆
上記の形式は可逆です。正確なバイトを再構築できます。メディアコーデックはしばしば非可逆です。 より低いビットレートを達成するために、知覚できない詳細を破棄します。画像では、古典的なJPEG（DCT、量子化、エントロピー 符号化）は ITU-T T.81 / ISO/IEC 10918-1で標準化されています。音声では、MP3（MPEG-1 Layer III）とAAC（MPEG-2/4）は、知覚モデルとMDCT変換に依存しています（ ISO/IEC 11172-3、 ISO/IEC 13818-7、およびMDCTの概要 こちらを参照）。非可逆と可逆は共存できます（例：UIアセット用のPNG、画像/動画/音声用のWebコーデック）。
実践的なヒント
- 仕事に合わせて選ぶ。 ウェブテキストとフォント： brotli。一般的なファイルとバックアップ： zstd （優れた解凍速度と、時間と圧縮率を交換するレベル）。超高速パイプとテレメトリ： lz4。エンコード時間が問題にならない長期アーカイブの最大密度： xz/LZMA。
- 小さなファイル？ zstd （ドキュメント） / （例）で辞書をトレーニングして配布します。何十もの小さな類似オブジェクトを劇的に縮小できます。
- 相互運用性。 複数のファイルを交換する場合は、コンテナ（ZIP、tar）と 圧縮プログラムを優先します。ZIPのAPPNOTEは、メソッドIDと機能を定義しています。 PKWARE APPNOTE およびLCの概要 こちらを参照してください。
- データで測定する。 圧縮率と速度はコーパスによって異なります。多くのリポジトリがベンチマークを公開しています（例： LZ4のREADMEはSilesiaコーパスを こちらで引用しています）が、常にローカルで検証してください。
主要な参考文献（詳細）
理論： シャノン 1948 · レート歪み · 符号化： ハフマン 1952 · 算術符号化 · 範囲符号化 · ANS. フォーマット： DEFLATE · zlib · gzip · Zstandard · Brotli · LZ4フレーム · XZ形式. BWTスタック： Burrows–Wheeler (1994) · bzip2マニュアル. メディア： JPEG T.81 · MP3 ISO/IEC 11172-3 · AAC ISO/IEC 13818-7 · MDCT.
結論：データと制約に合った圧縮プログラムを選択し、実際の入力で測定し、 辞書とスマートフレーミングによる利点を忘れないでください。適切な組み合わせで、 より小さなファイル、より速い転送、より軽快なアプリを手に入れることができます—正確さや移植性を犠牲にすることなく。
よくある質問
ファイルの圧縮とは何です か？
ファイルの圧縮は、ファイルやファイルのサイズを減らすプロセスで、通常はストレージスペースを節約したり、ネットワークを介した伝送を高速化するために使用されます。
ファイルの圧縮はどのように機能しますか？
ファイルの圧縮は、データの冗長性を識別して削除することで機能します。それはアルゴリズムを使用して、元のデータをより小さいスペースでエンコードします。
ファイルの圧縮の種類は何ですか？
ファイルの圧縮の主要な2つのタイプはロスレス圧縮とロッシー圧縮です。ロスレス圧縮では、元のファイルを完全に復元することができますが、ロッシー圧縮ではデータ品質の若干の損失を伴うより大きなサイズの削減が可能になります。
ファイルの圧縮ツールの例は何ですか？
ファイルの圧縮ツールの人気の例はWinZipで、ZIPとRARを含む複数の圧縮形式をサポートしています。
ファイルの圧縮はファイルの品質に影響しますか？
ロスレス圧縮では品質は変わりません。しかし、ロッシー圧縮では、それほど重要ではないデータを削除してファイルサイズをより大幅に削減するため、品質の低下が目立つことがあります。
ファイルの圧縮は安全ですか？
はい、データの整合性の面では、特にロスレス圧縮ではファイルの圧縮は安全です。しかし、他のファイルと同様に、圧縮ファイルはマルウェアやウイルスの標的になる可能性があるため、常に信頼することができるセキュリティソフトウェアを用意しておくことが重要です。
どの種類のファイルを圧縮できますか？
ほぼすべてのタイプのファイルが圧縮可能であり、テキストファイル、画像、音声、動画、ソフトウェアファイルなどがあります。ただし、圧縮可能なレベルは、ファイルタイプによって大幅に異なることがあります。
ZIPファイルとは何を意味しますか？
ZIPファイルは、1つ以上のファイルのサイズを減らすためにロスレス圧縮を使用するファイル形式の一種です。ZIPファイルの中の複数のファイルは、実質的に1つのファイルにまとめられるため、共有も簡単になります。
すでに圧縮されたファイルを圧縮することはできますか？
技術的にははい、ですが、さらなるサイズ縮小は最小限で、あるいは逆効果となる可能性があります。既に圧縮されたファイルを圧縮すると、圧縮アルゴリズムによって追加されたメタデータにより、そのサイズが増えることがあります。
ファイルを解凍するにはどうすればいいですか？
ファイルを解凍するには、通常、解凍ツールやアンジッパーといったツール、例えばWinZipや7-Zipが必要です。これらのツールは、圧縮形式から元のファイルを抽出することができます。