ZIPファイル形式は広く使用されている圧縮およびアーカイブ形式で、複数のファイルを1つの圧縮ファイルにまとめることができます。これはもともと1989年にフィル・カッツによって作成され、それ以来ファイル圧縮と配布の普遍的な標準となっています。ZIP形式は、含まれるファイルのサイズを縮小するためにロスレス圧縮アルゴリズムの組み合わせを使用し、オンデマンドで個別に抽出できるようにします。
ZIPアーカイブは、それぞれが圧縮されたファイルを表現する一連のファイルレコードで構成され、アーカイブの最後に中央ディレクトリが続きます。各ファイルレコードには、ファイル名、サイズ、タイムスタンプなどのファイルに関するメタデータと、圧縮されたファイルデータ自体が含まれます。中央ディレクトリには、アーカイブ内のすべてのファイルレコードのリストと追加のメタデータが含まれます。
ZIP形式はいくつかの圧縮方法をサポートしていますが、最も一般的に使用されているのは、LZ77アルゴリズムとハフマン符号化に基づくDEFLATEです。DEFLATEは、繰り返されるデータシーケンスを見つけて、それらを以前の出現への参照に置き換え、ハフマン符号化と組み合わせて圧縮データを効率的に表現します。これにより、特にテキストベースのファイルでは大幅なサイズ削減が可能です。
ZIPアーカイブを作成するには、最初に選択した圧縮方法を使用してファイルを個別に圧縮します。次に、各圧縮ファイルがファイルレコードとしてアーカイブに追加され、ローカルファイルヘッダーの後に圧縮データが続きます。ローカルファイルヘッダーには、ファイル名、圧縮方法、CRC-32チェックサム、圧縮サイズと非圧縮サイズ、タイムスタンプなどのメタデータが含まれます。
すべてのファイルレコードが追加された後、中央ディレクトリがアーカイブの最後に書き込まれます。中央ディレクトリは署名で始まり、各ファイルレコードのファイルヘッダーを含み、ローカルファイルヘッダーと同様のメタデータが含まれます。さらに、中央ディレクトリには、ファイル数や中央ディレクトリのサイズなど、アーカイブ全体に関する情報が含まれます。
最後に、ZIPアーカイブは中央ディレクトリレコードの終わりで終了します。これには、署名、中央ディレクトリが開始されるディスクの数、中央ディレクトリレコードの数、中央ディレクトリのサイズ、アーカイブの開始からの中央ディレクトリの開始のオフセット、コメントフィールドが含まれます。
ZIP形式の重要な機能の1つは、さまざまな圧縮方法をサポートする機能です。DEFLATEに加えて、STOREメソッド（圧縮なし）、BZIP2、LZMA、PPMdなどをサポートしています。この柔軟性により、ユースケースの特定の要件に応じて、圧縮率と処理時間のバランスをとることができます。
ZIP形式のもう1つの重要な側面は、ファイルとディレクトリの暗号化をサポートしていることです。従来のZIP暗号化スキームは単純なパスワードベースの暗号化方法を使用していましたが、これは最新のZIPツールではより安全なAES暗号化に置き換えられています。ファイルが暗号化されると、その圧縮データは選択した暗号化方法を使用して暗号化され、暗号化ステータスを示す追加のメタデータがファイルヘッダ ーに追加されます。
ZIP形式には、データ整合性チェックとエラー検出のための機能も含まれています。各ファイルレコードには、非圧縮データのCRC-32チェックサムが含まれており、抽出時にファイルの整合性を検証できます。さらに、中央ディレクトリには中央ディレクトリ構造全体のCRC-32チェックサムが含まれており、アーカイブ全体に対する追加の整合性チェックレイヤーが提供されます。
長年にわたり、ZIP形式には機能と効率を向上させるためにいくつかの拡張と強化が行われてきました。そのような拡張機能の1つはZIP64形式で、4GBを超えるアーカイブとファイルを許可します。これは、元の32ビットフィールドの代わりに、サイズとオフセット値に64ビットフィールドを使用することで実現されます。もう1つの拡張機能は、ファイル名とコメントエンコーディングの使用で、ファイル名とコメントにUnicode文字を使用できます。
ZIP形式は、オフィス生産性スイートで使用されるOpenDocument形式、Javaアプリケーションの配布に使用されるJAR（Java Archive）形式、電子書籍に使用されるEPUB形式など、さまざまな特殊なコンテキストで使用されるように適応されています。これらの場合、ZIP形式は、それぞれの形式に必要な特定のファイルタイプとメタデータのコンテナとして機能します。
その古さにもかかわらず、ZIP形式はプラットフォームやデバイス間で広く使用され、サポートされています。そのシンプルさ、効率性、互換性により、ファイルの圧縮と配布に最適な選択肢となっています。ただし、分割アーカイブ、ソリッド圧縮、またはリカバリレコードの組み込みサポートがないなど、ZIP 形式にはいくつかの制限もあります。
これらの制限に対処するために、RAR、7z、TARなどの代替アーカイブ形式が開発されています。これらの形式は、追加の機能と場合によっては改善された圧縮率を提供しますが、ZIPと同じレベルの普遍的なサポートがない場合があります。
結論として、ZIPファイル形式は、時間の試練に耐えてきた汎用的で効率的な圧縮およびアーカイブ形式です。複数のファイルをまとめてパッケージ化し、効率的に圧縮し、データ整合性チェックを提供する機能により、ファイルの保存と配布に不可欠なツールとなっています。いくつかの制限があるにもかかわらず、ZIP形式は、そのシンプルさと互換性により、広く使用され、サポートされ続けています。
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。
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。
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）。
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。
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）。
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。
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、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 。
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。
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。
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。
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、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。