~ubuntu-branches/ubuntu/raring/smplayer/raring

« back to all changes in this revision

Viewing changes to zlib/doc/rfc1951.txt

  • Committer: Package Import Robot
  • Author(s): Alessio Treglia
  • Date: 2013-02-12 03:00:21 UTC
  • mfrom: (20.1.2 experimental)
  • Revision ID: package-import@ubuntu.com-20130212030021-q5mg053fru2u6zl8
Tags: 0.8.3-1
* Team upload.
* New upstream release. (Closes: #698300)

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
 
 
2
 
 
3
 
 
4
 
 
5
 
 
6
 
 
7
Network Working Group                                         P. Deutsch
 
8
Request for Comments: 1951                           Aladdin Enterprises
 
9
Category: Informational                                         May 1996
 
10
 
 
11
 
 
12
        DEFLATE Compressed Data Format Specification version 1.3
 
13
 
 
14
Status of This Memo
 
15
 
 
16
   This memo provides information for the Internet community.  This memo
 
17
   does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
 
18
   this memo is unlimited.
 
19
 
 
20
IESG Note:
 
21
 
 
22
   The IESG takes no position on the validity of any Intellectual
 
23
   Property Rights statements contained in this document.
 
24
 
 
25
Notices
 
26
 
 
27
   Copyright (c) 1996 L. Peter Deutsch
 
28
 
 
29
   Permission is granted to copy and distribute this document for any
 
30
   purpose and without charge, including translations into other
 
31
   languages and incorporation into compilations, provided that the
 
32
   copyright notice and this notice are preserved, and that any
 
33
   substantive changes or deletions from the original are clearly
 
34
   marked.
 
35
 
 
36
   A pointer to the latest version of this and related documentation in
 
37
   HTML format can be found at the URL
 
38
   <ftp://ftp.uu.net/graphics/png/documents/zlib/zdoc-index.html>.
 
39
 
 
40
Abstract
 
41
 
 
42
   This specification defines a lossless compressed data format that
 
43
   compresses data using a combination of the LZ77 algorithm and Huffman
 
44
   coding, with efficiency comparable to the best currently available
 
45
   general-purpose compression methods.  The data can be produced or
 
46
   consumed, even for an arbitrarily long sequentially presented input
 
47
   data stream, using only an a priori bounded amount of intermediate
 
48
   storage.  The format can be implemented readily in a manner not
 
49
   covered by patents.
 
50
 
 
51
 
 
52
 
 
53
 
 
54
 
 
55
 
 
56
 
 
57
 
 
58
Deutsch                      Informational                      [Page 1]
 
59
 
 
60
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
61
 
 
62
 
 
63
Table of Contents
 
64
 
 
65
   1. Introduction ................................................... 2
 
66
      1.1. Purpose ................................................... 2
 
67
      1.2. Intended audience ......................................... 3
 
68
      1.3. Scope ..................................................... 3
 
69
      1.4. Compliance ................................................ 3
 
70
      1.5.  Definitions of terms and conventions used ................ 3
 
71
      1.6. Changes from previous versions ............................ 4
 
72
   2. Compressed representation overview ............................. 4
 
73
   3. Detailed specification ......................................... 5
 
74
      3.1. Overall conventions ....................................... 5
 
75
          3.1.1. Packing into bytes .................................. 5
 
76
      3.2. Compressed block format ................................... 6
 
77
          3.2.1. Synopsis of prefix and Huffman coding ............... 6
 
78
          3.2.2. Use of Huffman coding in the "deflate" format ....... 7
 
79
          3.2.3. Details of block format ............................. 9
 
80
          3.2.4. Non-compressed blocks (BTYPE=00) ................... 11
 
81
          3.2.5. Compressed blocks (length and distance codes) ...... 11
 
82
          3.2.6. Compression with fixed Huffman codes (BTYPE=01) .... 12
 
83
          3.2.7. Compression with dynamic Huffman codes (BTYPE=10) .. 13
 
84
      3.3. Compliance ............................................... 14
 
85
   4. Compression algorithm details ................................. 14
 
86
   5. References .................................................... 16
 
87
   6. Security Considerations ....................................... 16
 
88
   7. Source code ................................................... 16
 
89
   8. Acknowledgements .............................................. 16
 
90
   9. Author's Address .............................................. 17
 
91
 
 
92
1. Introduction
 
93
 
 
94
   1.1. Purpose
 
95
 
 
96
      The purpose of this specification is to define a lossless
 
97
      compressed data format that:
 
98
          * Is independent of CPU type, operating system, file system,
 
99
            and character set, and hence can be used for interchange;
 
100
          * Can be produced or consumed, even for an arbitrarily long
 
101
            sequentially presented input data stream, using only an a
 
102
            priori bounded amount of intermediate storage, and hence
 
103
            can be used in data communications or similar structures
 
104
            such as Unix filters;
 
105
          * Compresses data with efficiency comparable to the best
 
106
            currently available general-purpose compression methods,
 
107
            and in particular considerably better than the "compress"
 
108
            program;
 
109
          * Can be implemented readily in a manner not covered by
 
110
            patents, and hence can be practiced freely;
 
111
 
 
112
 
 
113
 
 
114
Deutsch                      Informational                      [Page 2]
 
115
 
 
116
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
117
 
 
118
 
 
119
          * Is compatible with the file format produced by the current
 
120
            widely used gzip utility, in that conforming decompressors
 
121
            will be able to read data produced by the existing gzip
 
122
            compressor.
 
123
 
 
124
      The data format defined by this specification does not attempt to:
 
125
 
 
126
          * Allow random access to compressed data;
 
127
          * Compress specialized data (e.g., raster graphics) as well
 
128
            as the best currently available specialized algorithms.
 
129
 
 
130
      A simple counting argument shows that no lossless compression
 
131
      algorithm can compress every possible input data set.  For the
 
132
      format defined here, the worst case expansion is 5 bytes per 32K-
 
133
      byte block, i.e., a size increase of 0.015% for large data sets.
 
134
      English text usually compresses by a factor of 2.5 to 3;
 
135
      executable files usually compress somewhat less; graphical data
 
136
      such as raster images may compress much more.
 
137
 
 
138
   1.2. Intended audience
 
139
 
 
140
      This specification is intended for use by implementors of software
 
141
      to compress data into "deflate" format and/or decompress data from
 
142
      "deflate" format.
 
143
 
 
144
      The text of the specification assumes a basic background in
 
145
      programming at the level of bits and other primitive data
 
146
      representations.  Familiarity with the technique of Huffman coding
 
147
      is helpful but not required.
 
148
 
 
149
   1.3. Scope
 
150
 
 
151
      The specification specifies a method for representing a sequence
 
152
      of bytes as a (usually shorter) sequence of bits, and a method for
 
153
      packing the latter bit sequence into bytes.
 
154
 
 
155
   1.4. Compliance
 
156
 
 
157
      Unless otherwise indicated below, a compliant decompressor must be
 
158
      able to accept and decompress any data set that conforms to all
 
159
      the specifications presented here; a compliant compressor must
 
160
      produce data sets that conform to all the specifications presented
 
161
      here.
 
162
 
 
163
   1.5.  Definitions of terms and conventions used
 
164
 
 
165
      Byte: 8 bits stored or transmitted as a unit (same as an octet).
 
166
      For this specification, a byte is exactly 8 bits, even on machines
 
167
 
 
168
 
 
169
 
 
170
Deutsch                      Informational                      [Page 3]
 
171
 
 
172
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
173
 
 
174
 
 
175
      which store a character on a number of bits different from eight.
 
176
      See below, for the numbering of bits within a byte.
 
177
 
 
178
      String: a sequence of arbitrary bytes.
 
179
 
 
180
   1.6. Changes from previous versions
 
181
 
 
182
      There have been no technical changes to the deflate format since
 
183
      version 1.1 of this specification.  In version 1.2, some
 
184
      terminology was changed.  Version 1.3 is a conversion of the
 
185
      specification to RFC style.
 
186
 
 
187
2. Compressed representation overview
 
188
 
 
189
   A compressed data set consists of a series of blocks, corresponding
 
190
   to successive blocks of input data.  The block sizes are arbitrary,
 
191
   except that non-compressible blocks are limited to 65,535 bytes.
 
192
 
 
193
   Each block is compressed using a combination of the LZ77 algorithm
 
194
   and Huffman coding. The Huffman trees for each block are independent
 
195
   of those for previous or subsequent blocks; the LZ77 algorithm may
 
196
   use a reference to a duplicated string occurring in a previous block,
 
197
   up to 32K input bytes before.
 
198
 
 
199
   Each block consists of two parts: a pair of Huffman code trees that
 
200
   describe the representation of the compressed data part, and a
 
201
   compressed data part.  (The Huffman trees themselves are compressed
 
202
   using Huffman encoding.)  The compressed data consists of a series of
 
203
   elements of two types: literal bytes (of strings that have not been
 
204
   detected as duplicated within the previous 32K input bytes), and
 
205
   pointers to duplicated strings, where a pointer is represented as a
 
206
   pair <length, backward distance>.  The representation used in the
 
207
   "deflate" format limits distances to 32K bytes and lengths to 258
 
208
   bytes, but does not limit the size of a block, except for
 
209
   uncompressible blocks, which are limited as noted above.
 
210
 
 
211
   Each type of value (literals, distances, and lengths) in the
 
212
   compressed data is represented using a Huffman code, using one code
 
213
   tree for literals and lengths and a separate code tree for distances.
 
214
   The code trees for each block appear in a compact form just before
 
215
   the compressed data for that block.
 
216
 
 
217
 
 
218
 
 
219
 
 
220
 
 
221
 
 
222
 
 
223
 
 
224
 
 
225
 
 
226
Deutsch                      Informational                      [Page 4]
 
227
 
 
228
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
229
 
 
230
 
 
231
3. Detailed specification
 
232
 
 
233
   3.1. Overall conventions In the diagrams below, a box like this:
 
234
 
 
235
         +---+
 
236
         |   | <-- the vertical bars might be missing
 
237
         +---+
 
238
 
 
239
      represents one byte; a box like this:
 
240
 
 
241
         +==============+
 
242
         |              |
 
243
         +==============+
 
244
 
 
245
      represents a variable number of bytes.
 
246
 
 
247
      Bytes stored within a computer do not have a "bit order", since
 
248
      they are always treated as a unit.  However, a byte considered as
 
249
      an integer between 0 and 255 does have a most- and least-
 
250
      significant bit, and since we write numbers with the most-
 
251
      significant digit on the left, we also write bytes with the most-
 
252
      significant bit on the left.  In the diagrams below, we number the
 
253
      bits of a byte so that bit 0 is the least-significant bit, i.e.,
 
254
      the bits are numbered:
 
255
 
 
256
         +--------+
 
257
         |76543210|
 
258
         +--------+
 
259
 
 
260
      Within a computer, a number may occupy multiple bytes.  All
 
261
      multi-byte numbers in the format described here are stored with
 
262
      the least-significant byte first (at the lower memory address).
 
263
      For example, the decimal number 520 is stored as:
 
264
 
 
265
             0        1
 
266
         +--------+--------+
 
267
         |00001000|00000010|
 
268
         +--------+--------+
 
269
          ^        ^
 
270
          |        |
 
271
          |        + more significant byte = 2 x 256
 
272
          + less significant byte = 8
 
273
 
 
274
      3.1.1. Packing into bytes
 
275
 
 
276
         This document does not address the issue of the order in which
 
277
         bits of a byte are transmitted on a bit-sequential medium,
 
278
         since the final data format described here is byte- rather than
 
279
 
 
280
 
 
281
 
 
282
Deutsch                      Informational                      [Page 5]
 
283
 
 
284
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
285
 
 
286
 
 
287
         bit-oriented.  However, we describe the compressed block format
 
288
         in below, as a sequence of data elements of various bit
 
289
         lengths, not a sequence of bytes.  We must therefore specify
 
290
         how to pack these data elements into bytes to form the final
 
291
         compressed byte sequence:
 
292
 
 
293
             * Data elements are packed into bytes in order of
 
294
               increasing bit number within the byte, i.e., starting
 
295
               with the least-significant bit of the byte.
 
296
             * Data elements other than Huffman codes are packed
 
297
               starting with the least-significant bit of the data
 
298
               element.
 
299
             * Huffman codes are packed starting with the most-
 
300
               significant bit of the code.
 
301
 
 
302
         In other words, if one were to print out the compressed data as
 
303
         a sequence of bytes, starting with the first byte at the
 
304
         *right* margin and proceeding to the *left*, with the most-
 
305
         significant bit of each byte on the left as usual, one would be
 
306
         able to parse the result from right to left, with fixed-width
 
307
         elements in the correct MSB-to-LSB order and Huffman codes in
 
308
         bit-reversed order (i.e., with the first bit of the code in the
 
309
         relative LSB position).
 
310
 
 
311
   3.2. Compressed block format
 
312
 
 
313
      3.2.1. Synopsis of prefix and Huffman coding
 
314
 
 
315
         Prefix coding represents symbols from an a priori known
 
316
         alphabet by bit sequences (codes), one code for each symbol, in
 
317
         a manner such that different symbols may be represented by bit
 
318
         sequences of different lengths, but a parser can always parse
 
319
         an encoded string unambiguously symbol-by-symbol.
 
320
 
 
321
         We define a prefix code in terms of a binary tree in which the
 
322
         two edges descending from each non-leaf node are labeled 0 and
 
323
         1 and in which the leaf nodes correspond one-for-one with (are
 
324
         labeled with) the symbols of the alphabet; then the code for a
 
325
         symbol is the sequence of 0's and 1's on the edges leading from
 
326
         the root to the leaf labeled with that symbol.  For example:
 
327
 
 
328
 
 
329
 
 
330
 
 
331
 
 
332
 
 
333
 
 
334
 
 
335
 
 
336
 
 
337
 
 
338
Deutsch                      Informational                      [Page 6]
 
339
 
 
340
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
341
 
 
342
 
 
343
                          /\              Symbol    Code
 
344
                         0  1             ------    ----
 
345
                        /    \                A      00
 
346
                       /\     B               B       1
 
347
                      0  1                    C     011
 
348
                     /    \                   D     010
 
349
                    A     /\
 
350
                         0  1
 
351
                        /    \
 
352
                       D      C
 
353
 
 
354
         A parser can decode the next symbol from an encoded input
 
355
         stream by walking down the tree from the root, at each step
 
356
         choosing the edge corresponding to the next input bit.
 
357
 
 
358
         Given an alphabet with known symbol frequencies, the Huffman
 
359
         algorithm allows the construction of an optimal prefix code
 
360
         (one which represents strings with those symbol frequencies
 
361
         using the fewest bits of any possible prefix codes for that
 
362
         alphabet).  Such a code is called a Huffman code.  (See
 
363
         reference [1] in Chapter 5, references for additional
 
364
         information on Huffman codes.)
 
365
 
 
366
         Note that in the "deflate" format, the Huffman codes for the
 
367
         various alphabets must not exceed certain maximum code lengths.
 
368
         This constraint complicates the algorithm for computing code
 
369
         lengths from symbol frequencies.  Again, see Chapter 5,
 
370
         references for details.
 
371
 
 
372
      3.2.2. Use of Huffman coding in the "deflate" format
 
373
 
 
374
         The Huffman codes used for each alphabet in the "deflate"
 
375
         format have two additional rules:
 
376
 
 
377
             * All codes of a given bit length have lexicographically
 
378
               consecutive values, in the same order as the symbols
 
379
               they represent;
 
380
 
 
381
             * Shorter codes lexicographically precede longer codes.
 
382
 
 
383
 
 
384
 
 
385
 
 
386
 
 
387
 
 
388
 
 
389
 
 
390
 
 
391
 
 
392
 
 
393
 
 
394
Deutsch                      Informational                      [Page 7]
 
395
 
 
396
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
397
 
 
398
 
 
399
         We could recode the example above to follow this rule as
 
400
         follows, assuming that the order of the alphabet is ABCD:
 
401
 
 
402
            Symbol  Code
 
403
            ------  ----
 
404
            A       10
 
405
            B       0
 
406
            C       110
 
407
            D       111
 
408
 
 
409
         I.e., 0 precedes 10 which precedes 11x, and 110 and 111 are
 
410
         lexicographically consecutive.
 
411
 
 
412
         Given this rule, we can define the Huffman code for an alphabet
 
413
         just by giving the bit lengths of the codes for each symbol of
 
414
         the alphabet in order; this is sufficient to determine the
 
415
         actual codes.  In our example, the code is completely defined
 
416
         by the sequence of bit lengths (2, 1, 3, 3).  The following
 
417
         algorithm generates the codes as integers, intended to be read
 
418
         from most- to least-significant bit.  The code lengths are
 
419
         initially in tree[I].Len; the codes are produced in
 
420
         tree[I].Code.
 
421
 
 
422
         1)  Count the number of codes for each code length.  Let
 
423
             bl_count[N] be the number of codes of length N, N >= 1.
 
424
 
 
425
         2)  Find the numerical value of the smallest code for each
 
426
             code length:
 
427
 
 
428
                code = 0;
 
429
                bl_count[0] = 0;
 
430
                for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
 
431
                    code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
 
432
                    next_code[bits] = code;
 
433
                }
 
434
 
 
435
         3)  Assign numerical values to all codes, using consecutive
 
436
             values for all codes of the same length with the base
 
437
             values determined at step 2. Codes that are never used
 
438
             (which have a bit length of zero) must not be assigned a
 
439
             value.
 
440
 
 
441
                for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
 
442
                    len = tree[n].Len;
 
443
                    if (len != 0) {
 
444
                        tree[n].Code = next_code[len];
 
445
                        next_code[len]++;
 
446
                    }
 
447
 
 
448
 
 
449
 
 
450
Deutsch                      Informational                      [Page 8]
 
451
 
 
452
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
453
 
 
454
 
 
455
                }
 
456
 
 
457
         Example:
 
458
 
 
459
         Consider the alphabet ABCDEFGH, with bit lengths (3, 3, 3, 3,
 
460
         3, 2, 4, 4).  After step 1, we have:
 
461
 
 
462
            N      bl_count[N]
 
463
            -      -----------
 
464
            2      1
 
465
            3      5
 
466
            4      2
 
467
 
 
468
         Step 2 computes the following next_code values:
 
469
 
 
470
            N      next_code[N]
 
471
            -      ------------
 
472
            1      0
 
473
            2      0
 
474
            3      2
 
475
            4      14
 
476
 
 
477
         Step 3 produces the following code values:
 
478
 
 
479
            Symbol Length   Code
 
480
            ------ ------   ----
 
481
            A       3        010
 
482
            B       3        011
 
483
            C       3        100
 
484
            D       3        101
 
485
            E       3        110
 
486
            F       2         00
 
487
            G       4       1110
 
488
            H       4       1111
 
489
 
 
490
      3.2.3. Details of block format
 
491
 
 
492
         Each block of compressed data begins with 3 header bits
 
493
         containing the following data:
 
494
 
 
495
            first bit       BFINAL
 
496
            next 2 bits     BTYPE
 
497
 
 
498
         Note that the header bits do not necessarily begin on a byte
 
499
         boundary, since a block does not necessarily occupy an integral
 
500
         number of bytes.
 
501
 
 
502
 
 
503
 
 
504
 
 
505
 
 
506
Deutsch                      Informational                      [Page 9]
 
507
 
 
508
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
509
 
 
510
 
 
511
         BFINAL is set if and only if this is the last block of the data
 
512
         set.
 
513
 
 
514
         BTYPE specifies how the data are compressed, as follows:
 
515
 
 
516
            00 - no compression
 
517
            01 - compressed with fixed Huffman codes
 
518
            10 - compressed with dynamic Huffman codes
 
519
            11 - reserved (error)
 
520
 
 
521
         The only difference between the two compressed cases is how the
 
522
         Huffman codes for the literal/length and distance alphabets are
 
523
         defined.
 
524
 
 
525
         In all cases, the decoding algorithm for the actual data is as
 
526
         follows:
 
527
 
 
528
            do
 
529
               read block header from input stream.
 
530
               if stored with no compression
 
531
                  skip any remaining bits in current partially
 
532
                     processed byte
 
533
                  read LEN and NLEN (see next section)
 
534
                  copy LEN bytes of data to output
 
535
               otherwise
 
536
                  if compressed with dynamic Huffman codes
 
537
                     read representation of code trees (see
 
538
                        subsection below)
 
539
                  loop (until end of block code recognized)
 
540
                     decode literal/length value from input stream
 
541
                     if value < 256
 
542
                        copy value (literal byte) to output stream
 
543
                     otherwise
 
544
                        if value = end of block (256)
 
545
                           break from loop
 
546
                        otherwise (value = 257..285)
 
547
                           decode distance from input stream
 
548
 
 
549
                           move backwards distance bytes in the output
 
550
                           stream, and copy length bytes from this
 
551
                           position to the output stream.
 
552
                  end loop
 
553
            while not last block
 
554
 
 
555
         Note that a duplicated string reference may refer to a string
 
556
         in a previous block; i.e., the backward distance may cross one
 
557
         or more block boundaries.  However a distance cannot refer past
 
558
         the beginning of the output stream.  (An application using a
 
559
 
 
560
 
 
561
 
 
562
Deutsch                      Informational                     [Page 10]
 
563
 
 
564
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
565
 
 
566
 
 
567
         preset dictionary might discard part of the output stream; a
 
568
         distance can refer to that part of the output stream anyway)
 
569
         Note also that the referenced string may overlap the current
 
570
         position; for example, if the last 2 bytes decoded have values
 
571
         X and Y, a string reference with <length = 5, distance = 2>
 
572
         adds X,Y,X,Y,X to the output stream.
 
573
 
 
574
         We now specify each compression method in turn.
 
575
 
 
576
      3.2.4. Non-compressed blocks (BTYPE=00)
 
577
 
 
578
         Any bits of input up to the next byte boundary are ignored.
 
579
         The rest of the block consists of the following information:
 
580
 
 
581
              0   1   2   3   4...
 
582
            +---+---+---+---+================================+
 
583
            |  LEN  | NLEN  |... LEN bytes of literal data...|
 
584
            +---+---+---+---+================================+
 
585
 
 
586
         LEN is the number of data bytes in the block.  NLEN is the
 
587
         one's complement of LEN.
 
588
 
 
589
      3.2.5. Compressed blocks (length and distance codes)
 
590
 
 
591
         As noted above, encoded data blocks in the "deflate" format
 
592
         consist of sequences of symbols drawn from three conceptually
 
593
         distinct alphabets: either literal bytes, from the alphabet of
 
594
         byte values (0..255), or <length, backward distance> pairs,
 
595
         where the length is drawn from (3..258) and the distance is
 
596
         drawn from (1..32,768).  In fact, the literal and length
 
597
         alphabets are merged into a single alphabet (0..285), where
 
598
         values 0..255 represent literal bytes, the value 256 indicates
 
599
         end-of-block, and values 257..285 represent length codes
 
600
         (possibly in conjunction with extra bits following the symbol
 
601
         code) as follows:
 
602
 
 
603
 
 
604
 
 
605
 
 
606
 
 
607
 
 
608
 
 
609
 
 
610
 
 
611
 
 
612
 
 
613
 
 
614
 
 
615
 
 
616
 
 
617
 
 
618
Deutsch                      Informational                     [Page 11]
 
619
 
 
620
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
621
 
 
622
 
 
623
                 Extra               Extra               Extra
 
624
            Code Bits Length(s) Code Bits Lengths   Code Bits Length(s)
 
625
            ---- ---- ------     ---- ---- -------   ---- ---- -------
 
626
             257   0     3       267   1   15,16     277   4   67-82
 
627
             258   0     4       268   1   17,18     278   4   83-98
 
628
             259   0     5       269   2   19-22     279   4   99-114
 
629
             260   0     6       270   2   23-26     280   4  115-130
 
630
             261   0     7       271   2   27-30     281   5  131-162
 
631
             262   0     8       272   2   31-34     282   5  163-194
 
632
             263   0     9       273   3   35-42     283   5  195-226
 
633
             264   0    10       274   3   43-50     284   5  227-257
 
634
             265   1  11,12      275   3   51-58     285   0    258
 
635
             266   1  13,14      276   3   59-66
 
636
 
 
637
         The extra bits should be interpreted as a machine integer
 
638
         stored with the most-significant bit first, e.g., bits 1110
 
639
         represent the value 14.
 
640
 
 
641
                  Extra           Extra               Extra
 
642
             Code Bits Dist  Code Bits   Dist     Code Bits Distance
 
643
             ---- ---- ----  ---- ----  ------    ---- ---- --------
 
644
               0   0    1     10   4     33-48    20    9   1025-1536
 
645
               1   0    2     11   4     49-64    21    9   1537-2048
 
646
               2   0    3     12   5     65-96    22   10   2049-3072
 
647
               3   0    4     13   5     97-128   23   10   3073-4096
 
648
               4   1   5,6    14   6    129-192   24   11   4097-6144
 
649
               5   1   7,8    15   6    193-256   25   11   6145-8192
 
650
               6   2   9-12   16   7    257-384   26   12  8193-12288
 
651
               7   2  13-16   17   7    385-512   27   12 12289-16384
 
652
               8   3  17-24   18   8    513-768   28   13 16385-24576
 
653
               9   3  25-32   19   8   769-1024   29   13 24577-32768
 
654
 
 
655
      3.2.6. Compression with fixed Huffman codes (BTYPE=01)
 
656
 
 
657
         The Huffman codes for the two alphabets are fixed, and are not
 
658
         represented explicitly in the data.  The Huffman code lengths
 
659
         for the literal/length alphabet are:
 
660
 
 
661
                   Lit Value    Bits        Codes
 
662
                   ---------    ----        -----
 
663
                     0 - 143     8          00110000 through
 
664
                                            10111111
 
665
                   144 - 255     9          110010000 through
 
666
                                            111111111
 
667
                   256 - 279     7          0000000 through
 
668
                                            0010111
 
669
                   280 - 287     8          11000000 through
 
670
                                            11000111
 
671
 
 
672
 
 
673
 
 
674
Deutsch                      Informational                     [Page 12]
 
675
 
 
676
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
677
 
 
678
 
 
679
         The code lengths are sufficient to generate the actual codes,
 
680
         as described above; we show the codes in the table for added
 
681
         clarity.  Literal/length values 286-287 will never actually
 
682
         occur in the compressed data, but participate in the code
 
683
         construction.
 
684
 
 
685
         Distance codes 0-31 are represented by (fixed-length) 5-bit
 
686
         codes, with possible additional bits as shown in the table
 
687
         shown in Paragraph 3.2.5, above.  Note that distance codes 30-
 
688
         31 will never actually occur in the compressed data.
 
689
 
 
690
      3.2.7. Compression with dynamic Huffman codes (BTYPE=10)
 
691
 
 
692
         The Huffman codes for the two alphabets appear in the block
 
693
         immediately after the header bits and before the actual
 
694
         compressed data, first the literal/length code and then the
 
695
         distance code.  Each code is defined by a sequence of code
 
696
         lengths, as discussed in Paragraph 3.2.2, above.  For even
 
697
         greater compactness, the code length sequences themselves are
 
698
         compressed using a Huffman code.  The alphabet for code lengths
 
699
         is as follows:
 
700
 
 
701
               0 - 15: Represent code lengths of 0 - 15
 
702
                   16: Copy the previous code length 3 - 6 times.
 
703
                       The next 2 bits indicate repeat length
 
704
                             (0 = 3, ... , 3 = 6)
 
705
                          Example:  Codes 8, 16 (+2 bits 11),
 
706
                                    16 (+2 bits 10) will expand to
 
707
                                    12 code lengths of 8 (1 + 6 + 5)
 
708
                   17: Repeat a code length of 0 for 3 - 10 times.
 
709
                       (3 bits of length)
 
710
                   18: Repeat a code length of 0 for 11 - 138 times
 
711
                       (7 bits of length)
 
712
 
 
713
         A code length of 0 indicates that the corresponding symbol in
 
714
         the literal/length or distance alphabet will not occur in the
 
715
         block, and should not participate in the Huffman code
 
716
         construction algorithm given earlier.  If only one distance
 
717
         code is used, it is encoded using one bit, not zero bits; in
 
718
         this case there is a single code length of one, with one unused
 
719
         code.  One distance code of zero bits means that there are no
 
720
         distance codes used at all (the data is all literals).
 
721
 
 
722
         We can now define the format of the block:
 
723
 
 
724
               5 Bits: HLIT, # of Literal/Length codes - 257 (257 - 286)
 
725
               5 Bits: HDIST, # of Distance codes - 1        (1 - 32)
 
726
               4 Bits: HCLEN, # of Code Length codes - 4     (4 - 19)
 
727
 
 
728
 
 
729
 
 
730
Deutsch                      Informational                     [Page 13]
 
731
 
 
732
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
733
 
 
734
 
 
735
               (HCLEN + 4) x 3 bits: code lengths for the code length
 
736
                  alphabet given just above, in the order: 16, 17, 18,
 
737
                  0, 8, 7, 9, 6, 10, 5, 11, 4, 12, 3, 13, 2, 14, 1, 15
 
738
 
 
739
                  These code lengths are interpreted as 3-bit integers
 
740
                  (0-7); as above, a code length of 0 means the
 
741
                  corresponding symbol (literal/length or distance code
 
742
                  length) is not used.
 
743
 
 
744
               HLIT + 257 code lengths for the literal/length alphabet,
 
745
                  encoded using the code length Huffman code
 
746
 
 
747
               HDIST + 1 code lengths for the distance alphabet,
 
748
                  encoded using the code length Huffman code
 
749
 
 
750
               The actual compressed data of the block,
 
751
                  encoded using the literal/length and distance Huffman
 
752
                  codes
 
753
 
 
754
               The literal/length symbol 256 (end of data),
 
755
                  encoded using the literal/length Huffman code
 
756
 
 
757
         The code length repeat codes can cross from HLIT + 257 to the
 
758
         HDIST + 1 code lengths.  In other words, all code lengths form
 
759
         a single sequence of HLIT + HDIST + 258 values.
 
760
 
 
761
   3.3. Compliance
 
762
 
 
763
      A compressor may limit further the ranges of values specified in
 
764
      the previous section and still be compliant; for example, it may
 
765
      limit the range of backward pointers to some value smaller than
 
766
      32K.  Similarly, a compressor may limit the size of blocks so that
 
767
      a compressible block fits in memory.
 
768
 
 
769
      A compliant decompressor must accept the full range of possible
 
770
      values defined in the previous section, and must accept blocks of
 
771
      arbitrary size.
 
772
 
 
773
4. Compression algorithm details
 
774
 
 
775
   While it is the intent of this document to define the "deflate"
 
776
   compressed data format without reference to any particular
 
777
   compression algorithm, the format is related to the compressed
 
778
   formats produced by LZ77 (Lempel-Ziv 1977, see reference [2] below);
 
779
   since many variations of LZ77 are patented, it is strongly
 
780
   recommended that the implementor of a compressor follow the general
 
781
   algorithm presented here, which is known not to be patented per se.
 
782
   The material in this section is not part of the definition of the
 
783
 
 
784
 
 
785
 
 
786
Deutsch                      Informational                     [Page 14]
 
787
 
 
788
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
789
 
 
790
 
 
791
   specification per se, and a compressor need not follow it in order to
 
792
   be compliant.
 
793
 
 
794
   The compressor terminates a block when it determines that starting a
 
795
   new block with fresh trees would be useful, or when the block size
 
796
   fills up the compressor's block buffer.
 
797
 
 
798
   The compressor uses a chained hash table to find duplicated strings,
 
799
   using a hash function that operates on 3-byte sequences.  At any
 
800
   given point during compression, let XYZ be the next 3 input bytes to
 
801
   be examined (not necessarily all different, of course).  First, the
 
802
   compressor examines the hash chain for XYZ.  If the chain is empty,
 
803
   the compressor simply writes out X as a literal byte and advances one
 
804
   byte in the input.  If the hash chain is not empty, indicating that
 
805
   the sequence XYZ (or, if we are unlucky, some other 3 bytes with the
 
806
   same hash function value) has occurred recently, the compressor
 
807
   compares all strings on the XYZ hash chain with the actual input data
 
808
   sequence starting at the current point, and selects the longest
 
809
   match.
 
810
 
 
811
   The compressor searches the hash chains starting with the most recent
 
812
   strings, to favor small distances and thus take advantage of the
 
813
   Huffman encoding.  The hash chains are singly linked. There are no
 
814
   deletions from the hash chains; the algorithm simply discards matches
 
815
   that are too old.  To avoid a worst-case situation, very long hash
 
816
   chains are arbitrarily truncated at a certain length, determined by a
 
817
   run-time parameter.
 
818
 
 
819
   To improve overall compression, the compressor optionally defers the
 
820
   selection of matches ("lazy matching"): after a match of length N has
 
821
   been found, the compressor searches for a longer match starting at
 
822
   the next input byte.  If it finds a longer match, it truncates the
 
823
   previous match to a length of one (thus producing a single literal
 
824
   byte) and then emits the longer match.  Otherwise, it emits the
 
825
   original match, and, as described above, advances N bytes before
 
826
   continuing.
 
827
 
 
828
   Run-time parameters also control this "lazy match" procedure.  If
 
829
   compression ratio is most important, the compressor attempts a
 
830
   complete second search regardless of the length of the first match.
 
831
   In the normal case, if the current match is "long enough", the
 
832
   compressor reduces the search for a longer match, thus speeding up
 
833
   the process.  If speed is most important, the compressor inserts new
 
834
   strings in the hash table only when no match was found, or when the
 
835
   match is not "too long".  This degrades the compression ratio but
 
836
   saves time since there are both fewer insertions and fewer searches.
 
837
 
 
838
 
 
839
 
 
840
 
 
841
 
 
842
Deutsch                      Informational                     [Page 15]
 
843
 
 
844
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
845
 
 
846
 
 
847
5. References
 
848
 
 
849
   [1] Huffman, D. A., "A Method for the Construction of Minimum
 
850
       Redundancy Codes", Proceedings of the Institute of Radio
 
851
       Engineers, September 1952, Volume 40, Number 9, pp. 1098-1101.
 
852
 
 
853
   [2] Ziv J., Lempel A., "A Universal Algorithm for Sequential Data
 
854
       Compression", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 23,
 
855
       No. 3, pp. 337-343.
 
856
 
 
857
   [3] Gailly, J.-L., and Adler, M., ZLIB documentation and sources,
 
858
       available in ftp://ftp.uu.net/pub/archiving/zip/doc/
 
859
 
 
860
   [4] Gailly, J.-L., and Adler, M., GZIP documentation and sources,
 
861
       available as gzip-*.tar in ftp://prep.ai.mit.edu/pub/gnu/
 
862
 
 
863
   [5] Schwartz, E. S., and Kallick, B. "Generating a canonical prefix
 
864
       encoding." Comm. ACM, 7,3 (Mar. 1964), pp. 166-169.
 
865
 
 
866
   [6] Hirschberg and Lelewer, "Efficient decoding of prefix codes,"
 
867
       Comm. ACM, 33,4, April 1990, pp. 449-459.
 
868
 
 
869
6. Security Considerations
 
870
 
 
871
   Any data compression method involves the reduction of redundancy in
 
872
   the data.  Consequently, any corruption of the data is likely to have
 
873
   severe effects and be difficult to correct.  Uncompressed text, on
 
874
   the other hand, will probably still be readable despite the presence
 
875
   of some corrupted bytes.
 
876
 
 
877
   It is recommended that systems using this data format provide some
 
878
   means of validating the integrity of the compressed data.  See
 
879
   reference [3], for example.
 
880
 
 
881
7. Source code
 
882
 
 
883
   Source code for a C language implementation of a "deflate" compliant
 
884
   compressor and decompressor is available within the zlib package at
 
885
   ftp://ftp.uu.net/pub/archiving/zip/zlib/.
 
886
 
 
887
8. Acknowledgements
 
888
 
 
889
   Trademarks cited in this document are the property of their
 
890
   respective owners.
 
891
 
 
892
   Phil Katz designed the deflate format.  Jean-Loup Gailly and Mark
 
893
   Adler wrote the related software described in this specification.
 
894
   Glenn Randers-Pehrson converted this document to RFC and HTML format.
 
895
 
 
896
 
 
897
 
 
898
Deutsch                      Informational                     [Page 16]
 
899
 
 
900
RFC 1951      DEFLATE Compressed Data Format Specification      May 1996
 
901
 
 
902
 
 
903
9. Author's Address
 
904
 
 
905
   L. Peter Deutsch
 
906
   Aladdin Enterprises
 
907
   203 Santa Margarita Ave.
 
908
   Menlo Park, CA 94025
 
909
 
 
910
   Phone: (415) 322-0103 (AM only)
 
911
   FAX:   (415) 322-1734
 
912
   EMail: <ghost@aladdin.com>
 
913
 
 
914
   Questions about the technical content of this specification can be
 
915
   sent by email to:
 
916
 
 
917
   Jean-Loup Gailly <gzip@prep.ai.mit.edu> and
 
918
   Mark Adler <madler@alumni.caltech.edu>
 
919
 
 
920
   Editorial comments on this specification can be sent by email to:
 
921
 
 
922
   L. Peter Deutsch <ghost@aladdin.com> and
 
923
   Glenn Randers-Pehrson <randeg@alumni.rpi.edu>
 
924
 
 
925
 
 
926
 
 
927
 
 
928
 
 
929
 
 
930
 
 
931
 
 
932
 
 
933
 
 
934
 
 
935
 
 
936
 
 
937
 
 
938
 
 
939
 
 
940
 
 
941
 
 
942
 
 
943
 
 
944
 
 
945
 
 
946
 
 
947
 
 
948
 
 
949
 
 
950
 
 
951
 
 
952
 
 
953
 
 
954
Deutsch                      Informational                     [Page 17]
 
955