情報活用編プラス
第2章「コミュニケーションと情報デザイン」
IP01-06
画像のデジタル化とデータ圧縮
12. データの圧縮 ( 12 / 15 )
学習の目的
データ圧縮のメリットと、その技法を知る
データは圧縮することで様々なメリットがあります。その手法について学びましょう。
データのサイズを、決められた方法に従って小さくする方法を、圧縮と言います。
逆に、圧縮されたデータを元に戻すことを展開と言います。
データのサイズが小さくなるのはいいことだと思うんですけど、データが削れちゃったりしないんですか？
画像が小さくなったりとか。
圧縮する方法によっては、元のデータを再現できなくなることもあります。
なので、コンテンツによって、どこまで圧縮して良いかなどを考えることも重要です。
そのためにも、圧縮のことをよく知っておきたいですね。
・データの容量を低くできるため、コンピュータの保存容量を有効活用できる。
・インターネットからデータをダウンロードするとき、圧縮されたデータの通信を行うことで、通信負荷を減らすことができる。
圧縮には、可逆圧縮と、非可逆圧縮があります。
圧縮したデータを、圧縮前の元のデータに復元することができる圧縮方式です。
非可逆圧縮と比較すると、圧縮効率（圧縮後のデータの減少度）は低いです。
文章データなど、データが変化すると意味がないものは可逆圧縮をするようにしましょう。
圧縮データを、圧縮前の状態に完全に戻すことができない圧縮形式です。
可逆圧縮と比較すると、圧縮効率が高いです。
多少データが減っても問題がないデータに対して行うことが多いです。
「元にもどらなくても困らない」なんてことがあるんですか？
例えば、多少動画の質が落ちても視聴に問題ない場合とか、音声の人間に聞こえない音の波をカットするなど、
完全に戻す必要がない事もあるんです。
なるほど、でも動画や音声の質が悪くなるのは嫌だから、納得のいくほどほどの圧縮にすればいいですね。
可逆圧縮について、もう少し詳しく説明しますね。
可逆圧縮の代表的な圧縮方法にランレングス法があります。どのような方式か理解しましょう。
ランレングス法は文字とその文字が繰り返される回数を並べることにより圧縮する方式です。
例えば、「AAAAAABBBB」をランレングス法で圧縮した場合は次のようになります。
「AAAAAABBBB」の10文字はランレングス法で圧縮すると「A6B4」の4文字になりました
その圧縮率を、「圧縮後の文字数 ÷ 圧縮前の文字数」で計算します。
圧縮率 = 4 ÷ 10 = 0.4
になります。これは圧縮されたデータは元のデータの40%のサイズになったということを表しています。
先ほどの例ではランレングス法でデータが圧縮されましたが、データの内容によっては圧縮されないケースがあります。
次の例を見てください。
「VWXYZ」
をランレングス法で圧縮した場合は次のようになります。
「VWXYZ」の10文字はランレングス法で圧縮すると「V1W1X1Y1Z1」の10文字になりました。
この場合は、圧縮を行ったにもかかわらず文字数は元のデータより多くなってしまいました。
ランレングス法は、同じ値が連続しているときに向いている圧縮方法です。
でも、同じ文字が連続するような文章ってありますか？
今回は例として文字を出しましたが、データであればこの方法は利用できます。
例えば、イラストなどは、写真と違って同じ色が連続して横に並ぶことが多いです。そういう時も、ランレングス法は有効です。
画像や音声など、圧縮されたデータの形式を見てみましょう。
| 形式名 | 拡張子 | 特徴 |
|---|---|---|
| JPEG ジェイペグ |
.jpg .jpeg |
デジタルカメラで一般的に使われている、非可逆圧縮形式。 |
| GIF ジフ |
.gif | 色を256階調で表現し、同じ色が連続している部分を可逆圧縮した形式。 |
| PNG ピング |
.png | フルカラー対応で、透明色の設定も可能にした可逆圧縮形式。 |
| svg エスブイジー |
.svg | ベクタ形式で扱う画像のデータ。可逆圧縮形式。 |
「jpeg」って聞いたことある！！
あれも圧縮されていたんだね！！
他にも聞いたことがあるものがあったよ。
インターネットやスマホの写真などでよく使われているものはみんな圧縮されているんだね。
| 形式名 | 拡張子 | 特徴 |
|---|---|---|
| MP3 エムピースリー |
.mp3 | 人間に聞こえない音をカットすることで圧縮を行なった非可逆圧縮形式。 |
| WMA ダブルエムエー |
.wma | Windowsメディアプレイヤー用の圧縮形式。非可逆圧縮。 |
| 形式名 | 拡張子 | 特徴 |
|---|---|---|
| AVI エーブイアイ |
.avi |
Windows標準の動画ファイル形式。さまざまなコーデックが使用可能。 (コーデックの説明は後述) |
| MOV エムオーブイ |
.mov | MacOS標準の動画ファイル形式。 |
| MPEG エムペグ |
.mpeg | DVDやデジタル放送で利用されている動画入る形式。MPEG用のコーデックが多数存在する。 |
| MP4 エムピーフォー |
.mp4 | 高画質で圧縮率も高い。現在最も広く普及している動画ファイル形式。 |
動画の圧縮の仕組みをコーデックと言い、必要に応じてコーデックを使い分けます。
動画の再生には、各コーデックに対応した再生用のソフトウェアが必要になります。
拡張子は、「.mp4」や「.mov」などがあり、以下のようなコーデックを利用することができます。
| コーデック形式名 | 特徴 |
|---|---|
| H.265 エイチ265 |
携帯端末向けの映像配信 |
| MPEG-1 エムペグワン |
圧縮率が非常に高いが、画質はあまり良くない。 |
| MPEG-2 エムペグツー |
DVDやデジタル放送で利用されている。 |
| MPEG-4 エムペグフォー |
インターネットの動画配信などでよく利用されている。 |
|
圧縮 |
データのサイズを小さくする手法。 |
|
展開・解凍 |
圧縮されたデータを、元のデータに戻す事。 |
|
可逆圧縮 |
展開した時に、元のデータを復元できる圧縮形式。 |
|
非可逆圧縮 |
元のデータに復元することが不可能な圧縮方法。 可逆圧縮と比較して圧縮効率は高い。 |
|
ランレングス法 |
連続した文字を、その文字と連続回数に置き換える圧縮方法。 |
|
コーデック |
動画の圧縮方法の仕組み。 |
