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圧縮とは

  本来の情報には、多少のノイズが許される種類のものがあります。例えば動画像など、わずかなノイズやちらつき程度はかまわないという場合、それらの再現性を多少犠牲にしてもより小さい情報にしたい場合は、非可逆圧縮を用います。 可逆圧縮が、通常の情報を圧縮するとせいぜい2〜3分の1の大きさまで圧縮出来ればよいほうなのですが、良い非可逆圧縮方式を利用すると画像や音声などを10分の1まで圧縮できます。動画像にいたっては、100分の1程度までの圧縮も実現可能です。

 主な非可逆圧縮方式には、静止画像を圧縮する JPEG 画像を圧縮する MPEG2 などがあります。

 

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JPEG

 JPEGというのは、圧縮方式のニックネームでもあり、決定した専門化委員会の名前でもあり、規格そのものの名前でもあります。専門家委員会の名称は Joint Photographic Coding Experts Group であり、略号が JPEG です。

 JPEGは国際標準の、カラー静止画像圧縮方式です。GIFと並んでインターネットでも最も多く利用されているのではないでしょうか。当HPでもふんだんに使っています。企業ロゴマークのような境界線がくっきりする画像にはGIFの方が適している場合も多いのですが、写真画像ではだんぜんJPEGの方が適しています。

 HP製作の経験者であれば、GIFとJPEGの利用上の性質の違いは(きっと私より)詳しいことでしょう。そこで、ここでは性質より仕組みについて説明します。

 JPEG は、MPEGと呼ばれる動画像圧縮の基本研究として出発しました。この技術は後の MPEG の開発に生かされています。JPEG圧縮により、静止画を符号化する場合は、おおまかに以下の手順に従います。

1) 静止画像を Y,Cb,Cr という3要素に集約します。Yは輝度を表し、Cb,Cr はそれぞれ赤色差、青色差と呼びます。この色空間はRGBよりも圧縮に適しています。Yは人間の視覚刺激に強い影響を与えるので情報を多めに残し、Cb,Cr からは情報をより多く間引きます。RGBのような色空間の場合、すべての情報を正確に残さないと画質が悪くなるので圧縮に不適当です。

2) 次の過程で、画像をマクロブロックと呼ばれる単位に分解します。マクロブロックはさらに小さなブロック(8x8 合計 64画素)の集まりにされます。1マクロブロックは、通常はYのブロックを 2x2 の4ブロックまとめ、解像度を半分にして画質をおとした Cb,Cr のブロックを1個ずつ重ねた合計6ブロックからなります。

3) 次の過程で、各ブロックをそれぞれDCT(Disret Cosine Transform)と呼ばれる変換によって周波数成分に分解します。各周波数成分の中から、値の小さいいくつかの成分を間引き、さらに各周波数成分をおおまかな値で量子化することで情報を間引きます。

4) 量子化によって小さくされた周波数成分値をランレングス圧縮で短くし、さらにハフマン符号化によって符号にします。

 上記の圧縮の流れはMPEGで用いられる Iフレーム の圧縮も上記と同様に行われます。(ただし、値の記述方法は全く違います。)

 

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