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【第22回】
一夜漬けと不可逆圧縮
（03/04/07）
窓の杜高校、超パソコン部の部室。
あらあら、めも理ちゃん。今日は何だか楽しそうですね。
一体どうしたのでしょう？
JPEGで保存
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最近は私もパソコンについて詳しくなってきたわ。
あっ、カラオケのときのデジカメの写真が送られてきた。ちょっとファイルサイズが大きいわね。JPEGでファイルサイズを小さくして保存と。
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あまりJPEGで画像を圧縮し過ぎると、JPEGは不可逆圧縮だから画像が劣化しますよ。
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画像が劣化？ それに不可逆圧縮？ 何、それ？
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えー、めも理ちゃんの、テスト前の一夜漬けの勉強と同じですよ。
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それはどういうことよ、説明しなさい。
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ええ～、そんなに怒らないで下さいよ。今から説明しますから。
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ぷんぷん。
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トホホ。
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不可逆圧縮
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めも理と窓太の4コマまんが
「切り捨て」 |
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それではめも理ちゃん、不可逆圧縮について説明します。普通の圧縮については、以前説明しましたよね。
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同じ情報を繰り返す場合は、その情報をまとめてしまえば情報量が少なくなるという奴よね。
“情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報 情報”という文字は、“情報×16回”と省略できるという方法だったわよね。
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そうです。実は圧縮には、もう1つのアプローチがあるんです。それは、人間が気付かない情報は切り捨ててしまおうというアプローチなんです。
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気付かない情報？
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例えば音です。音には、人間が聞こえる範囲と、そうでない範囲があります。高過ぎる音や、低過ぎる音は、人間には聞こえません。この人間の性質をうまく利用してやるのです。
普通に音を記録すれば、人間が聞こえる音も聞こえない音も一緒に記録することになります。でも、聞こえない音を録音しなければ、その分情報の量を減らすことができます。
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そうすれば、情報量が減って、ファイルサイズも小さくなるというわけね。
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そうです。こういった方法も圧縮なのです。これは、人間が気付かない情報を切り捨ててしまおうという圧縮の方法なのです。
もちろん、情報を切り捨ててしまうので、元の音とは違う物になってしまいます。でも、人間が聞く範囲では、何の不都合もありません。
このように、元の情報を切り捨ててしまい、元に戻せない状態に圧縮してしまうことを、“不可逆”圧縮と呼びます。
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なるほど。
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不可逆圧縮は、めも理ちゃんのテスト勉強と同じようなものです。
めも理ちゃんはテスト前に、山をかけて、教科書の重要そうな所だけをピックアップしますよね。これは、覚えないといけない場所を減らすためです。
不可逆圧縮も同じで、利用する情報を減らして、使うデータを少なくしてやるわけです。
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元の情報とは違うけど、テストを受ける分には問題ないというわけね。
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そうです。でも、めも理ちゃんの場合は、情報を減らし過ぎて、テストの点も悪いですが。
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うっ、それは言わない約束よ。
そうそう。音のことは分かったけど、画像はどうやって不可逆圧縮しているの？
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そうですね。じゃあ、2つのアプローチについて紹介しましょう。代表的な画像圧縮形式であるGIFとJPEGについて紹介します。それでは、まずはGIFから紹介します。
GIFは減色というアプローチで画像を圧縮しています。
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減色？
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GIFでは、主に画像に使う色数を減らすことによって、情報量を減らしています。人間の目は、あまり細かい色の段階を作っても、その差に気付くことができません。
なので、見た目が変わらないように、色の種類を少なくしてやるのです。
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なるほど、少々色の数を減らしても、人間の目には同じ絵に見えてしまうわけね。
じゃあ、JPEGはどのようにして情報量を減らしているの？
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JPEGもやはり情報を切り捨てて、情報量を減らしています。実際には複数の手法を使って情報量を間引いているのですが、ここではその中でも比較的分かりやすい方法を紹介します。
画像には、明るさの情報と、色の情報があります。このうち、人間は明るさに関する情報について敏感で、色についての情報にはあまり敏感ではありません。ですから、JPEGでは色についての情報を切り捨てて、情報量を減らしています。
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へー、明るさと色では感じ方が違うの？
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そうなんです。人間の目の中には、2種類の異なった役割をする細胞があり、この2つの細胞を通して世の中を見ています。
1つは明るさを見る細胞。もう1つは色を見る細胞です。暗闇では物が白黒に見えるように、明るい所では色と明るさを見る細胞が働き、暗い所では明るさを見る細胞だけが働いていると思って下さい。
人間が世の中を見る能力としては、明るさの方が、色よりも重要なのです。
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色が分からなくても、物の明るさ、つまり形が分かれば生存には困らないというわけね。
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そうです。なので色の情報を少々減らしても、人間の目には普通の画像に見えてしまうのです。JPEGは、その人間の特性を利用して情報を切り捨てているのです。
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うーん、知らなかったわ。
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このように、不可逆圧縮は、情報を切り捨てることで、データの量を減らす圧縮方法なのです。なので、あまりファイルサイズが小さくなるように不可逆圧縮をすると、元の情報とは著しく異なったものになってしまうわけです。
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低
圧
縮 |
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＋ |
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＝ |
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| 色情報Ａ |
明るさ情報Ａ |
結果画像Ａ |
高
圧
縮 |
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＋ |
 |
＝ |
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色情報Ｂ
（色情報が切り
捨てられている
のが分かる） |
明るさ情報Ｂ
（明るさ情報は
ほとんど変わら
ない） |
結果画像Ｂ
（ぱっと見た目は
同じように
見える） |
テスト
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私は不可逆圧縮に目覚めたわ！ 徹底的に情報を切り捨てて、それでもテストでいい点を取るのよ。
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圧縮し過ぎたら、元の情報が分からなくなるって、今説明して上げたばっかりなのに。今までも悪い点だったのに、これ以上、何を切り捨てるというのでしょう。大丈夫でしょうか、心配ですね。
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――次の日
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テストは、どうでしたか？
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友達がまとめた要点をさらにまとめてテストに臨んだの。
確かに、まとめた所は全部テストに出たわ。でも、テストの問題は20問あって、私がまとめたのはたったの5カ所だったの！
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……やっぱり、予想通りになりましたか。
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今回出てきた用語の解説
【圧縮】 データのサイズを小さくすること。可逆圧縮は、省略したデータを元に戻せる圧縮の仕方、不可逆圧縮は、省略したデータを元に戻せない圧縮の仕方である。
【可逆圧縮】 データの重複している部分を省略して、ファイルのサイズを小さくする圧縮の方法。省略したデータを元に戻せる圧縮の仕方である。
【不可逆圧縮】 データの内、人間にとって重要でない情報を省略するなどして、ファイルのサイズを小さくする圧縮の方法。省略したデータを元に戻せない圧縮の仕方である。「非可逆圧縮」とも呼ばれる。
（クロノス・クラウン：柳井 政和）
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