画像の圧縮方法

No.1082346 質問：画像ファイルの種類
に引き続き質問なんですが、

JPEGなんかは、保存するたびに画質が落ちていくと聞いたことがあるのですが、そもそも画像ファイルの圧縮とは、どのようなものなのでしょうか？

勝手な解釈では、

BMPの場合、各ピクセル内の色情報を個別に圧縮している。だから可逆的に元画像に戻せるし、線画などのきっぱりした画像の保存に適している。

JPEGの場合、隣り合うピクセル色情報との相関を計算しながら、適当な色情報として圧縮している。そのため、写真のように滑らかな色変化をする画像に適しているが、保存を繰り返すことにより、元の画像からズレていってしまう。

こんな解釈で大枠当たっていますか？

またJPEGで保存するとき圧縮度を指定しますが、これはどういう影響が出てくるのでしょうか？

No.1 ベストアンサー 回答者： parts 回答日時： 2004/11/13 11:32

Ｑ／JPEGなんかは、保存するたびに画質が落ちていくと聞いたことがあるのですが、そもそも画像ファイルの圧縮とは、どのようなものなのでしょうか？

Ａ／これは、興味があるなら専門書などを探して読んだ方が良いと思うのですが・・・

簡単に言えば、画像に限らず圧縮には、データを間引きながら圧縮する方法（非可逆）と、データをある基準に基づき、まとめて小さくする物（可逆）があります。

BMPはBit MAPは基本的に非圧縮です。圧縮しても可逆を使います。通常は圧縮しない画像として有名。
可逆とは、簡単に言えば、コンピュータで保存されているデジタルデータの00000111000といった数字の羅列をある基準を元に短い数字で表せるようにしているのです。

例えば、言葉でイチゴという言葉があるとして、これは３文字ですよね。それを数字の15に置き換えれば、２文字で済む。

ただ、通常はジュウゴと読むのが一般的です。そこで、あらかじめルールとしてこれはイチゴと読みなさいと決めているのです。画像の場合でも、データの場合でも基本的に羅列されたデータを縮小しまとめる方法をとります。

まあ、画像の場合は色の情報などをある法則で別の短い文字に置き換えれば、それで全く同じ画像を比較的コンパクトにまとめることができるため、画像専用の圧縮は画像に対して他の圧縮より同じ可逆でも高い圧縮ができます。

ただ、あくまで簡略で同じ意味を成す物に変換するだけで、あまり細かく変換することはできません。下手に変換すると今度は元に戻せなくなったり、重複する意味を持つ物が出てしまうため、使い物にならなくなるためです。

BMPの場合は、圧縮できてもそれほど高圧縮にはできません、ただ圧縮しても元の画像に戻るのです。その結果、線に限らずどんな画像でも綺麗に保存できます。ただ、フルカラーは膨大なデータ量になり、尚かつ画像サブ情報としてExifなどデジカメデータなどは入れられないはずなので、普通はデジカメ画像などには使わないはずです。それだけの理由です。


次にJPEGですが、可逆圧縮も存在します。最近は使われているものもありますが、少数です。
現在一般に使われる圧縮は、離散コサインを使った物です。画像をいくつかのブロックに分けてそれをブロック単位で圧縮します。

圧縮の際に視覚的に判別が難しい高周波情報を間引き、よりコンパクトに圧縮できます。ただし、これは可逆でなければ圧縮の度に行われるため、何度も画像を編集すれば圧縮率を低圧縮にしていても、徐々に劣化します。

この圧縮の特徴はブロックごとに分散して圧縮するため、一度に全体から成分を抽出するより高速に処理ができるということ。

ただ、その反面、ブロック単位の圧縮では高い圧縮をかけると、ブロックごとの圧縮率が必ずしも共通ではなく不整合が生じやすくなり、１枚の画像がブロック画のように表示されることや、波紋のような、霧状のノイズが入るモスキートノイズも生じやすくなるため素晴らしい圧縮というわけでもない。

また、圧縮に伴って、圧縮によって失った情報がノイズ成分になるなどの症状は別に生じます。

写真に適するかどうかというと、賛否両論でいろいろありますが、要は圧縮動作の速さと、市場での浸透率、比較的綺麗な画像になると市場に受け入れられていますから、写真に使われているに過ぎないと思いますが・・・


まあ、細切れにしない圧縮が既にJPEG2000では使われているわけで、そっちの方が、モスキートノイズやブロックノイズは軽減できます。（ただ、処理に比較的高いプロセッサ性能が必要になる）


影響については、ノイズがどう増えるかの問題です。圧縮率はJPEGについては、1/100ぐらいまで軽く圧縮できます。ただ、そのぶん画像周波数成分の切り捨ては多くなり、視覚上目に見えて圧縮によるノイズ、歪みを見て取れるようになります。
もちろん、印刷した時の美しさも下手すると１／２以下の画素数の画像より、不自然かも・・・

この回答へのお礼

非常にご親切なご回答、本当にありがとうございます。

ところどころ私には理解できない言葉もありますが、JPEGとBMPの根本的な違いが大変よく分かりました。

「間引く」という言葉は少し恐ろしく感じますね。これからは写真以外の図面類などを保存する場合には、JPEGは極力避けるようにしようと思います。

お礼日時：2004/11/13 12:02

No.2 回答者： noname#18887 回答日時： 2004/11/13 13:04

JPEGの圧縮を簡単に言うと「似ている色」を「同じ色」にしてしまう事です。

そうしておいて「ここからここまでが同じ色」として記録する事で
画像データの記述を簡素化してしまいます。

ですから、線画やイラストのように最初から連続した色部分の多い画像は
JPEGでは圧縮の効果があまりありません。

繰り返し圧縮の画像劣化については
「最初のうちは似ていなかった色」が
圧縮を繰り返すうちに「似た色」に近づいてしまい
最後には「同じ色」として扱われてしまう事です。
“遊びのつもりがだんだん悪に染まって、気が付いたら不良の仲間入り”と似ています。

「圧縮率」とは、その際にどの程度までの色の差を「同じ色」に含めるか、の違いです。
圧縮率を高めると「似たような色」の大部分が「同じ色」にされてしまい
結果として空は青一色、山は緑一色のようになってしまいます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
なるほど、『間引く』というのはそういうことなんですね。
BMPで保存するときにbite数を指定しますが、そんなようなことが圧縮の過程で行われているということなのでしょうか。

お礼日時：2004/11/13 14:27