画像処理における圧縮技術現在用いられている
画像圧縮技術、音声圧縮技術(JPEG, MPEG, YUV, DV, MP3, ...等)に
ついて、初歩的なことから詳しく教えてください。
圧縮の手法などもお願いできますでしょうか?
もしくは、そういった情報が載っているURLも教えていただけると
大変助かります。

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A 回答 (4件)

1)JPEG 平面画像圧縮技術の1つ。


 GIF,PNGという形式とよく対比して語られる。
 風景、自然がなどの圧縮が得意である一方、ベタ画、
 アニメ絵などの圧縮は苦手でとする。
 基本的には一度圧縮すると、元の画像には戻らない(不可逆圧縮という)
 であるが、JPEGには、劣化のない(ロスレス圧縮、可逆圧縮という)も
 存在する。
 現在は、JPEG2000が制定され、一般普及に向けて、さまざまな媒体で
 取り上げられ始めている。

2)MPEG 映像音声圧縮技術の1つ。
 現在MPEG1、MPEG2、MPEG4が存在する。MPEG7は現在制定中である。
 MPEG1はVideo‐CD用に制作した企画であったが、現在個人PCで最も
 ポピュラーな存在であり、Windows95以降では、デフォルトで再生
 ができるようになっている。

 MPEG1とMPEG2は根幹を形成する技術ではそれほど変わるものでは
 なく、あくまでも、ビットレートの引き上げ、テレシネ技術への対応
 が主なものである。
 又、MPEG1は色空間が『YUV形式4:2:0』(4:4:4が色あせが一切ない
 色空間)という色空間が使用されるため、一般には我々が現実で目に
 するよりも、くすんで見える傾向がある。
 さらには、MPEG2においても、DVD(及びそれと同レベル)なものは
 色空間に同様のYUV形式4:2:0が使用されており、DVDが思ったほど
 われわれの目には美しく見えないのは、このあたりに原因がある。
 しかしながら、MPEG2は色空間4:2:2もサポートしている(ただし
 それを再生できるプレイヤーは一般には流布していない)ことから、
 今後は、このような、4:2:2色空間が使用され、「ハッ」と思うよう
 な鮮度のある映像が見れるようになると思われる。

 MPEG4はMPEG1,MPEG2を拡張したものである。一般的には
 低ビットレートに対する耐性(ビットレートが低くても映像の美し
 さを保つ)を高めるように設計された。現在も設計は細かい部分で
 進行中である。
 なお、MPEG4は当初は低ビットレート専用にターゲットを絞ってい
 たが、今後は、MPEG2の規格を完全に取りこみ、超低ビットレート~
 超高ビットレートまでをカバーする世界的映像規格へと成長してゆく
 ものと思われる。

 MPEG7については、私には知識がない。

(4)MP3はこのMPEG規格の音声ぶぶんの企画のひとつである。
 MP3とはMpeg Audio Layer (3)のことであり、言うまでもなく
 Mpeg Audio Layer (2)や Mpeg Audio Layer (1)が存在し、
 それぞれ、MP1,MP2,MP3と言われる。
 現在、MP1,MP2,MP3のそれぞれはいずれも成長し、一昔前
 とはその性能を異にしており、おおよそは、
 192kbpsのMP1の音質=128kbpsのMP2の音質=112kbpsのMP3の音質
 である。
 昔の定義では、
 386kbpsのMP1の音質=160kbpsのMP2の音質=128kbpsのMP3の音質
 と言われていたので、その差が縮まっていることがわかる。

 現在MP3は音声圧縮技術としてはすでに時代に乗り遅れつつある。
 Windows Media Audio, Real Media Audio, Voxware Meta Sound(Sound VQ)
 その他、現在すぐれた新時代の音声規格が続々と出ており、
 実際に、MP3のテクノロジーはこれらのは遠く及ばない。

(5)最後に、DVは動画圧縮技術の1つです。
それまでは、映像を取りこむときには、Motion-JPEGというのが定説でしたが、
デジタルビデオなど普及と共に、これに最も適したものとして、DV圧縮が
採用されました。圧縮性能としてはとくに優れたものではありませんが、
適度な圧縮率(無圧縮の1/5程度)でほぼ完全な画質を維持できることから
採用されたと思われます。
なお、私はDVには詳しくないのでわかりませんが、たしかDV圧縮にも、
写真にてきしたものと、アニメに適した大きく2つのフォーマットにわかれる
はずです。

まぁ、個人の知識で書いているので、間違っている可能性もありますが、
いちおうご参考までに。


風景や写真データなどでは効果的だがコンピュータグラフィックスの圧縮には向かない。圧縮過程で情報の一部を切り捨てる(Lossy)方式と、オリジナル画像からの劣化がない(Lossless)方式がある。
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この回答へのお礼

凄い大量のお答えありがとうございます。
かなり、役に立ちました。
ええと、質問している事に対してのお答えは良いのですが、
出てきている用語について、さらに調べる事に成りそうです。
頑張らねば・・・。

ずうずうしい話ですが、詳しく(優しく)載っているURL等もご存知でしたら、
教えていただきたいのですが。
よろしくお願い致します。

お礼日時:2001/05/27 03:47

1)文字だけでは分からん:



あまり絵は多くないですが、MPEGの説明は以下にあります。JPEGは探せばもっとあるはずです。

http://k-tai.impress.co.jp/column/keyword/2000/1 …
http://www.infonet.co.jp/apt/march/syllabus/book …

「DCT」、「フーリエ変換」や「ウェーブレット変換」に付いてもWebで検索すると見つかると思います。

2)フレーム:

動画像中の1枚の画像を意味します。「30フレーム/秒」などの言い方をするわけです。

3)ビット・レート:

元々の意味とMP3などで使われているのに若干ズレがあるようなので、以下のSiteをご覧下さい。非常に的確に解説されています。

http://cnet.sphere.ne.jp/Help/manual/0890.html
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kokucho81さんが凄い回答をされているので、別角度から...。



1)JPEG:

静止画像の圧縮技術・規格で、2段階の圧縮を行なっている。

a)画像を8*8Pixelのブロックに分割し、各ブロック毎、2D-DCT、即ち2次元フーリエ変換する。DCTは2D空間を周波数空間に変換する。高周波側をどこまで捨てるかによって圧縮率が決る。圧縮率を上げると当然画像の質は低下する。更にDCTは「モスキート・ノイズ」と呼ばれるノイズがあり、近年これのない「ウェーブレット変換」が着目されている。将来採用される可能性大。いずれにしてもここは「不可逆圧縮」。

b)「ハフマン符号化」と言って、通常のデジタルデータの「可逆圧縮」と同じ圧縮。

2)MPEG:

動画像の圧縮技術・規格で、静止画の圧縮に加えて、フレーム間の類似性に着目して、2枚目以降は「差分情報」だけ送ることにより圧縮効率を高めることを狙っている。デジタル放送だと何チャンネルも使えるというのも確かMPEG技術に依存するところが大きいはず。

MPEG-2までは、ラスターデータが対象であったが、MPEG-4は、ベクターデータも視野に入れている。折角データサイズの小さいベクターデータもラスター化したら無駄である。2年前某社のMPEG-4技術への応用プロジェクトに参加しかかった。当時移動通信、TV電話用など、MPEG-4が本命と言われていたが今は分からない。

この回答への補足

回答ありがとうございます。
若干文字だけではイメージしにくいところもあるのですが。
なんとか、頑張ってみたいと思います。

よく、フレームとかビットレートとかって聞くんですが、
あれって何なんですか?

ご存知であったら、教えていただきたいのですが。
よろしくお願い致します。

補足日時:2001/05/27 03:49
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JPEG(

http://www.e-words.ne.jp/view.asp?ID=564)
>静止画像データの圧縮方式の一つ。ISOにより設置された
>専門家組織の名称がそのまま使われている。
MPEG(http://www.e-words.ne.jp/view.asp?ID=656)
>映像データの圧縮方式の一つ。ISOにより設置された
>専門家組織の名称がそのまま使われている。
YUV(http://www.e-words.ne.jp/view.asp?ID=1200)
>輝度信号(Y)と、輝度信号と赤色成分の差(U)、輝度信号と青色成分の差(V)の
>3つの情報で色を表す形式。
DV(http://www.e-words.ne.jp/view.asp?ID=314)
>ビデオテープレコーダ(VTR)の規格の一つ。
MP3(http://www.e-words.ne.jp/view.asp?ID=654)
>映像データ圧縮方式のMPEG-1で利用される音声圧縮方式の一つ。

以上e-Words(http://www.e-words.ne.jp)より

参考URL:http://www.e-words.ne.jp

この回答への補足

e-wordsやアスキーでは、
調べてあるので、さらに詳しく。
その他の、技術も教えてもらいたいのですが、
MPEG1とMPEG2の違い解像度などもお願いします。

補足日時:2001/05/26 01:12
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「不可逆圧縮」というのはその名の通り、
データの一部を削るので、一度圧縮してしまったら元には戻りません。
これに対し、「可逆圧縮」というのはデータの欠落が全く無いので、完全に元の状態に復元できます。
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>できれば圧縮状態で画像確認できるソフトだといいのですが・・

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参考URL:http://www.vector.co.jp/soft/win95/art/se083112.html

ちょっと前置きがありますが、ソフトも最後に紹介しております。

大まかに説明すると、shidho さんのおっしゃる通り、
原則、画像の圧縮というのは「不可逆圧縮」と言って、色の数を減らしたりして容量を減らします。
例えば、「GIF」は色数が256色までに制限されています。

「不可逆圧縮」というのはその名の通り、
データの一部を削るので、一度圧縮してしまったら元には戻りません。
これに対し、「可逆圧縮」というのはデータの欠落が全く無いので、完全に元の状態に復元できます。
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>mpeg1とmpeg2を同じビットレートで圧縮したとき、
>動画の品質(画像の鮮明さ、音質など)に違いはありますか?
よくアルゴリズムが練り上げられたmpeg1とmpeg2とでは人間の見た目ではその違いはほとんどわからないとおもいます。
今では、mpeg1でも転送レートをmpeg2と同じに出来ます。
これは、現在DVDなどでも使用されているMPEG2は、MPEG2アルゴリズムとしては比較的低ランク(6段階中下から2番目)なMP@ML 「YUV色空間4:2:0 DC成分精度8ビット」 を使用しており、この範囲では、mpeg2はmpeg1と圧縮アルゴリズムという点では特に差は生じません。
厳密に言えば、4MBits/s程度をさかいとして、それよりビットレートが低ければ、mpeg1の方が美しく、それよりビットレートが高ければ、mpeg2の方が美しくなるといわれますが、おそらくそれを実感として体感できることはまずないでしょう。
しかし、4MBits/s以上の転送レートで、mpeg2のフル機能(4:2:2色空間 10ビットDC成分精度)を使用すれば、映像の色ボケがすくなくなり、いまのDVDより鮮明に見えるはずです。
★>(同じ圧縮アルゴリズムなのか、違うのか)
アルゴリズム自体は違います。

★>また、あるとしたら、どっちのほうが優れていると感じられるんですか?
mpeg2にはテレシネ処理他、mpeg1にはない様々な機能が使えます。

★>あと、たまにmpeg4をとても高いビットレート(1Mbpsとか)で
 >圧縮しているのを見かけるんですが、あれってなにか意味が
 >あるんですか?
mpeg4はネット帯域用の低ビットレートを主眼としてはいますが、よく練り上げられたmpeg4アルゴリズムであれば、mpeg1,mpeg2と同じ(と人間的に体感される)画質をサイズを約40%カットした状態で実現できます。
より美しくしたい場合などに、ビットレートを高くあげることは充分ありえます。

★>減圧後(mpeg2)のほうが減圧前(rm)より質が悪くなりますよね?
そのような行為を再圧縮といいます。再圧縮はいうまでもなく画質がわるくなります。
しかし、映像の場合、キーフレーム(mpegの場合はIフレーム)を境にカットしたりつなげかえたりするぶんには、再圧縮を必要としません。
また、音声圧縮形式に関しては、いかなる場所でカットしたり部分部分を入れ替えたりしても、再圧縮を必要とはしません。

こんなもんです。

>mpeg1とmpeg2を同じビットレートで圧縮したとき、
>動画の品質(画像の鮮明さ、音質など)に違いはありますか?
よくアルゴリズムが練り上げられたmpeg1とmpeg2とでは人間の見た目ではその違いはほとんどわからないとおもいます。
今では、mpeg1でも転送レートをmpeg2と同じに出来ます。
これは、現在DVDなどでも使用されているMPEG2は、MPEG2アルゴリズムとしては比較的低ランク(6段階中下から2番目)なMP@ML 「YUV色空間4:2:0 DC成分精度8ビット」 を使用しており、この範囲では、mpeg2はmpeg1と...続きを読む


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