【応用情報技術者試験】コンピュータ科学基礎理論を学ぼう！ ~第6章~画像の符号化

画像の符号化とは、デジタル画像データを効率的に保存・伝送するため、画素値や色情報を0と1の2進数（数値）に変換し、さらにデータ圧縮を行う技術です。劣化のない「可逆符号化」と、画質を犠牲に大幅圧縮する「非可逆符号化」があり、人間の視覚特性や冗長性を利用してサイズを削減します。

画像データのサイズ

デジタル画像のデータ容量を算出する基本手順は以下の通りです。

1. 基本の計算式

データ量 = （横ピクセル × 縦ピクセル）× 1画素あたりのビット数

※結果は「ビット(bit)」になるため、通常は8で割って「バイト(byte)」に換算します。

2. 画素数（ピクセル数）の求め方

画像の縦と横のドット数を掛け合わせます。

3. 画素あたりのデータ量（ビット数）

画像の色数によって1画素に必要なデータ量が異なります。

計算例：フルカラー画像の場合

1024 × 768ピクセルのフルカラー画像（24bit）の計算：

注意点

画像の圧縮は、データを完全に復元できる「可逆圧縮」と、人間が気づかない情報を間引いてサイズを大幅に減らす「非可逆圧縮」に大別されます。目的に応じ、図面は可逆、Web用写真は非可逆などと使い分けます。

画像圧縮：可逆と非可逆の決定的な違い

画像圧縮は、主にデータ量の「保持」と「削減率」のどちらを優先するかで方式が分かれます。

1. 可逆圧縮

2. 非可逆圧縮

圧縮アーティファクト
JPEG画像や動画などの非可逆圧縮を行う際に、データ量を減らそうとして間引かれた情報の影響で現れる、ノイズやぼやけ、四角いブロック状の歪みを指します。

比較まとめ

用途別の選び方

※近年では、高圧縮かつ高品質な次世代フォーマットとしてWebPやAVIFなども普及していますが、これらも基本的には非可逆モードが主流です。

画像形式（ファイルフォーマット）とは、写真やイラストなどのデジタルデータを保存・管理するための「形式（ルール）」のことです。JPEG、PNG、GIFなど様々な種類があり、ファイル名の末尾にある「拡張子（.jpgなど）」で判別されます。画質・容量・用途により適切な形式を選ぶことが重要です。

主な画像形式と特徴

JPEG (JPG) (.jpg, .jpeg)
- 特徴: 写真向け。高圧縮で容量を小さくできるが、再保存で画質が劣化する（非可逆圧縮）。
- 用途: デジカメ写真、Webの画像。
PNG (.png)
- 特徴: 画質の劣化がない（可逆圧縮）。透明な背景（透過）に対応。
- 用途: Web用のロゴ、イラスト、スクリーンショット。
GIF (.gif)
- 特徴: 最大256色。透過やアニメーションに対応。
- 用途: アニメーション画像、色数の少ない単純な図版。
WebP (.webp)
- 特徴: 軽量で高品質。JPEGとPNGの良さを兼ね備え、近年のWebサイトで主流。
TIFF (.tif, .tiff)
- 特徴: 劣化がなく高品質。容量が大きい。
- 用途: 印刷・出版用。

画像形式の選び方

用途に合わせて適切に選択・変換することで、画質を保ちながらファイル容量を最適化できます。