可逆圧縮と非可逆圧縮

背景・歴史

デジタルデータが扱われるようになると、文章、画像、音楽、映像など、あらゆる情報が二進法のビット列として記録されるようになりましたが、特に画像や音声、映像のデータは容量が非常に大きくなりがちで、保存や送信に多くの時間とコストがかかるという課題がありました。この課題に対応するため、データの容量を小さくする「データ圧縮」の技術が発展してきました。圧縮の中でも、文章やプログラムのように「1文字でも変わっては困るデータ」向けの可逆圧縮と、写真や音楽のように「多少の変化なら人間には気づかれにくいデータ」向けの非可逆圧縮という、目的に応じた2つのアプローチが確立されていきました。

なぜこの考え方が使われるようになったのか

データの種類によって、求められる性質は異なります。プログラムのコードや契約書の文章は、1文字でも変わってしまうと意味が変わったり、動かなくなったりする可能性があるため、圧縮しても完全に元通りに戻せる必要があります。一方、写真や音楽は、人間の目や耳では気づかないほどのわずかな情報の欠落であれば、多少データを削っても実用上問題ありません。この違いを踏まえ、目的に応じて圧縮方法を使い分けることで、データの正確さと、ファイルサイズの小ささを両立させています。

もう少し詳しく見てみる

• 可逆圧縮（ロスレス圧縮）：圧縮する前のデータと、圧縮してから元に戻したデータが完全に一致する圧縮方式。同じ文字の繰り返しをまとめて記録する仕組みなどを使います。ZIP、PNG、GIFなどのファイル形式で使われています。
• 非可逆圧縮（ロッシー圧縮）：圧縮する前のデータと、元に戻したデータが完全には一致しない圧縮方式。人間の感覚では気づきにくい情報を大幅に削ることで、可逆圧縮よりもずっと高い圧縮率を実現できます。JPEG、MP3、MPEGなどのファイル形式で使われています。

写真をJPEG形式で保存すると、保存し直すたびに少しずつ画質が劣化していくのは、この非可逆圧縮の性質によるものです。一方で、同じ画像でもPNG形式であれば、何度保存し直しても画質は劣化しません。

関連して知っておきたいこと

音や画像を標本化・量子化・符号化してデジタルデータにした後、そのデータをどう圧縮するかによって、ファイルサイズと品質のバランスが変わります。また、ラスタ形式の画像データは特に容量が大きくなりがちなため、圧縮技術との相性が重要になります。