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音声・データの圧縮・伝送

可逆圧縮と非可逆圧縮

可逆圧縮…圧縮→復元後、完全に元の波形に戻せる圧縮方法 (プログラムや文字データ圧縮に適す)

非可逆圧縮…完全に元の波形には戻せない圧縮方法 (画像・映像・音声データの効率的圧縮に適す)

音声の圧縮技術

連続的なアナログ信号を一定間隔の数値としてデジタル信号へ変換する

①標本化→②量子化→③符号化

標本化周期が短いほど→元の信号の周波数成分の高いところまで

数値化するときのビット数が多いほど→元の信号に忠実なデジタルデータへ変換できる

携帯電話では、割り当てられた周波数帯域の範囲内で効率よく伝送するために非可逆圧縮を行っている

AMR (Adaptive Multi-Rate)…非可逆圧縮
3GPPの標準的な音声符号化方式。主にGSMW-CDMAで活用。
符号化器(13ビット・8kHzサンプリングの音声に圧縮し、
4.75k12.2kbps8種のコードデータに変換するエンコーダ)複合化器(コードデータを伸長し元のサンプリング音声に変換するデコーダ)有音無音判定部DTX機能(無音圧縮)等で構成される

MP3 (MPEG-1 Audio Layer3)…非可逆圧縮
WAVの約1/10のサイズ。音楽データの主流規格。
圧縮時にビットレートを32k320kbpsから選択できる(記憶量・速度・音質のバランスをとれる)

WMA (Windows Media Audio)…非可逆圧縮
MP3の約半分のサイズで音質も同程度を実現。低速回線の配信に適している。

AAC (Advanced Audio Codec)…非可逆圧縮
MPEG2およびMPEG4で使用される音声圧縮方式。MP31.3倍の圧縮効率でより良い音質を実現。
HE-AAC…64kbps以下の超低ビットレートにおける音声圧縮技術

静止画像の圧縮技術

静止画像は縦横の細かい格子状で表現される

画素数…縦横のマス目が細かさ  階調情報…各マス目の明暗・色の階調の豊富さ

画像ファイルのフォーマット情報…画素数、階調情報、データ形式等

BMP (Bitmap Image)…無圧縮
赤緑青のRGB形式で表現される。

JPEG (Joint Photographic Experts Group)…非可逆圧縮
静止画を1/101/100程に圧縮可能。
輝度信号(Y)、輝度信号と青色成分の差(U)、輝度信号と赤色成分の差(V)YUV方式で表現される。

JPEG2000…非可逆圧縮
2011JPEGの上位規格として策定。JPEGで発生していた高圧縮(低画質)保存の際のブロックノイズ(格子状)やモスキートノイズ(水面波紋状)に対策。JPEGと比べ高い画質と圧縮率。必要メモリ量と圧縮処理時間が多い。

JPEG XR…非可逆圧縮
2009年に国際規格として承認。RAW画素形式で取り出した各色12ビットのまま色情報を保持可能。

WebP…非可逆圧縮
Webサイトでの負荷軽減と表示速度短縮を目的にGoogleが開発。JPEG同品質で1080%圧縮可能

GIF (Graphic Interchange Format)…可逆圧縮
モノクロ/カラー各256階調。透過GIF、インターレースGIF(読み込み前に概要参照)等が特徴的。

・アニメーションGIF…可逆圧縮
GIF静止画を複数枚連続的に表示する疑似アニメーション。

PNG (Portable Network Graphics) …可逆圧縮
Webサイト向け画像形式として策定された。JPEGと比較しイラストや漫画に適している。

TIFF (Tagged Image File Format) …可逆圧縮
ファイル内に複数のタグ付きデータブロックを格納する。タグには解像度・色数等記述される。複数の異なるイメージデータを格納可能。作成・読み出しアプリケーションに依存しにくい形式である。

MNG (Multiple-image Network Graphics) …可逆圧縮/非可逆圧縮
PNGを使用したアニメーション表示可能なフォーマット。扱える色数はほぼ無制限。アニメーションのコマ(静止画)の再利用によりファイルサイズを抑えられる。

動画像の圧縮技術

MPEG (Moving Picture Experts Group)
MPEG-1…VTR並みの画質。MPEG-2…S-VHS並みの品質。DVD-Videoや地上波/BSデジタル放送等で使用される。MPEG-4インターネットで低速回線、低解像度でも可能な限り高品質を実現するために策定された。音・画像それぞれ複数の規格を標準として採用。H264/MPEG-4AVC…ITUMPEGが合同で策定した規格。圧縮率が従来の約2倍と高い。ワンセグ放送の映像符号化やHD-DVDBlue-Ray Disk等のHD映像の圧縮に用いられる。

Motion JPEG…非可逆圧縮
JPEG形式の静止画を、高速に伸長し連続表示する技術。画像品質は高くない。

VC-1
WindowsMediaPlayer11に実装される圧縮方式。MPEG-4ベースのWMV9の改良版コーデック。

VP-8
VP8Vorbis(音声コーデック)を組み合わせWebMコンテナに格納することで動画アップロードできる

ファイルの圧縮

アーカイブファイル(書庫ファイル)…複数ファイルを1つのファイルにまとめ圧縮する

圧縮アルゴリズムは、ビット列の繰り返しの規則性を活用する。

LHA
書庫機能、圧縮機能を持つ。オープンソースなため様々なOSで普及。

ZIP
書庫機能、圧縮機能を持つ。Javaアプリケーション配布の際のJarファイルもこの形式である。

TAR
UNIXLinux上で使用される書庫形式。圧縮機能は持たない。

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