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データ圧縮(データあっしゅく)とは、あるデータをそのデータの実質的な性質を保ったまま、データ量を減らした別のデータに変換すること。高効率符号化ともいい、情報理論においては情報源符号化と呼ばれている。

主な目的は、データ転送におけるトラフィックやデータ蓄積に必要な記憶容量の削減といった、資源の節約である。なお、アナログ技術を用いた通信技術においては通信路の帯域幅を削減する効果を得るための圧縮ということで帯域圧縮ともいわれた。

データ圧縮には大きく分けて可逆圧縮と非可逆圧縮がある。また、バイナリデータを対象としたデータ圧縮方式の中には、複数のファイルを1つにまとめて扱えるようにするアーカイブ機能を兼ね備えるものもある。

◆基本原理

◇可逆圧縮

通常意味のあるデータには、現れる符号に偏りすなわち規則性、冗長性が存在する。そのため多くの可逆圧縮では出現頻度の高いものに短い符号を、出現頻度の低いものに長い符号を与えることで、平均符号長を短くする方法がとられている。また区間的に分けてそれぞれ符号を変える、より長い符号に対して前述の処理を行う(拡大情報源)などの方法で、可逆圧縮間でも圧縮率や展開速度に差が出る。

◇非可逆圧縮

多くの非可逆圧縮では人間があまり強く認識しない成分を削除することでデータを圧縮する方法がとられている。たとえば人間は大きな音と小さな音を聞いた場合、小さな音をあまり認識できないし、画像に対しても小さな色の変化は認識されない。このためデータをフーリエ変換(あるいは離散コサイン変換などフーリエ変換の一種)し、高周波成分や低振幅成分を削除してしまっても、受け手に与える印象の変化に大きな差は現れない。当然削除する範囲が多ければ、元データとの差異は大きくなり、違いに気づく人間も増える。画像のサイズを小さくする、動画のフレームレートを下げるなども一種の非可逆圧縮と言える。

◆主な圧縮アルゴリズム

・ 非ユニバーサル符号

  ・ 連長圧縮(ランレングス圧縮、RLE)

・ 整数の符号化

  ・ アルファ符号 (unary code)

  ・ Elias符号(ガンマ符号、デルタ符号、オメガ符号)

  ・ ゴロム符号 (Golomb)

・ 最小冗長符号あるいはエントロピー符号

  ・ シャノン符号化

  ・ ハフマン符号

  ・ 算術符号

    ・ 数え上げ符号

    ・ Range Coder

  ・ Tunstall符号

・ ユニバーサル符号

  ・ 再帰時間符号化法

    ・ インターバル符号

    ・ Move To Front (MTF) あるいは再帰順位 (recency rank) 法

  ・ 辞書式

    ・ LZ77

    ・* LZMA

    ・* LZSS

    ・** LZB

    ・* LZX

    ・* LZO

    ・ LZ78

    ・* LZS

    ・* LZW

    ・ LZT

    ・ LZC

    ・ BPE

  ・ ソートに基づく手法

    ・ ブロックソート(BWT)

  ・ 統計型

    ・ MDL符号

    ・ CTW符号

    ・ PPM

    ・* PPMZ

    ・* PPMd

    ・* PPMc

  ・ 文法型

    ・ SERQUITUR

    ・ MPM(by Kieffer et al.)

・ 量子化

  ・ スカラー量子化

  ・ ベクトル量子化

・ サブサンプリング

  ・ インターレース

  ・ サンプリングファクタ

・ 自己相関性を利用した圧縮

  ・ 差分予測符号化 (DPCM)

  ・ フレーム間予測

  ・ フレーム内予測

  ・ フラクタル符号化(フラクタル圧縮)

◆ アナログ帯域圧縮

代表的なものとして、TV放送に用いられるNTSC、PALなどのコンポジット映像信号がある。これは、映像信号を輝度成分と色成分に分離し、さらにインターレースと呼ばれる方式を用いて放送信号の伝送に必要な帯域が少なくなるように工夫されている。

また、電話においても多重化するために帯域圧縮を行っている。電話は300 Hz - 3600 Hz程度が伝われば良いので、その範囲以外をカットする手法が使われている。

さらに昔、電話の交換機と交換機の間をPAM(パルス振幅変調)方式を使い0.125μsに分割した信号を多重化して送っていた。後にPAM方式からPCM(パルス符号変調)方式へ変わり、事実上デジタル方式に変わっている。

◆デジタル圧縮

◇デジタル圧縮の歴史

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