14.4. 画像の符号化

画像には複数の表現方法があります。 目的に応じて使い分けます。

ラスタ表現とベクタ表現 #

二つの画像は、一見どちらも同じように見えますが、片方は svg (ベクタ表現)、片方は png (ラスタ表現) です。 どちらが png かあててください。ラスタ表現は拡大するとぼやけます。

• 左
• 右

制御情報 #

最近の保存形式では本来の画像そのものだけでなく、以下のような拡張を含んでいます。

exif を読んでみる

iMac端末で、画像のexif情報を表示するには、ターミナルで `exiftool` というコマンドに 画像のファイルパスを指定します。

exiftool filename

圧縮表現 #

ラスタ形式の画像にはいくつかの保存方法があります。 画素の数や一つの画素の情報の豊かさを増やすと、ファイルの大きさが大きくなります。そのため圧縮技術が使われます。 圧縮には、画像の内容で得意不得意があります。

ビットマップ表現 #

最も基本的な表現が無圧縮の ビットマップ形式です。 各画素 (pixel) の情報をそのまま無圧縮で表現します。 一つの画素をどの程度の情報で表現するかは目的で変わります。

白黒

1bit で表現可能です

グレイスケール

1byte 使えば、256段階で白から灰色を表現できます。2byte なら 65536段階です。

カラー

光の 3 原色である赤、緑、青 (RGB)の強さを指定します。それぞれの色を1byte で表現すれば、 \(256^3=16,777,216\) (約1,600万) 種類の色 となります。

カラー+透明

RGBに加えて透明度を指定します。RGBA など1ピクセルあたり4次元になります。

例えば縦横ともに 1000 ピクセルの画像を最後の形式で表現すると、以下のように 3MB となります。 \( 1000 \cdot 1000 \cdot 3 \text{byte} = 3 \text{MB}\)

bmp や xpm などがこのような形式ですが、ファイルサイズが大きくなるので、保存にはあまり使われません。

PNG #

PNG (Portable Network Graphics) は、可逆圧縮を行う画像フォーマットです。可逆圧縮の可逆とは、圧縮表現から完全に元データを復元できることを言います。PNGの圧縮は、文字を変換したような画像の圧縮に優れています。 ラスター形式の画像に標準的に使われていて、 たとえば macOS でスクリーンショットを撮ると png で保存されます ( 16.1. スクリーンショット )。

可逆圧縮を行う古い表現に gif もあります。かつては圧縮アルゴリズムの特許の問題がありました。

JPEG #

JPEG (Joint Photographic Experts Group) は、非可逆圧縮形式の画像フォーマットです。 特にこの手法は写真 (自然画像) の圧縮にすぐれ、たとえばほとんどのデジタルカメラは JPEG 形式で画像を保存するようになっています。 非可逆圧縮なので、元の画像を完全には復元できませんが、その差が人には気にならないように設計されています。 一方、文字を変換したような画像を jpeg にすると、輪郭がぼやけることがあります。