【情報I】圧縮ってなにを削ってるの？現役エンジニアが可逆・非可逆を解説

こんにちは！オンライン家庭教師のこばやしです。普段はフリーランスのITエンジニアとして働きながら、中高生に「情報I」「理系数学」「英語」を教えています。

情報Iで学ぶ「データの圧縮」。ファイルを圧縮すると容量が減りますが、「なぜ減るのか」「可逆・非可逆って何が違うのか」がピンとこない、という方も多いのではないでしょうか。

ピンとこない原因は、圧縮を「魔法」のように捉えているからです。でも実際にやっていることは、「ムダを見つけて、短く書き直す」だけ。とてもシンプルな発想なんです。

■ 圧縮 ＝ ムダを見つけて短く表現する

たとえば「AAAAA」という5文字。これを「Aが5個」＝「A5」と書けば、たった2文字で済みます。これが圧縮の基本的な発想です。

データの中には、こうした「繰り返し」や「ムダ」がたくさん潜んでいます。それを見つけて、より短い表現に置き換える。魔法でも何でもなく、賢い「書き直し」をしているだけなのです。

■ 可逆圧縮 ＝ 完全に元へ戻せる

圧縮には、大きく2種類あります。一つ目が「可逆圧縮」です。

可逆圧縮は、圧縮したデータを、1ビットも失わずに完全に元へ戻せるのが特徴です。「A5」を「AAAAA」に戻せるように、情報を一切捨てません。文書やプログラムのように、少しでも中身が変わってはいけないデータに使われます。身近なところでは、ファイルをまとめるZIPや、画像のPNGが可逆圧縮です。

■ 非可逆圧縮 ＝ 一部を捨てて小さくする

もう一つが「非可逆圧縮」です。これは、思い切って一部の情報を捨てることで、より小さくする方法です。

写真のJPEG、音楽のMP3、動画のMP4などがこちらです。「人間の目や耳では気づきにくい情報」をうまく削ることで、見た目や聞こえ方をほぼ保ったまま、大幅に軽くできます。ただし、一度捨てた情報は元には戻りません。ここが可逆との決定的な違いです。

■ 現場では、用途で使い分ける

私たちエンジニアは、この2つを目的に応じて使い分けます。中身が1文字も変わってはいけない契約書のようなデータなら可逆圧縮。多少の画質より、とにかく軽くしたい写真なら非可逆圧縮、という具合です。

「元に戻せることを優先するか、サイズを優先するか」。この判断は、扱うデータの性質によって変わります。だからこそ、両者の違いを理解しておくことが大切なのです。

■ 「本質を残して、ムダを削る」発想

大事な情報を残しながら、いらないものを削って小さくする。この考え方は、圧縮に限らず、文章の要約や、情報の整理にもそのまま通じます。何が本質で、何が削れるムダなのかを見極める力は、勉強にも役立ちます。

私の授業では、簡単な文字列を実際に「短く書き換えて」みせて、圧縮の原理を手を動かしながら理解してもらいます。

・「圧縮の仕組みが分からない」という方

・「可逆・非可逆の違いが曖昧」という方

・「なぜ画質が落ちるのか知りたい」という方

そんな方は、ぜひ一度体験授業にいらしてください。現役エンジニアと一緒に、圧縮の「からくり」を体験しましょう！

【プロフィール】

こばやし｜納得感を大切にするフリーランスエンジニア

北海道大卒。約10年間にわたり金融決済システムなどの基幹開発に携わった後、フリーランスのエンジニア・IT講師として独立。企業の新人IT研修のメイン講師も務めるプロが、「仕組みから理解する」論理的な指導を行います。