圧縮方式/ハフマン法/ランレングス法/コーデックとコンテナ【高校情報Ⅰ共通テスト・基本情報】

圧縮方式/ハフマン法/ランレングス法/コーデックとコンテナ

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【文字おこし】

今日はデータの圧縮方式について説明していきます。
決められた方法に従ってファイルサイズを小さくする処理を圧縮と言います。
圧縮したデータを元のデータに戻すことを伸張といいます。他の言い方では、解凍、復元、展開とも言います。
圧縮の目的は、記録容量の節約や、ファイル転送時の通信時間の短縮するなどの目的があります。

ファイルの圧縮方法について説明していきます。
文書ファイルなどは，圧縮したものを完全に元に戻す必要があります。完全にもとに戻らないと、文書の一部が欠損して文書が意味不明なものになる可能性があります。
このような圧縮方法を可逆圧縮といい，ランレングス法やハフマン法などがあります。

画像，音声，動画などのファイルは，完全に元に戻す必要がない場合もあります。
このような圧縮方法を非可逆圧縮といい，可逆圧縮に比べて圧縮率をあげることができる場合が多いです。

ランレングス法の圧縮方法について説明していきます。
　例えば，AAAAABBBBB という連続した文字列がある場合，最初の文字列と連続する個数を記録することにすれば，A5B5 のように表現されます。
このように10 文字分が4 文字分で表現されるので，ファイルは元の40% に圧縮されたことになる。

圧縮後の容量÷圧縮前の容量×１００　で表される　元のファイルサイズに対する、圧縮後のファイルサイズの割合を、圧縮率と言います。

ランレングス法には欠点があります。
たとえばABCDEという文字列があった場合は、同じ方法で圧縮すると
A1B1C1D1E1というふうに５文字だったのが１０文字に増えて圧縮したら、元のファイルより容量が大きくなってしまいます。

つまり、ランレングス法は連続する同じ値が多い場合に有効な圧縮方法になります。

FAXの例で見ていきましょう。
FAXは文字も図形もモノクロの画像として送受信されます。
先ほどのランレングス法で考えるとA を白い部分，B を黒い部分と考えれば，白が続く部分や黒が続く部分がかなりあるため，ファイルは相当程度圧縮することができます。

ハフマン法については以下動画をご参照ください

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今度は画像、動画、音声のファイル形式について見ていきましょう。

　まず、画像データには用途に応じて様々なファイル形式があります。必要に応じて，元に戻せる可逆圧縮や，完全には元に戻せないがファイルサイズをより小さくできる非可逆圧縮を行います。

例えばWindowsパソコンの場合、ペイントというソフトが標準搭載されていますが、
保存するときにこんな感じで画像のファイル形式が選べます。
代表的なものを説明していきます。

※画像形式　表の貼りつけ

音声データのファイル形式について説明していきます。

次に動画のファイル形式を確認していきます。
動画は多数の静止画を連続して表示するのでファイルサイズが大きくなります。このため，保存する際には圧縮することが多いです。

動画ファイルは、音声と動く画像から成り立っています。

今見てもらっているYouTubeも動く画像と音声が合わさっていますよね。

この動画と音声のデータそれぞれをコーデックと言います。
専門的な言い方をすれば、圧縮技術を含むデータの符号化や復号の技術をコーデックと言います。

動画のコーデックとして代表的なものはH.264やMPEG-４などがあります。
音声は先ほど説明したMP3,AACなどがあります。

そしてこの動画だけのファイルと音声だけのファイルを格納する箱のようなものをコンテナと言います。

一般的に動画ファイルと言われているもは、音と動画が合わさっているので、このコンテナを指し示します。
コンテナには今から説明するaviやmp4などがありますが、コンテナによって、音声と動画のコーデックの組み合わせパターンが決まっています。

もっと簡単に言えば、MP4という箱の中に、色んな規格の動画や画像や音声などが入れられるイメージです。

このコンテナについて代表的なファイル形式について説明していきます。

代表的な動画のファイル形式について説明していきます。

※動画ファイル形式貼りつけ

今話した圧縮形式は、試験で問われやすい部分なので、ファイルの種類とその特徴をしっかり押さえておいてください。
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※復習問題

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★私の目標
「とある男が授業をしてみた」 の葉一さん
https://www.youtube.com/user/toaruotokohaichi
※Google社に招待頂いた、「YouTube教育クリエイターサミット2020」で
　葉一さんと文部科学省・Google役員の対談セッションに感銘を受けて、高校情報講座スタートしています。

【参考サイト・参考文献】
tkmium note（共通テスト対策・プログラミング・情報教育全般）
★情報関係基礎の過去問解説が充実しております！
https://tkmium.tech/

文部科学省　「情報Ⅰ」教員研修用教材
https://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/zyouhou/detail/1416756.htm

詳細（情Ｉ703　高校情報Ｉ Python）｜情報｜高等学校　教科書・副教材｜実教出版 (jikkyo.co.jp)　検定通過版
https://www.jikkyo.co.jp/book/detail/22023322

令和4年度新版教科書「情報Ⅰ」｜高等学校 情報｜日本文教出版 (nichibun-g.co.jp)検定通過版
https://www.nichibun-g.co.jp/textbooks/joho/2022_joho01_1/textbook/

その他、情報処理技術者試験（全レベル１～４）／IT企業15年勤務（システム技術部 部長）経験から培った知識を交えながら解説しています。

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