これまで説明してきた画像圧縮は、主に人の視覚特性を利用して、 人の目に応答しないような色成分や周波数成分を積極的にカットすることで高圧縮を狙った方法でした。
これに対して可逆圧縮は、前にも述べたように画像のもつ冗長な情報を取り除き、 それに適したエントロピー符号化を行なう方法です。
この圧縮過程ではＪＰＥＧのようにあえて劣化を与える系がないので、 逆変換で伸張すれば元の画像に戻るわけです。
★　この可逆圧縮方法は、一般写真画像ではＪＰＥＧのような圧縮効果は期待できませんが、 特にイラスト絵や減色したインデックス画像のように色数の少ない画像の場合には、 画像情報そのものに多くの冗長度を持っているため、 この特性が生かせることで効率的な画像圧縮が行えるようになります。
これから先は、この可逆圧縮を使った最新の画像ファイルフォーマットで、 今後の普及が期待されるＰＮＧを例に説明していきます。

ＰＮＧ(Portable Network Graphics)は、通称ピングと呼ばれ、 イラスト絵や減色したインデックス画像、 あるいはレンダリング処理した高品位な三次元グラフィックス画像などの圧縮ファイルに適した新しい画像フォーマットです。
なぜならば、これらの画像には一般写真画像と異なり多くの冗長度を含んでいるため、 ＪＰＥＧでは得られない効率的な圧縮ができるからです。　 つまり、データとして冗長度が多いことは無駄が多いことであり、 これらの無駄を捨てることによって圧縮しても何ら画質の劣化にはならないのです。

可逆圧縮を使ったＰＮＧファイルの誕生：
グラフィック画像ファイルで広く知られているＧＩＦ(Graphics Interchange Format)は、 ＬＺＷ圧縮アルコリズムを使ったファイルとして１９８７年に CompuServe社から発表されました。　 ところが、この特許権(＊１)をもつ米国ユニシス社が、 １９９４年末になってＧＩＦをサポートするソフトウェアからロイアリティを徴収することを決めたため、 ＧＩＦに代わるライセンスフリーの圧縮ファイルの要望が高まり、ＰＮＧの誕生となった経緯があります。
(＊１)：日本での出願：昭５９．６．２０、特許２６１００８４号
★　ＰＮＧはＷＷＷの標準化団体であるＷ３Ｃによって推奨され、 ＶＲＭＬのテクスチャマッピングの画像フォーマットにもＰＮＧが採用されているようです。
★　ＰＮＧはＧＩＦより圧縮率が高く、またＧＩＦにない多くの特長を持っているため、 今後は特にＧＩＦを使う必要性がなくなってきました。
最近のブラウザでもＰＮＧファイルが扱えるようになってきており、 このように優れた性能をもつＰＮＧは新しいファイル形式としてますます普及していくものと思われます。
★　このＰＮＧで採用された圧縮アルゴリズムはライセンスフリーのＬＺ７７(＊２)であり、 ＧＩＦで使われるＬＺＷに比べて圧縮率が高いと云うことで、 米国で最も一般的に利用されるＺＩＰファイルにも採用されています。
ＧＩＦと同様に可逆圧縮でありながらＰＮＧの方が圧縮率が高いことは確かなことで、 多くのグラフィックス画像についてＧＩＦとＰＮＧの圧縮率を比較してみると、 個人的な評価ではおよそ１～３割ほどＰＮＧの方が優れている結果を得ています。
(＊２)： Lempel-Ziv 1977：
Ziv J., Lempel A., "A Universal Algorithm for Sequential Data Compression,"
IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 23, No. 3, pp. 337-343.

ＰＮＧには以下のような特長があります。
(1) 画像タイプとして、インデックス画像、グレースケール画像、フルカラー画像まで扱うことができます。　 つまり、イラスト画像から高品位な画像（特にレンダリング処理した３ＤＣＧ画像）まで総合的に扱える機能は強力です。
(2) １、２、４、８ビット、および１６ビットグレースケール画像が扱えます。
(3) ８、１６ビット／チャネル（２４、４８ビット）のフルカラー画像が扱えます。
(4) 更に、ＧＩＦでは1つのパレットに対してしか透明色を指定できなかったのが、 ＰＮＧでは従来のＲＧＢチャネルの他に画像の透明度を表現するαチャネルを加えることができ、 画像に２５６色、或いは６５千色の背景色を合成するように制御することができます。
(5) 画像を保存するとき、γ補正値を埋め込むことができます。
(6) インターレースＧＩＦと同様な機能として、Progressive 機能を選択でき、 ７パスまでのインターレースが可能になります。
(7) ＰＮＧでは、今のところアニメＧＩＦのような機能はありませんが、 ＭＮＧ（Multi-Image Network Graphic）フォーマットでアニメが可能になるように規格化が進められています。

上記の説明の中でαチャネルと云う新しい言葉がでてきましたが、 これはαの値が０のときは画像が透明となって背景色だけが表示され、 αの値が最大値（２５５または６５千）のときは不透明となって画像だけが表示され、 α値がその間にあるときはその値によって画像と背景色を合成して表示されることを示しています。
このことは、色数の少ない画像でも背景色と合成することによって、 背景色を制御するだけでより豊かな色表現ができるようになることを意味しています。
尚、このαチャネル値は画像とは別に保存されているので画像のもつ色情報を失うことはありません。
★　下の例はαチャネルを持つ一枚の画像に、背景色だけを適当に変えて表示してみた例です。　 この例ではα値を固定しているので透明度が固定で背景色だけで画像の色表現が変わって見えます。
また、ＧＩＦとＰＮＧ両ファイルを表示していますが、 ＰＮＧの方は２４ビット画像にもかかわらずファイルサイズが小さいことが分かります。
また、(1)のＧＩＦファイルの方は８ビットに減色しているため、僅かながら劣化が見られます。
但し、ＰＮＧファイルをサポートしていないブラウザでは(2)の画像は表示されません。
(1) ８ビットに減色したＧＩＦ画像（ファイルサイズ：9,974バイト）

(2) ２４ビットＰＮＧ画像（ファイルサイズ：6,505バイト）


次回は、ガンマ補正値の埋め込みと、可逆圧縮の方法論についてお話します。

－ 1999.12.18. －