画像の圧縮と形式変換はどのように機能しますか？

デジタル画像を扱う場合、ファイルのサイズ、画質、使用する形式などについて、必然的に疑問が生じます。写真はなぜそんなに多くのスペースを占めるのでしょうか？圧縮後に画像が大きくなることがあるのはなぜですか？ファイルを別の形式に変換するのはどのような場合に適しているのでしょうか？また、そのプロセスにはどのような効果がありますか？詳しく見ていきましょう。

画像ファイルサイズに影響を与えるもの

デジタル画像は多数の色のピクセルで構成されています。ピクセル数が多ければ多いほど詳細度が高くなり、ファイルサイズも大きくなります。ただし、ファイルのサイズがピクセル数だけでなく、画像データの保存方法によっても決まります。これは、ファイル形式と使用される圧縮の種類によって異なります。形式や圧縮方法によって、画像情報を保存する方法が異なるためです。

画像ファイル形式とその違い

広く使用されている画像形式はいくつかあり、それぞれ異なる目的を念頭に置いて設計されています。形式が画像データを保存する方法は、ファイルのサイズだけでなく、画質、透明度のサポート、さまざまなアプリやデバイスとの互換性にも影響します。

JPEGは、写真の最も一般的な形式です。非可逆圧縮を使用しているため、ファイルサイズを縮小するために一部の画像データが永久に削除されます。JPEGファイルは通常サイズが小さく、読み込みが速いため、オンラインや電子メールで写真を共有するのに最適です。ただし、透明性をサポートしていないため、同じ画像を複数回保存すると画質が著しく低下する可能性があります。

PNGは、グラフィック、スクリーンショット、透明性が必要な画像によく選択されます。ロスレス圧縮を使用するため、繰り返し保存した後でも画像の詳細がすべて保持され、ロゴ、アイコン、テキストやシャープな線のある画像に適しています。PNGファイルは、特に詳細な画像や写真画像の場合、通常JPEGよりも大きくなりますが、完璧な画質が維持されます。

WEBPは、Web用に開発された新しい形式です。非可逆圧縮またはロスレス圧縮のいずれかを使用でき、透明性をサポートしています。WEBPは、多くの場合、同様の画質レベルでPNGやJPEGよりも小さいファイルを生成します。最新のブラウザや多くのアプリがWEBPをサポートしていますが、古いソフトウェアの中にはサポートしていないものもあります。

GIFは、主に単純なアニメーションに使用されます。これは256色に制限されており、基本的な透過のみをサポートしています（ピクセルは完全に透明か、完全に不透明のいずれかです）。これらの制限のため、GIFはほとんどの写真や詳細な画像には適していませんが、短いループアニメーションでは依然として人気があります。

TIFFは、出版やスキャンなどの専門的な環境で使用されます。TIFFファイルはロスレスまたは非圧縮であり、サイズが非常に大きいことがよくあります。この形式は、Webでの使用や日常的な共有には実用的ではありませんが、アーカイブや高画質の画像の保存には役立ちます。

HEIC/HEIFは、多くのスマートフォン、特にAppleデバイスで使用されている最新の形式です。効率的な圧縮機能を備えており、複数の画像を1つのファイルに保存できます（ライブ写真など）。欠点は、これらの形式ではApple以外のデバイスや古いソフトウェアとの互換性が制限される可能性があることです。

圧縮の仕組み

圧縮は画像を小さくするプロセスですが、すべての圧縮方法が同じというわけではありません。使用される技術（ロスレスまたは非可逆圧縮）は、最終的なファイルのサイズと画質に直接影響します。

ロスレス圧縮は、画像から情報を削除せずにファイルのサイズを削減します。ロスレス圧縮されたファイルを開くと、圧縮前とまったく同じ画像が表示され、細部が失われることはありません。この方法は、PNGなどの形式や、TIFFとWEBPの一部の設定で使用されます。グラフィック、ロゴ、スクリーンショット、複数回編集する予定の画像など、すべてのピクセルを保持する場合は、ロスレス圧縮が必要です。

非可逆圧縮では、一部の画像データを永久に削除することで、ファイルのサイズを大幅に削減できます。特に写真では、人間の目には目立たない詳細を破棄するという考え方です。JPEGとWEBPの非可逆モードでは、このアプローチが使用されます。非可逆圧縮は、小さな損失が通常は目に見えない写真には最適ですが、ぼやけやブロック歪みなどの目に見えるアーティファクトが発生する可能性があるため、テキスト、鋭い線、グラフィックを含む画像には適していません。また、画像を非可逆形式で繰り返し保存すると、保存するたびに画質が低下します。

形式の変換中に何が起こりますか

画像をある形式から別の形式に変換することは、単にファイル拡張子を変更することだけではありません。各形式では画像データの保存方法が異なり、変換プロセスによってファイルサイズ、画像画質、サポートされる機能に顕著な影響が出る可能性があります。

画像を変換すると、ソフトウェアは元のファイルからデータを読み取り、その形式のルールに従って新しい形式に書き込みます。同様の機能を持つ形式（PNGからロスレスWEBPなど）間で移行する場合、通常は目に見える違いはほとんどないかまったくありません。しかし、異なる圧縮方法を使用する形式や異なる機能をサポートする形式間で変換する場合、結果は劇的なものになる可能性があります。

たとえば、PNG（ロスレスで透明性をサポートする）をJPEG（非可逆で透明性をサポートしない）に変換すると、透明な領域が削除され、圧縮アーティファクトが発生する可能性があります。結果として得られるファイルは小さくなりますが、透明な背景が失われ、シャープなエッジやテキストがぼやける可能性があります。

一方、JPEGをPNGに変換しても、JPEG圧縮中に失われた画質は回復されません。PNGは、JPEGによって生じたぼかしやアーティファクトなど、残りのすべての詳細を、より大きなファイルに保存します。このため、特に透明度を追加する必要があり、画像を手動で編集する準備ができていない限り、JPEGをPNGに変換することは決して良い考えではありません。さもなければ、同じように見えるか、さらに悪く見えるだけの大きなファイルが出来上がることになります。

いくつかの変換は一方向にしか進まないことを理解することが重要です。非可逆形式で詳細が失われると、可逆形式に切り替えても回復できません。同様に、異なる色や透明度のサポートを持つ形式間で変換すると、情報が破棄されたり変更されたりする可能性があります。

圧縮や変換後に画像が大きくなる理由

画像を圧縮すると、ファイルサイズが常に小さくなるというのは理にかなっているように思えます。場合によっては、圧縮または形式変換を行った結果、結果のファイルが元のファイルよりも大きくなることがあります。混乱するかもしれませんが、なぜそうなるのかは明確な理由があります。

よくある状況の1つは、非可逆形式（JPEGや非可逆WEBPなど）から可逆形式（PNGやロスレスWEBPなど）に変換することです。非可逆形式では、ファイルサイズを小さく保つために大量のデータが削除されます。そのような画像を可逆圧縮形式で保存すると、新しいファイルは前回の圧縮によって残されたすべての不完全さやアーティファクトを含む、まったくそのままのピクセルを保存します。可逆圧縮形式は何も捨てないため、ファイルサイズは大きくなることがありますが、視覚的な画質は向上しません。

もう1つの理由は、一部の画像がすでに高度に圧縮されていることです。特にロスレス設定で再度圧縮しようとすると、ソフトウェアはそれ以上のデータを削除できなくなります。場合によっては、新しいファイルに追加のメタデータや効率的でない構造が含まれることがあり、それがファイルサイズを削減する代わりに実際には増加させることがあります。同様に、縮小や編集によって、圧縮アルゴリズムが効率的に削減するのが難しい、より複雑なパターンやノイズが生じることもあります。

これはソフトウェアのバグや障害ではなく、さまざまな形式や圧縮方法の動作による正常な結果です。ファイルサイズを縮小することが目的の場合は、元の形式とターゲット形式の両方及び選択する圧縮設定を常に考慮してください。

適切な形式を選択する方法

画像形式と圧縮方法の主な違いがわかったので、特定の状況で何を使用するかを判断しやすくなります。

写真をソーシャル メディアで共有したり、電子メールで送信したりするために準備する場合は、ほとんどの場合、JPEGが最適な選択です。ファイルサイズが小さく、広くサポートされています。同じJPEGを繰り返し編集して保存することは避けてください。画質が徐々に低下します。

サイトのグラフィック、インターフェースアイコンまたは透明な背景が必要な画像の場合、通常はPNGが適切な選択肢です。ロゴ、ボタン、スクリーンショットにとって重要で、シャープなエッジと透明性がそのまま維持されます。

Webのファイルサイズを可能な限り小さくすることが目標であり、ユーザーが最新のブラウザーを使用していることが分かっている場合は、WEBPを検討する価値があります。JPEGやPNGと同じ画質でより小さなファイルを配信でき、非可逆圧縮と可逆圧縮の両方と透明性をサポートします。WEBPをメインの形式にする前に、プラットフォームがWEBPをサポートしているかどうかを確認してください。

将来の編集や高品質の印刷のためにすべての詳細を保存する必要がある場合は、PNGやTIFFなどのロスレス形式を使用します。ファイルサイズが大きい場合でも、オリジナルをアーカイブする場合に役立ちます。

アニメーション画像は特別なケースです。GIFは、シンプルなアニメーションでは今でも広く使用されていますが、より高画質でファイルサイズが小さいアニメーションを求める場合は、アニメーション化されたWEBPや、サポートされている場合に（MP4など）動画形式が好まれることが多いです。

画像を変換するときは常に、非可逆形式（JPEGなど）から可逆形式（PNGなど）に変換しても失われた画質が復元されず、通常はファイルサイズが大きくなることを覚えておいてください。

不明な場合は、コピーを保存して、さまざまな形式と設定を試してください。結果を視覚的に比較し、ファイルサイズを確認します。これは、特定のケースに適した方法を見つけるための最適な方法です。