データの圧縮
学習目標
- 圧縮と伸張の意味を説明できる。
- 可逆圧縮と非可逆圧縮の違いを、元に戻せるかで説明できる。
- ランレングス圧縮の仕組みを、具体例で書ける。
| 学習の作業 | 時間の目安 |
|---|---|
| 読む（圧縮と伸張、可逆と非可逆） | 10分 |
| 読む（ランレングス圧縮の例） | 10分 |
| 操作（考えてみよう） | 10分 |
| 練習と振り返り | 10分 |
1. 圧縮と伸張
データを小さくする処理を圧縮、元に戻す処理を伸張といいます。圧縮すると、保存や通信の量が減ります。
圧縮率は、圧縮後のサイズを圧縮前のサイズで割って求めます。圧縮率が小さいほど、よく圧縮できています。
2. 可逆圧縮と非可逆圧縮
| 可逆圧縮 | 非可逆圧縮 | |
|---|---|---|
| 元に戻せるか | 完全に戻せる | 完全には戻せない |
| 向いているもの | 文書・プログラム | 静止画・動画・音声 |
| 例 | ZIP など | JPEG・MP3・MPEG など |
3. ランレングス圧縮
同じデータが続く個数を数えて記録します。例えば「AAAABBB」は「A を4個、B を3個」と表せます。
この方法は、同じ値が続くデータ（白黒画像の同じ色の並びなど）に向いています。同じ値が続かないデータでは、かえって大きくなることがあります。
4. 操作（考えてみよう）
次の文字列を、ランレングス圧縮で表しなさい。
WWWWWWBBWWWWW
答えを見る
W を 6 個、B を 2 個、W を 5 個 → 「W6 B2 W5」（元は 13 文字、圧縮後は 6 文字）
注意
圧縮の仕組みは、任意・発展の内容です。ファイル形式の違いや、解像度・フレームレートを変えたときのデータ量の変化は、画像・動画の学習と合わせて考えてください。
圧縮の仕組みは、任意・発展の内容です。ファイル形式の違いや、解像度・フレームレートを変えたときのデータ量の変化は、画像・動画の学習と合わせて考えてください。
段階別の練習
自力演習（10分）: 圧縮の前後を比べ、圧縮率を計算します。
易（基本の確認）
- AAAAAA をランレングス圧縮で表しなさい。
答えと解き方
A6（A が 6 個）。 - BBBBC を圧縮しなさい。
答えと解き方
B4 C1。
標準（手順を組み合わせる）
- 100 KB のファイルが 60 KB になった。圧縮率（%）を求めなさい。
答えと解き方
60 ÷ 100 × 100 = 60%。 - ABABAB を同じ方法で圧縮すると、どうなるか。
答えと解き方
A1 B1 A1 B1 A1 B1 となり、元の6文字が12文字に増える。同じ値が続かないデータでは逆効果になる。
共通テスト形式（読み取りと判断）
- 可逆圧縮で保存したデータを伸張すると、元のデータに対してどうなるか。
答えと解き方
完全に元どおりに戻る。 - 静止画を JPEG に圧縮した場合、圧縮率が高いほど画質はどうなりやすいか。
答えと解き方
細かい情報が失われるため、画質は低くなりやすい（非可逆圧縮の特徴）。
振り返り
- 圧縮前と後のサイズから、圧縮率を計算できますか。
- ランレングス圧縮が効きにくいデータの例を1つ挙げられますか。