画像圧縮の基本：可逆圧縮と非可逆圧縮を理解しよう
この記事は、Geminiのサポートを受けて執筆しました。
導入：その「.jpeg」や「.png」、意識して選んでいますか？
私たちが日常的に目にする画像ファイル。その拡張子（.jpegや.png、.gifなど）は、単なる名前の違いではありません。
画像をデジタルデータとして保存する際、その裏側では「圧縮」という技術が使われています。そして、その圧縮方法は、大きく分けて「可逆圧縮」と「非可逆圧縮」の2種類に大別できます。
この違いを理解しないまま適当に選んでしまうと、「画質が思ったより悪い」「ファイルの容量が全然小さくならない」といった問題が起こるかもしれません。
そもそも、なぜ圧縮が必要？
「圧縮」と聞くと難しそうですが、目的は単純で「データ容量（ファイルサイズ）を小さくするため」です。
もし圧縮を全くしなかったら、画像ファイルの容量は膨大になります。 例えば、ごく一般的な「Full HD（1920×1080ピクセル）」の画像を考えてみましょう。
デジタル画像は「ピクセル（画素）」という点の集まりで、1ピクセルごとに「色」の情報を持っています。色は通常、「光の三原色（RGB：赤・緑・青）」の組み合わせで表現され、各色に1バイト（256段階）のデータが割り当てられます。
つまり、1ピクセルあたりの情報量は3バイト（R:1 + G:1 + B:1）です。
これをFull HD画像全体で計算すると…
1920 (幅) × 1080 (高さ) × 3 (RGB) = 6,220,800 バイト
となり、約6.2MBにもなります。 これは、たった1枚の画像です。もしWebサイトにこんな画像が10枚あったら、ページの読み込みにかなりの時間がかかってしまいます。
しかし、考えてみてください。もしその画像が「真っ白」や「真っ黒」だったら、全てのピクセルが同じ色情報を持つことになります。それを律儀に「1番目も白、2番目も白…」と207万回繰り返して記録するのは非常に無駄です。
「1番目から622万800番目まで、すべて白」と記録できれば、データ量は劇的に減らせます。
これは極端な例ですが、実際には画像の中にはパターンや色の類似性が多く含まれます。その冗長な（無駄な）部分を見つけて、より効率的な表現に置き換えるのが「圧縮」の基本です。
そして、その「無駄の省き方」のアプローチによって、2種類の圧縮方法が生まれます。
1. 可逆圧縮 (Lossless Compression)
「再構成時にデータを変えずに圧縮する方法」です。
特徴:
圧縮したデータを元の状態に完全に復元できます。
ファイルを解凍（展開）すると、圧縮前のデータと100%同一のものが得られます。
何度圧縮・解凍を繰り返しても、データは一切劣化しません。
仕組みのイメージ:
前述の「真っ白な画像」の例のように、「同じデータが続く回数」を記録する（ランレングス符号化）など、データの統計的な偏りを利用して、より短い表現に置き換えます。
代表的な形式:
PNG (Portable Network Graphics): Webで広く使われ、特にロゴ、アイコン、図表、テキストを含む画像（色の境界がはっきりしているもの）に適しています。透明度（背景を透過させる）も扱えます。
GIF (Graphics Interchange Format): アニメーションで有名ですが、色数（最大256色）に制限があるため、写真には不向きです。
BMP (Windows Bitmap): RLE（ランレングス）という可逆圧縮が使われることがありますが、無圧縮の場合も多いです。
TIFF (Tagged Image File Format): 高品質な画像（印刷用データなど）で使われる形式で、複数の圧縮方式（可逆・非可逆）を選べます。
メリット: 画質の劣化が絶対にない。
デメリット: 非可逆圧縮に比べると、圧縮率（どれだけ小さくできるか）は低くなる傾向があります。
2. 非可逆圧縮 (Lossy Compression)
「人間には知覚しにくい情報を間引いて圧縮する方法」です。
特徴:
圧縮する際に、元データの一部を意図的に破棄します。
そのため、一度圧縮すると二度と元のデータには戻せません。
可逆圧縮よりも劇的にファイルサイズを小さく（高圧縮）できます。
仕組みのイメージ:
人間の視覚は、色のわずかな変化よりも明るさ（輝度）の変化に敏感である、といった特性を利用します。
ご提示の文章にあった「高周波成分」とは、簡単に言えば「画像の中の急激な色の変化や、細かい模様・ノイズ」のことです。非可逆圧縮（特にJPEG）は、この高周波成分を「どうせ人間にはよく見えないだろう」と判断し、大胆に省略することで容量を稼ぎます。
代表的な形式:
JPEG / JPG (Joint Photographic Experts Group): まさに非可逆圧縮の代名詞。写真やグラデーションが多い画像など、色数が多く複雑な画像の保存に最適です。
メリット:
非常に高い圧縮率を実現できる。
デメリット:
圧縮率を高く設定しすぎると（＝情報を捨てすぎると）、画質の劣化が目立つようになります（色がにじむ、ブロック状のノイズが出る、文字の周りがぼやけるなど）。
圧縮・保存を繰り返すたびに劣化が蓄積していきます。
まとめ：どう使い分けるか？
この2つの圧縮方法は、どちらが優れているというものではなく、明確な「用途」の違いがあります。
結論としての使い分けガイド
非可逆圧縮 (JPEG) を選ぶべき時:
写真全般（風景、人物、物など）
グラデーションが多用されている画像
とにかくファイルサイズを小さくしたいが、多少の画質劣化は許容できる場合
可逆圧縮 (PNG) を選ぶべき時:
ロゴ、アイコン、図表、イラスト
テキスト（文字）が含まれる画像（JPEGだと文字の輪郭がぼやけやすい）
背景を透明（透過）にしたい場合
画質の劣化を絶対に許容できない医療画像や設計図など
次から画像を保存するときは、その画像が「写真」なのか「ロゴや図」なのかを意識して、最適な形式を選んでみてください。