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世代損失とは、データの連続コピーやトランスコード間で品質が低下する現象です。圧縮、アップスケーリング（画像の場合）、アップサンプリング（音声やその他の録音の場合）は、世代損失の一般的な原因です。圧縮アーティファクトが発生すると、世代を重ねるごとにデータのエントロピーが増加する可能性があります。その他の原因としては、アナログシステムの信号ノイズや、アナログ形式とデジタル形式間の変換などが挙げられます。
アナログシステム（デジタル録音を使用しながらもアナログ接続でコピーを行うシステムを含む）では、生成損失は主に、ケーブル、アンプ、ミキサー、録音機器、およびソースとデスティネーション間のあらゆる機器におけるノイズと帯域幅の問題に起因します。調整不良の分配アンプやインピーダンスの不整合は、これらの問題をさらに悪化させる可能性があります。アナログとデジタル間の繰り返し変換も損失の原因となります。
複雑なアナログ音声・映像編集において、世代損失は重要な考慮事項でした。多層編集では、中間ミックスを作成し、それをテープに「バウンスダウン」して作成することが多かったためです。世代損失、そしてそれに伴うノイズや周波数特性の悪化を最小限に抑えるためには、綿密な計画が必要でした。
必要な世代数を最小限に抑える方法の一つは、多数のチャンネルを一度にミキシングできるオーディオミキシングまたはビデオ編集スイートを使用することでした。極端な例として、48トラックのレコーディングスタジオを使用すれば、複雑なミックスダウン全体を1世代で完了させることができましたが、これは資金力のあるプロジェクト以外にとっては法外なコストでした。
ドルビーAなどのプロフェッショナルなアナログノイズリダクションシステムの導入は可聴生成損失の低減に役立ったが、最終的には生成損失を大幅に低減するデジタルシステムに取って代わられた。[ 1 ]
ATISによれば、「デジタル録音と再生は本質的に世代損失のない方法で行うことができるため、世代損失はアナログ録音に限られる」[ 1 ]。
デジタル技術を正しく使用すれば、世代損失を排除できます。これは、録音や作成から、インターネットストリーミングや光ディスクによる配信のための最終的な非可逆エンコードまで、ロスレス圧縮コーデックまたは非圧縮データのみを使用することを意味します。デジタルファイルをコピーすると、機器が正常に動作していれば正確なコピーが作成され、コピーによる世代損失が排除されますが、デジタルファイルを非可逆圧縮コーデックで再エンコードすると世代損失が発生する可能性があります。デジタル技術のこの特性により、無断コピーのリスクに対する認識が高まりました。デジタル技術が普及する前は、レコードレーベルなどは、自社の楽曲の無断コピーはオリジナルほど良くないことを確信していました。
非可逆ビデオまたはオーディオ圧縮コーデックを使用すると、エンコードまたは再エンコードのたびにソース素材にアーティファクトが導入されるため、世代損失が発生する可能性があります。Apple ProRes、Advanced Video Coding、mp3などの非可逆圧縮コーデックは、視聴目的で非圧縮または可逆圧縮されたオリジナルと区別がつかない一方で、ファイルサイズを大幅に削減できるため、非常に広く使用されています。 世代損失を回避する唯一の方法は、非圧縮または可逆圧縮されたファイルを使用することですが、実行時間 1 秒あたりフラッシュ メモリまたはハード ドライブにより多くのストレージ スペースが必要になるため、ストレージの観点からは高価になる可能性があります。 非圧縮ビデオには高いデータ レートが必要です。たとえば、1080p のビデオを 60 フレーム/秒で再生するには、約 370 メガ バイト/秒が必要です。[ 2 ]非可逆コーデックは、許容できるフレーム レートと解像度で非圧縮または可逆圧縮されたビデオに必要な量のデータを提供できないため、Blu-ray やインターネット経由のストリーミング ビデオを実現可能にします。画像も、動画や音声と同様に、世代劣化の影響を受ける可能性があります。
非可逆圧縮されたファイルではなく元のファイルから処理すると、通常、非圧縮の元のファイルから同じ出力を生成する場合よりも画質が劣化します。例えば、ウェブページ用の低解像度デジタル画像は、既に圧縮された高画質のJPEGファイルから生成するよりも、非圧縮のRAW画像から生成した方が優れています。
デジタルシステムでは、他の利点から用いられる非可逆圧縮コーデックやアルゴリズムなどのいくつかの技術は、世代損失を引き起こす可能性があり、慎重に使用する必要があります。しかし、デジタルファイルのコピー自体には世代損失は発生しません。完全なコピーチャネルが使用されれば、コピーされたファイルはオリジナルと同一になります。
デジタル変換の中には可逆的なものもあれば、そうでないものもあります。可逆圧縮は定義上、完全に可逆的ですが、非可逆圧縮では復元できないデータが失われます。同様に、多くのDSP処理は可逆的ではありません。
したがって、可逆圧縮コーデックを使用する際に生成損失を回避するためには、音声または映像信号経路を最初から最後まで慎重に計画し、複数の変換を最小限に抑えるように再構成することが重要です。デジタル技術は生成損失を完全に排除できる可能性を秘めているにもかかわらず、ソース、デスティネーション、および中間段階におけるピクセル数やサンプリングレートを恣意的に選択すると、デジタル信号が著しく劣化してしまうことがよくあります。
同様に、非可逆圧縮を使用する場合も、理想的には、ファイルに関わるワークフローの最後に、必要な変更がすべて完了した後に、一度だけ実行するのが望ましい。
非可逆フォーマット間の変換（同じフォーマットへのデコードと再エンコード、異なるフォーマット間の変換、または同じフォーマットの異なるビットレートやパラメータ間の変換など）は、生成損失を引き起こします。
非可逆圧縮と非可逆解凍を繰り返すと、特に世代間でパラメータが一貫していない場合は、世代損失が発生する可能性があります。理想的には、アルゴリズムは冪等性（信号を復号化してから同じ設定で再エンコードしても損失がない）とスケーラブル性（より低い品質設定で再エンコードしても、元の信号からエンコードした場合と同じ結果が得られる）の両方を備えている必要があります（スケーラブルビデオコーディングを参照）。より一般的には、特定のエンコーディングの異なるパラメータ間でのトランスコーディングは、理想的には最大の共通共有品質をもたらします。たとえば、4ビットの赤と8ビットの緑を持つ画像から、8ビットの赤と4ビットの緑を持つ画像に変換すると、理想的には、それ以上の劣化なしに、単に4ビットの赤の色深度と4ビットの緑の色深度を持つ画像が得られます。
非可逆圧縮アルゴリズムの中には、この点で他のものよりはるかに劣るものがあり、冪等性もスケーラビリティも備えておらず、パラメータを変更するとさらに劣化を招く。
例えば、JPEGでは、画質設定を変更すると異なる量子化定数が使用され、さらに画質が劣化します。また、JPEGは16×16ブロック（またはクロマサブサンプリングに応じて16×8、8×8）に分割されるため、8×8の境界に収まらない切り抜きを行うとエンコードブロックがずれ、画質が大幅に劣化します。回転時にも同様の問題が発生します。これは、 jpegtranなどの切り抜きツールを使用することで回避できます。ビデオのキーフレームが世代間で一致しない場合も、同様の劣化が発生します。
画像スケーリングなどのデジタルリサンプリングやその他のDSP技術は、基となるストレージがロスレスであっても、使用するたびにアーティファクトを発生させたり、信号対雑音比（S/N比）を低下させたりする可能性があります。コピーのコピーを作成する場合、画像の品質は「世代」ごとに劣化します。
JPEGなどの非可逆画像フォーマットでは、ファイルの編集と保存を繰り返すと画質が劣化します。JPEGファイルを直接コピーすれば画質は維持されますが、画像編集ソフトで開いて保存すると、再エンコードされた新しいバージョンが作成され、微妙な変化が生じます。FacebookやX（旧Twitter）などのソーシャルメディアプラットフォームは、ストレージと帯域幅を最適化するために、アップロードされた画像を自動的に低品質設定で再エンコードするため、圧縮による劣化がさらに悪化します。このように再エンコードや処理を繰り返すと、時間の経過とともに画像の品質が著しく低下する可能性があります。
リサンプリングはエイリアシングを引き起こし、低周波成分をぼかし、高周波ノイズを追加してギザギザを生じさせます。一方、計算結果を有限精度に収めるために丸めると量子化が発生し、バンディングが生じます。ディザリングで修正すると、これはノイズになります。どちらの場合も、最悪の場合、信号のS/N比が低下し、アーティファクトが発生する可能性があります。量子化は、編集時に高精度（特に浮動小数点数）を使用し、最後に固定精度に戻すことで軽減できます。
多くの場合、具体的な実装は理論上の理想に及ばない。
コピーを何世代にもわたって繰り返すと、画像の歪みや劣化が生じます。[ 3 ] InstagramやYouTubeなどのプラットフォームにコンテンツを繰り返しダウンロードして再投稿/再アップロードすると、画質が著しく劣化する可能性があります。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] VHSテープのコピーでも同様の効果が確認されています。[ 7 ]これは、両方のサービスが、アップロードされるデータが既にサービスにホストされているデータの複製であっても、アップロードされるすべてのデータに非可逆コーデックを使用しているためです。一方、VHSはアナログ媒体であり、干渉によるノイズなどの影響が録画に大きく影響する可能性があります。