変換コーディング

変換コーディングは、オーディオ信号や写真画像などの「自然な」データに対するデータ圧縮の一種です。変換自体は通常、ロスレス（完全に可逆）ですが、より良い（よりターゲットを絞った）量子化を可能にするために使用され、その結果、元の入力の低品質のコピー（非可逆圧縮）が生成されます。

変換コーディングでは、アプリケーションに関する知識を使用して破棄する情報を選択し、帯域幅を低下させます。残りの情報は、さまざまな方法で圧縮できます。出力をデコードすると、結果は元の入力と同じではない可能性がありますが、アプリケーションの目的には十分近いものになると予想されます。

カラーテレビ

NTSC

最も成功した変換エンコードシステムの 1 つは、通常、そのようには呼ばれません。例として、NTSCカラーテレビが挙げられます。1950 年代の広範な一連の研究の後、Alda Bedford は、人間の目は白黒に対してのみ高解像度であり、黄色や緑などの「中間範囲」の色に対してはやや解像度が低く、スペクトルの端にある赤や青に対しては解像度がはるかに低いことを示しました。

この知識を利用して、RCA は、カメラから送られてきた青色信号のほとんどを破棄し、緑色信号のほとんどを残し、赤色信号の一部のみを残すシステムを開発することができました。これが、YIQ 色空間におけるクロマサブサンプリングです。

その結果、位相変調差動信号として既存の 6 MHz 白黒信号に収まる、かなり少ない内容の信号が生まれます。平均的なテレビは 1 行あたり 350 ピクセル相当を表示しますが、テレビ信号には青の約 50 ピクセルと赤の約 150 ピクセル分の情報しか含まれていません。ほとんどの場合、視聴者にはこのことはわかりません。なぜなら、目は「失われた」情報をほとんど利用しないからです。

PAL と SECAM

PAL システムと SECAM システムは、色を伝送するためにほぼ同一または非常に類似した方法を使用します。いずれの場合も、両方のシステムでサブサンプリングが行われます。

デジタル

この用語は、デジタルメディアやデジタル信号処理でより一般的に使用されています。この点で最も広く使用されている変換コーディング手法は、離散コサイン変換（DCT）です。 ^[1]^[2]は1972年にNasir Ahmedによって提案され、 ^[3]^[4] Ahmedは1974年にT. NatarajanおよびKR Raoと共同で発表しました。^[5]このDCTは、離散コサイン変換ファミリーのコンテキストでは、DCT-IIと呼ばれます。これは、一般的なJPEG 画像圧縮規格の基礎であり、^[6]は画像の小さなブロックを調べて周波数領域に変換し、より効率的な量子化（非可逆）およびデータ圧縮を行います。ビデオコーディングでは、H.26xおよびMPEG規格が、動き補償を使用して動画内のフレーム間でこのDCT画像圧縮手法を変更し、一連のJPEGに比べてサイズをさらに削減します。

オーディオコーディングでは、MPEGオーディオ圧縮は、テレビモデルと同様に、信号の部分に対する人間の耳の感度を記述する心理音響モデルに従って変換されたデータを分析します。MP3は、修正離散コサイン変換（MDCT）と高速フーリエ変換（FFT）を組み合わせたハイブリッドコーディングアルゴリズムを使用します。 ^{[7]その後、純粋なMDCTアルゴリズムを使用して圧縮効率を大幅に向上させた}Advanced Audio Coding （AAC）が採用されました。^[8]

アナログ信号をデジタル化する基本的なプロセスは、1 つ以上のドメインでのサンプリングを変換として使用する一種の変換コーディングです。

参照

参考文献

^ Muchahary, D.; Mondal, AJ; Parmar, RS; Borah, AD; Majumder, A. (2015). 「DCT の効率的な計算のための簡略化された設計アプローチ」。2015年第 5 回国際通信システムおよびネットワーク技術会議。pp. 483–487。doi :10.1109/ CSNT.2015.134。ISBN 978-1-4799-1797-6.S2CID 16411333 。
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[Muchahary-1] Muchahary, D.; Mondal, AJ; Parmar, RS; Borah, AD; Majumder, A. (2015). 「DCT の効率的な計算のための簡略化された設計アプローチ」。2015年第 5 回国際通信システムおよびネットワーク技術会議。pp. 483–487。doi :10.1109/ CSNT.2015.134。ISBN 978-1-4799-1797-6.S2CID 16411333 。

[2] チェン、ワイカイ (2004)。電気工学ハンドブック。エルゼビア。p. 906。ISBN 9780080477480。

[Ahmed-3] Ahmed, Nasir (1991年1月). 「離散コサイン変換の考案」.デジタル信号処理. 1 (1): 4–5. doi :10.1016/1051-2004(91)90086-Z.

[Stankovic-4] Stanković, Radomir S.; Astola, Jaakko T. (2012). 「DCT 初期の研究の回想: KR Rao 氏へのインタビュー」(PDF) .情報科学黎明期からの転載. 60 . 2019 年10 月 13 日閲覧。

[pubDCT-5] Ahmed, Nasir ; Natarajan, T.; Rao, KR (1974 年 1 月)、「離散コサイン変換」、IEEE Transactions on Computers、C-23 (1): 90–93、doi :10.1109/TC.1974.223784、S2CID 149806273

[t81-6] 「T.81 – 連続階調静止画像のデジタル圧縮および符号化 – 要件とガイドライン」(PDF) 。CCITT。1992年9月。 2019年7月12日閲覧。

[Guckert-7] Guckert, John (2012年春)。「MP3オーディオ圧縮におけるFFTとMDCTの使用」(PDF)。ユタ大学。 2019年7月14日閲覧。

[brandenburg-8] Brandenburg, Karlheinz (1999). 「MP3 と AAC の説明」(PDF)。2017 年 2 月 13 日のオリジナルからアーカイブ(PDF) 。