JPEGとは：画像圧縮の仕組み・画質・拡張子(.jpg/.jpeg)と用途解説

JPEGの仕組み・画質・拡張子(.jpg/.jpeg)と用途をわかりやすく解説。圧縮の違いや最適設定で写真・Web利用をもっと効率化。

コンピューティングにおいて、JPEGファイル形式は、デジタル画像を圧縮するために使用されるファイル形式である。圧縮量は変更することができます。画像が高画質であれば、大量のストレージを使用し、低画質であれば、少量のストレージを使用します。低画質の場合は、ストレージの小さな量を取ることになります。JPEGファイル形式は、WWWでよく見かける形式です。JPEGという単語は、このフォーマットを作成したJoint Photographic Experts Groupの略称です。JPEGファイルの拡張子は、.jpg、.jpeg、.jpeなどです。

基本的な仕組み（簡単な解説）

JPEGは主に写真などの自然画像向けに設計された非可逆圧縮方式です。元の画像データを人間の視覚特性に基づいて処理し、目立ちにくい情報を削ることでファイルサイズを小さくします。主な処理の流れは次のとおりです：

• カラー空間の変換（通常はRGB → YCbCr）で輝度と色差に分ける。
• チャンネルごとにブロック分割（一般に8×8ピクセル）して離散コサイン変換（DCT）を適用。
• 周波数成分ごとに量子化（量子化テーブルにより情報を削減）してデータを粗くする。
• 残った係数をランレングスやハフマン符号化でさらに圧縮。

画質とファイルサイズの関係

JPEGでは「画質（quality）」パラメータを調整して、圧縮率と見た目の品質をトレードオフできます。数値を下げるほどファイルは小さくなりますが、ブロックノイズやリング状のアーティファクトが目立つようになります。一般的な目安：

• 高画質（品質90〜100）：ほとんど劣化が見えないがファイルサイズは大きい。
• 標準（品質75〜85）：ウェブ用途でバランスが良い設定。画質とサイズの両立。
• 低品質（品質50以下）：目に見える劣化が顕著。写真以外の用途では避けたほうがよい。

主な特徴と制限

• 非可逆圧縮のため、圧縮による情報は元に完全には戻せない（再保存を繰り返すと劣化が蓄積）。
• 8bit/チャンネルが一般的で、アルファ（透明）チャンネルを持たないため透過は扱えない。
• 写真やグラデーションの多い画像に強いが、文字や線画、ロゴなどのようなエッジの多い画像ではブロック状の劣化が目立つ。
• EXIFなどのメタデータ（撮影情報、回転情報、ICCカラープロファイルなど）を埋め込める。
• プログレッシブJPEGという保存方法では、読み込み中に低解像度から徐々に表示されるため、Webでの体感速度が向上する場合がある。

用途（よく使われる場面）

• デジタルカメラの写真保存（カメラではRAWと同時にJPEGを生成することが多い）。
• ウェブ上の写真やサムネイル（表示速度とサイズのバランスが重要）。
• メール添付やSNS投稿など、ファイルサイズを抑えたい場面。

保存・編集時の注意点とコツ

• 編集は元データ（RAWやPNGなど）で行い、最終出力としてJPEGを作るのが望ましい。JPEGを繰り返し保存すると劣化が蓄積する。
• Web向けに画質とサイズのバランスを取る場合、品質75〜85あたりが一般的な出発点。
• 透過が必要な場合や、文字・図形が多い画像はPNGなど可逆フォーマットを検討する。
• 色の再現性が重要な場合はICCプロファイルを保持する（ただしすべての環境で同じように表示されるわけではない）。

JPEGとその他の形式の比較

• PNG：可逆圧縮で透過を扱える。線画やロゴに向くが写真ではファイルが大きくなりやすい。
• GIF：256色までの制限がありアニメーションが可能。写真用途には向かない。
• TIFF：高品質で可逆圧縮や多様なオプションを持つ。印刷やアーカイブ向け。
• 新しい規格（例：JPEG 2000 / JPEG XL）：高効率や可逆圧縮・高ダイナミックレンジ対応などの利点があるが、互換性や普及状況を確認する必要がある。

よくある問題（アーティファクト）

• ブロックノイズ（8×8ブロック境界が目立つ）
• リング状（輪郭）アーティファクト：エッジ周辺に不自然な縁取りが現れる
• 色帯（バンディング）：滑らかなグラデーションが段差状に見える

まとめ（実用的な指針）

• 写真や自然画像の配布・公開にはJPEGが最も使われる選択肢の一つ。
• 編集作業中は可逆または未圧縮の形式を使い、最終保存時に適切な品質設定でJPEGに変換する。
• Web向けはプログレッシブや適切な品質設定で容量を節約しつつ見た目を保つ。
• 透過や文字の多い画像、繰り返し編集する画像はJPEGではなくPNGやTIFFなどを選ぶ。

仕組み

YP_b P_r

JPEG圧縮でまず注目すべきは、各画素の色を保存する方法です。画像の各ピクセルには、その色を定義するために3バイトが割り当てられています。3 つのバイトはすべて 0 から 255 までの任意の値を持つことができ、3 つのバイトの可能な組み合わせはすべて別の色を表します。ほとんどのファイル形式では、色の定義にRGB形式が使用されています。RGBは、Red Green Blueの略です。3バイトのうち最初のバイトで、画素の色に含まれる赤の量がわかるので、このように名付けられました。2バイト目には緑、3バイト目には青が入ります。1バイト目の値が大きいほど、その画素はより赤く見えます。

JPEGも各ピクセルに3バイトを使いますが、YP_b P_r (YC_b C_r とも呼ばれます) フォーマットを使っています。この場合、1バイト目はそのピクセルの明るさを表します。2 バイト目には、その画素がどのくらい青いかが示されます。3バイト目には、その画素がどの程度赤いかが示されます。このカラーフォーマットでは、明るさは色とは別に保存されます。これは、画像を圧縮するときに便利な機能です。人間の目は色よりも明るさを見るのが得意なので、カラーバイト（P_b -バイトとP_r -バイト）にはより大きな圧縮を適用することができます。人間の目は明るさを見る方が得意なので、Yバイトにはあまり圧縮をかけず、圧縮後の画像の見栄えをよくします。

画像はRGB形式で保存されていることがほとんどなので、JPEG圧縮の最初のステップは、通常、RGB形式をYP_b P_r 形式に正しく変更することです。

離散コサイン変換

JPEGでは、画像を表現するためにコサイン関数を使用しています。そこで、コサイン関数について少しお話します。コサイン関数はこのような形になります。

コサイン関数が画素の色を表すには、コサイン関数の値が大きいほど、その画素は明るいと言うことになります。もし、明-暗-明の画素があれば、上の関数を使って定義することができます。

また、この機能は、より高い周波数を持つことも可能です。こんな風にね。

しかし、ここからが面白いところです。異なるコサイン関数の平均をとることで、異なる関数を作ることもできるのです。上の2つの関数の平均をとるとどうなるかというと、こうなります。

JPEGでは、8×8画素のブロックにDCTを適用しています。

量子化

ここまでは、画像を圧縮する過程で失われた情報ではありません。このステップでは、情報をフィルタリングしているのです。そのため、画質が低下するステップとなる。8×8画素のブロックごとに、周波数の高いコサイン関数を0にすることで、解凍したときの画像の見え方に影響を与えることができなくなる。

多くの値が0になるので、非常に簡単に圧縮できることになります。これはハフマン符号化を用いて行われます。ハフマンコーディングは、JPEG圧縮の最後のステップです。また、実際にデータが圧縮されるのはこのステップだけです。

コサイン


コサイン（2x）


(cos(x) + cos(2x))/ 2

質問と回答

Q: JPEGファイルフォーマットとは何ですか?

Q:圧縮率はどのように変えるのですか?

Q:高画質な画像はどうなるのか?

Q:JPEGファイルフォーマットはどこにあるのですか?

Q: "JPEG "という言葉は何の略ですか?

Q:JPEGファイルの一般的な拡張子は何ですか?

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