データ圧縮（ハフマン符号化）とは？

データ圧縮（ハフマン符号化）の意味

データの可逆圧縮技術の代表例。出現頻度の高い文字ほど短いビット列を、出現頻度の低い文字ほど長いビット列を割り当てることで、全体のデータ量を削減する符号化方式（ハフマン符号化）。

データ圧縮（ハフマン符号化）の具体例

「a」が非常に多く「z」がほとんど出現しない文章では、「a」に2ビット、「z」に8ビットのように可変長の符号を割り当てることで、全員に固定8ビットを割り当てる場合よりデータ量を圧縮できる。

データ圧縮（ハフマン符号化）は試験でどう引っ掛けられる？

ハフマン符号化は元のデータを完全に復元できる可逆圧縮で、JPEGやMP3のような非可逆圧縮と混同しないこと。またどんなデータでも縮むわけではなく、すべての文字の出現頻度が等しい場合は圧縮効果がない（乱数列などではむしろ増えうる）。可変長符号でありながら区切り記号なしに復号できるのは、どの符号も他の符号の先頭部分にならない（語頭条件を満たす）ように割り当てているからで、単に「短い符号を割り当てる」だけでは復号できない。

データ圧縮（ハフマン符号化）が出た過去問

• 800×600ピクセル、24ビットカラーで30フレーム／秒の動画像の配信に最小限必要な帯域幅はおよそ幾らか。ここで、通信時にデータ圧縮は行わないものとする。

  正解：350Mビット／秒

  要点：非圧縮動画の帯域＝画素数×色深度×フレームレート

  1フレームのデータ量は800×600＝480,000画素に24ビットを掛けて11,520,000ビットである。これを毎秒30フレーム送るので11,520,000×30＝345,600,000ビット／秒となり、およそ350Mビット／秒が必要になる。非圧縮の動画は帯域を大量に消費することが分かる。

  出典：令和2年度 10月 応用情報技術者試験 午前 問25（IPA）

• 800×600ピクセル、24ビットカラーで30フレーム／秒の動画像の配信に最小限必要な帯域幅はおよそ幾らか。ここで、通信時にデータ圧縮は行わないものとする。

  正解：350Mビット／秒

  要点：非圧縮動画の帯域は画素数×色深度×フレームレートで求める

  1フレームのデータ量は800×600×24ビット＝11,520,000ビットである。これを毎秒30フレーム送るので、11,520,000×30＝345,600,000ビット／秒となり、およそ350Mビット／秒が必要になる。非圧縮の動画像は帯域を大量に消費することが分かる。

  出典：令和6年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問26（IPA）