高圧縮を実現するＭＲ符号化技術

高圧縮を実現するＭＲ符号化技術

ＭＲ符号化とは

「エムアール符号化」は、紙に書いた文字や絵を、電気信号に変えて送る機械である「ファクシミリ」で使われている技術です。画像の情報を、少ないデータ量で送るために使われています。「エムアール」は「修正リード」の略で、正式には「修正リード符号化」といいます。世界中で共通して使えるように、国際的な規格にもなっています。

この技術は、日本で開発された「リード符号化」を改良したものです。同じような情報が何度も繰り返されていると、データの量は増えてしまいます。これを「冗長性（じょうちょうせい）」といいます。エムアール符号化では、この冗長性を減らすことで、より少ないデータ量で画像を送ることができるように工夫されています。

では、どのようにしてデータ量を減らしているのでしょうか。ファクシミリで送る画像は、白と黒の小さな点の集まりでできています。この点を「画素（がそ）」といいます。エムアール符号化では、前の行と次の行で、画素がどのように変化したかを記録します。例えば、ある行と次の行でほとんど変化がない場合は、変化した画素の位置の情報だけを記録します。

一枚の絵を、たくさんの横線で区切られた領域に分けて、それぞれの領域を記録していく様子を想像してみてください。それぞれの領域の中で、前の行と同じ色の部分は記録する必要がありません。変化した部分だけを記録すればよいのです。多くの場合、前の行と次の行では、色が大きく変わる部分は少ないでしょう。つまり、記録する情報が少なくて済むということです。このように、エムアール符号化では、画像データの中に隠れている、行と行の間の強い結びつきを利用して、上手にデータ量を減らしているのです。

圧縮の仕組み

黒と白の二色で描かれた絵を、少ないデータ量で記録する方法の一つに、エムアール符号化というものがあります。これは、主に白と黒が入れ替わる場所を記録することで、全体のデータ量を減らす工夫です。

たとえば、白い紙に黒い線が引かれている様子を思い浮かべてください。一枚の絵を上から順に一行ずつ見ていくと、ほとんどの場所は白く、黒い線がある部分だけが黒くなっています。エムアール符号化では、前の行と今の行を比べて、色が白から黒、あるいは黒から白に変わった場所だけを記録します。色が変わっていない場所は記録する必要がないため、データの量を大幅に減らすことができるのです。

この方法は、事務仕事でよく使われるファクシミリで送る文書に特に適しています。ファクシミリで送る文書は、大抵の場合、白い紙に黒い文字や図が描かれています。つまり、ほとんどの部分が白く、色が変わる場所は少ないということです。そのため、エムアール符号化を使うと、データ量をとても効率的に減らすことができます。

具体的には、色が変わる場所を記録する際に、その間隔を短い記号で表す工夫がされています。たとえば、前の行から数えて三つ目の場所で色が変わり、その次に五つ目の場所で色が変わったとします。この場合、「三、五」という風に場所を記録するよりも、その間隔である「三、二」と記録する方が、使う記号の数が少なくて済みます。このように、間隔を短い記号で表すことで、さらにデータ量を小さくすることができるのです。

このように、エムアール符号化は、白黒の絵を少ないデータで記録するための、賢い工夫が詰まった方法です。

エラー対策

情報を伝える際に、どうしても間違いが起こってしまうことがあります。まるで電話で話をしている時に、雑音で相手の声が聞き取れなくなってしまうようなものです。この間違いを防ぐために、ＭＲ符号化では、特別な工夫が凝らされています。それは、一定の間隔で「ＭＨライン」と呼ばれる特別な行を画像データの中に差し込むことです。

このＭＨラインは、例えるなら、本の章と章の間に挟まれた空白ページのようなものです。前の章の内容とは全く関係がなく、次の章の内容にも影響を与えません。もし、何らかの原因で、データに誤りが生じてしまったとしても、その影響はこのＭＨラインまでの範囲で食い止められます。ＭＨラインより後ろの情報に誤りが広がっていくのを防ぐことができるのです。これは、家の火災で例えると、隣家への延焼を防ぐ防火壁のような役割を果たします。全体に被害が及ぶのを防ぎ、被害を最小限に抑えることができるのです。

また、ＭＨラインをどれくらいの頻度で入れるかを変えることで、データの正確さとデータの量のバランスを調整することができます。ＭＨラインを頻繁に挿入すれば、誤りへの対策はより万全になりますが、その分データの量は増えてしまいます。逆に、ＭＨラインの挿入頻度を減らせば、データの量は減りますが、誤りが起きた際の被害範囲が広がる可能性が高くなります。状況に応じて、適切なバランスを見つけることが重要です。まるで、警備員の人数を増やせば安全性は高まるがコストも増えるのと同じように、バランスが大切なのです。

改良型ＭＭＲ

改良型修正ハフマン符号化（改良型ＭＭＲ）は、修正ハフマン符号化（ＭＲ）をさらに進化させた符号化方式です。

ＭＲは、白黒の画像データにおいて、白から黒、あるいは黒から白に変化する位置を記録することでデータ量を圧縮します。しかし、同じ色が長く続く部分では、変化位置の情報が少なくなるため、データの圧縮効率が低下するという課題がありました。

改良型ＭＭＲはこの課題を解決するために、色の変化位置だけでなく、白黒が連続する長さの情報も利用しています。例えば、白が10個連続する場合は「白10個」と記録することで、変化位置を10回記録するよりもデータ量を削減できます。同様に、黒が20個続く場合も「黒20個」と記録することで、効率的に圧縮できます。

このように、改良型ＭＭＲは、連続する白黒の画素が多い場合に生じる冗長性を排除することで、ＭＲよりも高い圧縮率を実現しています。つまり、同じ色が長く続くほど、改良型ＭＭＲの圧縮効率は高くなるのです。

この改良型ＭＭＲは、ＭＲと同様に、書類送受信機の国際標準規格として採用されています。そのため、現代の書類送受信機通信において重要な役割を果たしており、高速かつ効率的な通信を支えています。改良型ＭＭＲは、書類送受信機だけでなく、白黒画像の圧縮が必要な様々な分野で活用できる可能性を秘めています。

ＭＲを改良することで生まれた改良型ＭＭＲは、データ圧縮技術の進歩における重要な一歩と言えるでしょう。

今後の展望

伝真通信の分野で長年使われてきた符号化方式である修正修正リードソロモン符号、略してエムアール符号は、その信頼性と効率性から、なくてはならない技術でした。まるで、紙に書かれた情報を正確に、しかも素早く相手に届けるための魔法の言葉のようでした。しかし、時代の流れは速く、今ではインターネットや電子メールといった、より手軽で便利な通信手段が主流となっています。そのため、伝真を使う機会は減り、エムアール符号の出番も少なくなってきました。

とはいえ、エムアール符号の持つ技術的な価値は、今もなお色あせていません。その巧みな情報圧縮の仕組みは、他の画像圧縮技術にも応用できる可能性を秘めています。例えば、病院で使われる医療画像や、宇宙から送られてくる衛星画像は、非常に細かい部分まで鮮明に記録されているため、データ量が膨大になりがちです。このような高解像度でデータ量の多い画像を扱う際に、エムアール符号の考え方が役立つかもしれません。具体的には、エムアール符号で使われている、画像の特徴を捉えて効率的にデータを圧縮する技術を応用することで、医療画像や衛星画像の保存や伝送にかかる負担を軽減できる可能性があります。

現在もエムアール符号の改良や、全く新しい圧縮技術の開発は続けられています。日進月歩で進化する情報化社会において、効率良くデータを圧縮する技術への需要はますます高まっています。動画配信やオンライン会議、遠隔医療など、私たちの生活は大量のデータのやり取りに支えられており、その流れは今後ますます加速していくでしょう。このような状況下において、エムアール符号を基盤とした、より高性能な圧縮技術の登場が期待されます。エムアール符号は、過去の技術として忘れ去られるのではなく、未来の情報社会を支える重要な技術へと進化していく可能性を秘めているのです。