圧縮アーティファクト(あっしゅくアーティファクト、英語: compression artifact)とは、非可逆圧縮の適用によって引き起こされるメディア(画像、音声、映像)の顕著な歪みである。単にアーティファクトともいい、日本語ではアーチファクトとも表記・発音される。
非可逆圧縮では、必要なディスクスペースに格納するか、帯域幅(ストリームされるメディアのビットレート)の制限内で送信(またはストリーミング)するのに十分なように、メディアのデータの一部が破棄される。圧縮機構にて、圧縮されたデータから元のデータを再現するのに十分なデータを生成できなかった場合、再生時に品質の低下もしくは圧縮アーティファクトが現れることになる。あるいは、圧縮アルゴリズムは、主観的に重要でない歪みと視聴者にとって不快な歪みとを区別するのに十分にインテリジェントではないかもしれない。
圧縮アーティファクトは、DVD、JPEG、MP3、MPEGなどの一般的なコンピュータファイルフォーマット、ミニディスクフォーマットなどのコンパクトディスクの代替品など、多くの一般的なメディアで発生する。非圧縮メディア(レーザーディスク、オーディオCD、WAVファイルなど)や可逆圧縮メディア(FLAC、PNGなど)は、圧縮アーティファクトの影響を受けない。
知覚可能な圧縮アーティファクトの最小化は、非可逆圧縮アルゴリズムを実装する際の重要な目標である。しかし、圧縮アーティファクトは時には、グリッチ・アート[1]やデータモッシュ[2]として知られるスタイルで芸術的目的のために意図的に制作される。
技術的に言えば、圧縮アーティファクトは、通常、非可逆圧縮における量子化(英語版)の結果である、特定のクラスのデータ誤りである。変換符号化(英語版)が使用される場合、それらは、通常、符号化器の変換空間の基底関数の1つの形式をとる。
画像テキストと空白が混在した、わずかにノイズの多い画像に対するJPEG圧縮の効果の説明。テキストはWikipediaの会話ページからのスクリーンキャプチャで、ノイズが追加されている(Paint.NETの強度10)。アニメーションの1フレームがJPEG(quality 90)として保存され、リロードされた。その後、両方のフレームをファクタ4(最近傍補間)でズームした。
JPEG画像圧縮などの量子化のためのブロックベースの符号化を実行する場合、いくつかのタイプのアーティファクトが現れる可能性がある。
リンギング(英語版) (ringing)
コンタリング (contouring)
ポスタライジング(英語版) (posterizing)
曲線の輪郭に沿った階段状のノイズ(エイリアシング)
ビジー領域におけるブロックノイズ (blockiness[3])(ブロック境界アーティファクト、マクロブロック、キルティング、チェッカーボードとも呼ばれる)
パターンマッチングを使用して類似のシンボルを重複排除する他の非可逆圧縮アルゴリズムでは、印刷されたテキストのエラーを検出するのが困難である。例えば、数字の「6」と「8」が置き換えられることがある。これは特定の複写機でJBIG2を使用すると発生することが確認されている[4][5]。
ブロックノイズ詳細は「ブロックノイズ」を参照JPEG画像のブロックノイズ。平坦なブロックは、粗い量子化によって生じる。変換ブロック境界での不連続性が知覚可能なレベルになっている。
低ビットレートでは、ブロックベースの非可逆圧縮の符号化方式において、ピクセルブロックおよびブロック境界に目に見えるアーティファクトが発生する。これらの境界は、変換ブロック境界、予測ブロック境界、またはその両方に発生し、マクロブロックの境界と一致することもある。マクロブロックという用語は、アーティファクトの原因にかかわらず、一般的に使用される。他の名前にはタイル化 (tiling)[6]、モザイク化 (mosaicing)、ピクセル化 (pixelating)、キルト化 (quilting)、チェッカーボード化 (checkerboarding) などがある。
ブロックアーティファクトは、ブロック変換符号化の原理の結果である。変換(離散コサイン変換など)は、画素ブロックに適用され、非可逆圧縮を達成するために、各ブロックの変換係数が量子化される。ビットレートが低いほど、係数はより粗く表され、より多くの係数はゼロに量子化される。統計的には、画像は高周波成分よりも低周波成分を含んでいるため、量子化後に残る低周波成分であり、ぼやけた低解像度のブロックになる。最も極端な場合には、ブロックの平均色を表す係数であるDC係数のみが保持され、変換ブロックは再構成後に単色になる。
この量子化プロセスは各ブロックに個別に適用されるため、隣接するブロックは係数を別々に量子化する。これにより、ブロック境界で不連続性が発生する。これらは、この効果をマスクするディテールがほとんどない平坦な領域で最もよく見える。
画像のアーティファクトの削減詳細は「デブロッキングフィルタ」および「en:Deblocking filter」を参照
画像圧縮効果を低減するために様々なアプローチが提案されている。これらの方法の多くは、標準化された圧縮・展開技術を使用し、圧縮の利点(伝送コストやストレージコストの低減など)を維持するために、「後処理」、すなわち、受信または閲覧したときに画像を処理する。全ての場合において、画像品質を改善するための後処理技術は示されていない。結果的に、広く普及しているものはないが、一部は実装されており、独自のシステムで使用されている。例えば、多くの写真編集プログラムには、独自のJPEGアーティファクト低減アルゴリズムが組み込まれている。コンシューマ機器では、この後処理は「MPEGノイズリダクション」と呼ばれることがある[7]。
映像Example of image with artifacts due to a transmission error
MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4のように動き予測を使用すると、圧縮アーティファクトが数世代の圧縮解除されたフレームに残り、画像の視覚的な流れに伴って移動し、ペイント効果とシーン内のオブジェクトと一緒に動く「汚れ」の間の一部分として特有の効果をもたらす傾向がある。
圧縮されたビットストリームのデータエラーは、おそらく伝送エラーのために、大きな量子化エラーに似たエラーを引き起こすか、またはデータストリームの解析を短時間中断させ、ピクチャの「分割」につながる。