Transcript 授業展開：3

授業展開＃３
アナログとデジタル
アナログとデジタル
アナログの例
レコード、オーディオカセットテープ、レーザー
ディスク、VHS、BSアナログ、アナログ携帯
電話
デジタルの例
CD、DVD、コンピュータ、D-VHS、BSデジタ
ル、CSデジタル、地上波デジタル、デジタル
携帯電話
アナログ情報、デジタル情報とは
 デジタル（離散量）
リンゴの数のように、１個、２個と数えることが
できる量
 アナログ（連続量）
重さや長さのように、厳密に量ればいくらでも
細かく測れる量
デジタル量はコンピュータで処理が可能
アナログ情報の伝送と記録
 伝送
減衰やノイズ
 記録 劣化
アナログ情報をデジタル化することで問題点を
改善可能
アナログ情報をデジタル化すること A/D変換
デジタル化された情報をアナログ情報に戻すこ
と D/A変換
A/D変換 標本化と量子化
11
標本化
アナログ情報を読み取る

10
9
8
7
6
5
4
量子化
読み取った情報を、一番近い
整数値で近似する。

3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
11
10
9
8
7

整数値をビット列に変換して、
A/D変換が終了
6
5
4
3
2
1
0
デジタルの利点
 通信、記録などに対して情報の劣化がない
 時間の経過や使用による情報の劣化がない
 高密度記録
 高速通信
 暗号化可能
 圧縮可能
 編集が容易
 画像、音声、動画を同じCD－ROMに保存可
能
デジタルの欠点


A/D変換時に劣化あり。標本化、量子化の段階で誤差が入
る。 完全に元の波形を再現できない。
離散
値の離散：連続的な入力に対して、変換値がとびとびになる。
時間の離散：取り込みや処理に時間がかかるため、時間が
とびとびになる。
（ダ
取イ
込ナ
精ミ
度ッ
）ク
レ
ン
ジ
サンプリング（時間）
CDの例
直径：１２ｃｍ、厚さ：１．２ｍｍ
 トラックピッチ：１．6μｍ
 サンプリング周波数：４４．１ｋHz
 ダイナミックレンジ：１６ビット（２１６＝６５，５３６）
 ２ｃｈ、74分（７４分）、（容量：７８０/640ＭＢ）
 転送速度：１５０ｋＢ／ｓ
 CDの容量：４４，１００×１６×２×７４×６０÷８＝
783,216,000byte=747MB

１秒間に４４，１００回のサンプリング
 ６５，５３６段階に量子化

画像の量子化
 色のデジタル化
 R、G、B
各８ビットとする（ ２８＝２５６階調）
 ２８×２８×２８＝２２４＝１６，７７７，２１６色
加法混色
R
G
B
赤
255
0
0
緑
0
0
255
青
0
255
0
黒
0
0
0
白
255
255
255
画像表示
アナログ画像を小さなマス目に分けて、
それぞれを量子化する
２画素
１画素
１画素目データ
Ｒ１ Ｇ１ Ｂ１
２画素目データ
Ｒ２ Ｇ２ Ｂ２
・・・・・・・
画素数




ＶＧＡ（Video Graphics Array）：
横 ６４０×縦 ４８０ドット
ＳＶＧＡ（Super Video Graphics Array） ：
横 ８００×縦 ６００ドット
ＸＧＡ（eXtended Graphics Array） ：
横１０２４×縦 ７６８ドット
ＳＸＧＡ（Super eXtended Graphics Array） ：
横１２８０×縦１０２４ドット
VGA規格RGB各８ビットの１画面の情報量
８×３×６４０×４８０＝７，３７２，８００ビット
＝９２１，６００バイト
＝９００ｋバイト
動画（ビデオ画像）の場合
 １秒間に３０コマの場合
 １秒間の画像データを蓄えておく場合には３０
倍の容量が必要である。
情報通信
 １秒間に送信できる情報量ｂｐｓ（bits per
second）
 アナログ電話回線：28.8ｋｂｐｓ～
 ISDN：６４ｋｂｐｓ
 ADSL：８～４０Mｂｐｓ
 CD：1.4Mbps
 デジタル衛星：1.5～３０Mbps
 光ファイバー：１００Ｍｂｐｓ
情報の圧縮
 音声圧縮（MP3）
 静止画像圧縮（JPEG）
 動画圧縮（MPEG）
音声圧縮

音は空気の振動であり、これは三角関数（コサイン
など）の和で表すことができる。（離散コサイン変換）
F1=a1cosb1x
F2=a2cosb2x
F3=a3cosb3x
F4=a4cosb4x
・・・・・・・・・・・
Fn=ancosbnx

また、三角関数の和により、元の音に戻すことができ
る。この際、影響度の小さい関数を省略することによ
り、情報を圧縮する。（ＭＰ３）
画像圧縮１
２画素
１画素
１画素目
255
0
0
２画素目
255
0
0
３画素目
0
0
255
４画素目
0
0
255
５画素目
0
0
255
６画素目
0
255
0
７画素目
0
255
0
８画素目
0
255
0
データ１
255
0
0
２
データ２
0
0
255
３
データ３
0
255
0
３
画像圧縮２
６ドット
６ドット
３６ドット分のデータ
連続関数へ変換
三角関数の和に変換
Fn=ancosbnx
コーディック（Codec)
 無圧縮の動画データは非常に大きいので、
特定の形式で符号化圧縮（エンコード）させ、
再生時に展開（デコード）する。この時に利用
する装置やソフトウェアをコーディックという。
 音声用コーディック：LAME, Ogg Vorbis,
AC3Filter
 動画用コーディック：DivX5, WMV, WMA,
XviD, Huffyuv, x264
コーディックの比較
条件：500kbps
WME9
ＸviD
http://head.egoism.jp/
演習
①
②
加法混色においてR、G、B 各３ビットとす
ると表現できる色の数はいくつか？
ＳＸＧＡ、ＲＧＢ各８ビットの場合の情報量は
何ビットか。
③
ＳＸＧＡ、ＲＧＢ各８ビット、毎秒３０コマとする。１０
分間の情報量は何ビットか
④
１０進数の１～１０までを２進数で表現せよ。
加法混色においてR、G、B 各３ビットとす
ると表現できる色の数はいくつか？
 Ｒ：２３
赤において表現出来る色の種類
 Ｇ：２３ 緑において表現出来る色の種類
 Ｂ：２３ 青において表現出来る色の種類
 すなわち
２３ × ２３ × ２３ ＝８×８×８＝５１２色
ＳＸＧＡ、ＲＧＢ各８ビットの場合の情報
量は何ビットか
 ＳＸＧＡ：横１２８０×縦１０２４ドット
８×３×１２８０×１０２４＝31,457,280ビット
＝3,932,160バイト
＝3,840ｋバイト
＝3.75Ｍバイト
ＳＸＧＡ、ＲＧＢ各８ビット、毎秒３０コマとす
る。１０分間の情報量は何ビットか
１コマの情報量
８×３×１２８０×１０２４＝31,457,280ビット
１０分間＝１０×６０×３０＝18,000コマ
総情報量
31,457,280×18,000＝5.6623104×1011ビット
～66ＧＢ
１０進数の１～１０までを２進数で表現
せよ
 0,
 0,
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
1, 10, 11, 100, 101, 110, 111,
1000, 1001, 1010
ＰＣ演習
 日本語入力
 ワード基礎（文章の成形、文字飾り）
 タブ、段落、センタリングなど
 フォント、サイズ、文字飾り
 ヘッダー、フッター
 ワード基礎（表の作成、図の作成）
 表の作成と書式設定（幅など）
 図の作成