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） 　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 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 標本化 アナログ情報を読み取る 量子化 読み取った情報を、一番近い整数値で近似する。 　アナログ情報を読み取る 量子化 　読み取った情報を、一番近い整数値で近似する。 整数値をビット列に変換して、A/D変換が終了

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。 ダイナミックレンジ（取込精度） 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 赤 255 緑 青 黒 白

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 　　　　　　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 １画素目 255 ２画素目 ３画素目 ４画素目 ５画素目 ６画素目 ７画素目 ８画素目 データ１ 255 ２ データ２ ３ ２画素目 ３画素目 ４画素目 ５画素目 ６画素目 ７画素目 ８画素目 １画素 データ１ 255 ２ データ２ ３ データ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 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。 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 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, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 0, 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