授業展開#3 アナログとデジタル.

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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