【ITパスポート試験】画像データなどはディジタルデータ変換し表現
アルファベットなどの文字は、あらかじめ数値を割り当てることで、文字データとして表現することができました。しかし、画像や音声などのデータは定型ではなく無限に数があるため、文字のように「番号（数値）を割り当てる」ことができません。
そこで、それぞれの形式にあったディジタルデータへ変換することで、数値として表現できるようにしています。
アナログデータとディジタルデータ
ディジタルとは、コンピュータなど機械でデータを扱う際の表現方法の一つで、対義語としてアナログがあります。身の回りにある、違いで例に挙げられる時計でみてみます。
- アナログ
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アナログ時計は、針が境目なく連続して回っていきます。このように連続して変化する情報のことをアナログデータと呼びます。アナログは「曖昧」で「切れ目のない」ものをそのまま表現でき、感覚的に理解することができます。
- ディジタル
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ディジタル時計は、カチャリカチャリと秒単位や分単位で数値の書き換えが行われます。ある範囲を規定の桁数で区切って、数値化したものをディジタルデータと呼びます。デジタルのメリットは、正確で再現性があるため、具体的で一定の数値により表現することができます。
ディジタルデータにするには数値化が必要
写真や音声、動画など自然界にある情報はいずれも連続した区切りのないアナログ情報です。このような情報をコンピュータで扱うためには、情報に区切りを持たせ、数値で表現できるように「ディジタルデータに変換」する必要があります。
画像データは点の情報を集めたもの
画像データであれば、点描画のような細かい点の集合と見なした上で、各点の色情報を数値化すればディジタルデータに変換できます。音声なら、微小な時間単位に波形を区切って、その単位ごとの音程を数値化するなどしてディジタル化します。
コンピュータの扱う、代表的な画像データのあらわし方はビットマップ方式です。これは、画像を細かいドットの集まりで表現します。例えば480×640ドットの画像データだった場合、その画像を構成するドットの数は307,200個です。
「色情報」を追加して絵になる
ドットの集まりを絵にするためには、「そのドットは何色か」という情報が必要になります。ドットひとつひとつに色情報というデータがぶら下がります。
画像をあらわすために必要なデータサイズは、1ドットの色情報を保持するために必要なビット数と、画像全体のドット数をかけ算することで求められます。
例えば480×640ドット、フルカラーの画像だった場合
ドット数：480×640＝307,200個
色数：フルカラー 24ビット
データサイズ：（307,200×24）／8＝921,600バイト
音声データは単位時間ごとに区切りを作る
音声データでは、アナログの波形データを、ディジタル化して数値表現する代表格はPCM（pulse code modulation）方式です。音声を微小な時間単位に区切り、その単位ごとの音程を数値化することで表現します。
標本化（サンプリング）
アナログデータを一定の時間単位で区切り、その時間ごとの信号レベルを標本として抽出する処理が標本化（サンプリング）です。まずは時間軸を「無段階の連続したアナログデータ」から「区切りのあるディジタルデータ」にします。
どのような間隔で標本を得るかを示すのが、サンプリング周波数です。
量子化
信号レベルを何段階で表現するか定め、サンプリングしたデータをその段階に当てはめて整数値に置き換える処理が量子化です。今度は縦軸の信号レベルを「無段階の連続したアナログデータ」から、「区切りのあるディジタルデータ」します。
各標本をこの段階にあてはめることで、数値化されたディジタルデータになります。
サンプリング周期を短く、量子化ビットを多くすることで原音に近くなる
サンプリング周期を短く、量子化ビット数は多くすることで、より原音に近いディジタルデータを作ることができますが、その分データ量が多くなります。
画像データなどはディジタルデータ変換し表現 まとめ
- 画像データのディジタルデータ化は、画像を色のついたドットとして数値化するビットマップ方式が代表的。
- 画像を表すために必要なデータサイズは、1ドットの色情報に必要なビット数×画像全体のドット数で求める。
- 音声データのディジタルデータ化は、微小な時間単位に区切り、その単位ごとの音程を数値化するPCM方式が一般的。
【ITパスポート試験】過去問題練習と解説
ディジタルデータ化-1（H29年春期）
問：音声などのアナログデータをディジタル化するために用いられるPCMにおいて，音の信号を一定の周期でアナログ値のまま切り出す処理はどれか。
ア：暗号化
イ：標本化
ウ：符号化
エ：量子化
出典：基本情報技術者試験ドットコム
ディジタルデータ化-2（H11年春期）
問：スキャナを使ってカラー写真のディジタル化を行う。このスキャナは解像度が600dpiで24ビットカラーの画像を取り込むことができる。データ圧縮を全く行わないとき、20cm×30cmのカラー写真1枚を保存するためのディスク容量は、およそ何Mバイトか。ここで1インチは2.5cmとし、1M＝10の6乗とする。
ア：10
イ：20
ウ：100
エ：200
出典：ITパスポート試験ドットコム
ディジタルデータ化-3（H11年秋期）
問：200dpiのプリンタを使って画像を加工せずに9×6（cm）の大きさで印刷したい。このとき、ディジタルカメラの解像度をいくつにして撮影するべきか。ここで、1インチ＝2.5cmとする。
ア：360×240
イ：720×480
ウ：960×640
エ：1,020×680
出典：ITパスポート試験ドットコム
ディジタルデータ化-4（H22年秋期）
問：PCの画面表示の設定で、解像度を1,280×960ピクセルの全画面表示から1,024×768ピクセルの全画面表示に変更したとき、ディスプレイの表示状態はどのように変化するか。
ア：MPEG動画の再生速度が速くなる。
イ：画面に表示される文字が大きくなる。
ウ：縮小しないと表示できなかったJPEG画像が縮小なしで表示できるようになる。
エ：ディスプレイの表示色数が少なくなる。
出典：ITパスポート試験ドットコム
