この教材の学習目標
読み終えたら、できること。
- 標本化・量子化・符号化の違いを説明できる
- 条件と単位をそろえて、無圧縮音声のデータ量を計算できる
読む前に：1バイト＝8ビット、k（キロ）＝1,000を確認しましょう。
この教材の目次
身近な「なぜ？」から。
スマートフォンで同じ長さを録音しても、設定によって容量が変わるのはなぜでしょう。1秒間に記録する標本の数と、1個の標本を表す量を分けて考えると説明できます。
アプリ収録の単元図解
まず、図で全体像をつかもう。
図は複数メディアの概要です。音声の計算式は無圧縮の条件で使います。文字のバイト数は文字コードで異なり、英数字や日本語が常に同じバイト数になるわけではありません。
01まずは、3つだけ。
標本化は「いつ測るか」。時間を区切ります。
量子化は「どの値にするか」。有限の段階に対応させます。
符号化で、その番号などを0と1で表します。
02時間と値、別々に区切る。
音の信号は連続的に変わります。コンピュータで扱うために、まず一定の間隔で値を取り出し、決められた段階に対応させます。
1秒間に8,000回、値を取り出す。
1つの標本を8ビットで表す。符号は256種類。
標本化周波数は、音の高さの周波数とは別の量です。「信号を1秒に何回測るか」と考えましょう。
量子化の細かさを、数で考える。
1つの標本を2ビットで表すなら、使える符号は00・01・10・11の4種類。3ビットなら8種類です。表せる段階は「ビット数×2」ではなく、2のビット数乗になります。
標本化周波数を2倍にすると、同じ時間内の標本が2倍になります。量子化ビット数を2倍にすると、1標本のビット数は2倍ですが、表せる段階の数は単純な2倍にはなりません。
03公式は「1個の量 × 個数」。
無圧縮のPCM音声で、管理情報を含めない場合の基本式です。
× チャンネル数 × 秒数バイト数にするには、最後に ÷ 8
モノラルは1チャンネル、ステレオは2チャンネル。例えば8,000 Hz・8 bit・モノラルを10秒記録すると、
8,000 × 8 × 1 × 10 = 640,000 bit
640,000 ÷ 8 = 80,000バイト
条件を変えて、確かめよう。
重要語句を整理しよう。
| 標本化 | 連続した信号から、一定の時間間隔で値を取り出すこと。 |
|---|---|
| 標本化周波数 | 1秒間に取り出す標本の数。単位はHz。 |
| 量子化 | 取り出した値を、有限個の段階に対応させること。 |
| 量子化ビット数 | 1つの標本を表すビット数。nビットなら符号は2のn乗種類。 |
| 符号化 | 量子化した値などを、ビット列で表すこと。 |
代表3問の前に / 一緒に解く例題
本文の内容で、ひとつ確かめよう。
8,000 Hzのモノラル音声を8 bitで2秒記録すると、何バイト？
考える手順を見る
② 1個8 bitだから、16,000×8＝128,000 bit。
③ 8で割って、16,000バイト。
本文の公式は「1個の量×個数」。何を数えているかを言葉でも説明してみましょう。
3問で、確かめよう。
基礎→標準→応用の代表3問。迷ったらヒントを開き、解いた後に図解で確かめましょう。
解答・解説だけ読む
サンプリング（標本化）は、デジタル化のプロセスの第一段階であり、連続的なアナログ情報の変化を一定の時間間隔で区切り、その瞬間の値（標本値）を抽出する操作を指します。決められた段階値に割り当てる操作は「量子化」、2進法に変換する操作は「符号化」の説明であり、これら三つの手順を経てアナログデータはデジタルデータへと変換されます。冗長性を排除してファイルサイズを小さくする操作は「圧縮」に関する記述です。
音声データのサイズは「サンプリング周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 × 時間」で求められます。本問では、44,100 Hz × 16 ビット × 2 ch × 10 秒 = 14,112,000ビットとなります。これをバイトに変換すると、14,112,000 ÷ 8 = 1,764,000バイトです。問題の単位系に従いMBに直すと1.764 MB（または1,764 kB）となります。標本化（サンプリング）、量子化、符号化というデジタル化のプロセスが、どのようにデータ量に結びつくかを正確に把握することが重要です。
音声データの容量は「サンプリング周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 × 秒数 ÷ 8」で求めます。この問題では 44,100 × 16 × 2 × 60 ÷ 8 = 10,584,000 バイトとなり、1MB = 1,000,000 バイトなので約 10.6MB です。約 5.3MB はステレオの2チャンネル分を掛け忘れた値、約 84.7MB はビットをバイトに直す ÷ 8 を忘れた値です。ビットとバイトの取り違えが最も多い誤りなので注意しましょう。
次は、条件の違う問題へ。
理解したことを、別の問題でも確かめてみましょう。「情報1」アプリでは、分野別の演習や間違えた問題の復習ができます。
App Storeで無料入手 ↗Android版はこちら ↗iPhone・iPad向けの掲載情報を基に紹介しています。Android版の機能は掲載ページをご確認ください。運営者が開発するアプリです。説明できたら、この教材は完了。
- 「いつ測るか」と「値の細かさ」を区別できる
- kHz→Hz、分→秒の換算を先に行える
- ステレオは2チャンネル、バイトへは÷8と説明できる
説明できない項目は、要点や例題に戻って確認しましょう。
出典・教材について
代表問題3問と対応する解説図は、運営者の「情報1」アプリ収録教材から選んで掲載しています。共通テストの実際の問題の転載ではありません。本文にはアプリの単元図解と、具体例を追うためのWeb補助図を掲載しています。
