データ圧縮とアナログ信号のディジタル化

結論：このレッスンで覚える4つ

• PCMの間隔計算：転送速度 ÷ 1回あたりのビット数 ＝ 1秒あたりのサンプル数。その逆数がサンプリング間隔です（64,000 ÷ 8 ＝ 8,000回/秒 → 1/8,000秒 ＝ 125マイクロ秒）。
• ハフマン符号：よく出る文字には短い符号を、まれな文字には長い符号を割り当てます。どの符号も、ほかの符号の書き出し部分と一致してはいけません。
• ランレングス符号化：「AAAAA」を「5A」のように、同じ文字の連続を回数と文字の組に置き換える方式です。
• A/D変換：連続したアナログの値を、コンピュータが計算できる飛び飛びの数値に変える処理です。ディジタル化してから計算すると、雑音・温度・部品のばらつきの影響を受けにくくなります。

PCM：音を数値にする3ステップ

PCM（パルス符号変調）は、音声などのアナログ信号を数値の列に変える代表的な方式です。手順は「標本化 → 量子化 → 符号化」の3つです。

flowchart LR
  A["アナログ音声（連続した波）"] --> B["標本化：一定間隔で値を拾う"]
  B --> C["量子化：拾った値を段階に丸める"]
  C --> D["符号化：段階の番号を2進数にする"]

パラパラ漫画にたとえると、標本化は「1秒を何コマに分けて描くか」を決めることです。量子化は「1コマの絵を何色で塗るか」、つまり何ビットで表すかを決めることにあたります。

計算の公式：転送速度（ビット/秒）＝ 1秒あたりのサンプル数 × 1サンプルのビット数。サンプリング間隔は「1 ÷ 1秒あたりのサンプル数」です。

単位も確認しておきましょう。**1マイクロ秒 ＝ 100万分の1秒（0.000001秒）**です。秒をマイクロ秒に直すには、1,000,000を掛けます。

A/D変換と、ディジタル化してから計算する利点

A/D変換は、アナログ（Analog）の値をディジタル（Digital）の値に変える処理です。温度センサーの連続的な電圧を、マイコン（小型のコンピュータ）が計算できる数値に変えるのが典型的な使い方です。

ディジタル化してから計算する利点は、計算結果が部品の精度・温度変化・外から入る雑音の影響を受けにくいことです。ただし、どんな誤差もなくなるわけではありません。変換するときの誤差、計算の丸め誤差、処理にかかる時間（遅延）は残ります。

圧縮：ハフマン符号とランレングス符号化

どちらも、データを元どおりに戻せる可逆圧縮の方式です。試験では、この2つの違いを問われます。

ハフマン符号には「どの符号も、ほかの符号の書き出し部分と一致しない」というルールがあります（接頭語条件）。たとえば「10」という符号があるときに「101」も使うと、受信側は「10」の時点で区切ってよいのか判断できなくなります。

符号表を作ると、最も出現頻度の低い2文字は同じ長さになり、最後の1ビットだけが異なる符号になります。

なお、EBCDICは文字コード（文字を数値に対応させる表）、巡回符号は前のレッスンで扱ったCRCの仲間で、誤りの検出に使うものです。どちらも圧縮の方式ではありません。

試験での問われ方

• PCM：「64,000ビット/秒・8ビット」の組み合わせで、ほぼ毎回同じ数字が出ます。選択肢の15.6は8で割り忘れた値、125が正解です。
• ハフマン符号：符号表の空欄を埋める形式です。ほかの符号の書き出しと同じになる選択肢がひっかけとして並びます。
• ランレングス符号化：「反復回数と文字の組」という言葉があればランレングスです。ハフマン符号と取り違えさせる選択肢が出ます。
• A/D変換：使用例を選ぶ問題では、D/A変換やパラレル/シリアル変換が紛れ込みます。利点を選ぶ問題では「誤差が発生しない」「遅延がない」と言い切る選択肢が誤りです。