音と動画のディジタル化・データ量・圧縮規格

結論：音も動画も「1秒あたりのビット数×秒数」

このレッスンの計算問題は、すべて同じ1本の式で解けます。

データ量（ビット）＝ 1秒あたりのビット数 × 秒数

• 音声：1秒あたり ＝ 標本化周波数（1秒に測る回数）× 量子化ビット数（1回の記録に使うビット数）
• 動画：1秒あたり ＝ 画素数 × 1画素のビット数 × フレーム数／秒

最後に「÷8でバイトにする」「分を秒に直す（×60）」を忘れないことが、正解への近道です。選択肢には、この換算を1つだけ忘れた数値が必ず並んでいます。

PCMの3工程：標本化→量子化→符号化

PCM（パルス符号変調）は、アナログの音の波形をディジタルに変える基本的な方式です。工程の順番は標本化→量子化→符号化で固定です。体温を記録する場面に置き換えると分かりやすくなります。

flowchart LR
  A["アナログ音声"] --> B["標本化：一定周期で切り出す"]
  B --> C["量子化：段階値に丸める"]
  C --> D["符号化：0と1にする"]
  D --> E["ディジタルデータ"]

「アナログ値のまま切り出す」と書かれていたら標本化です。まだ丸めていないので量子化ではありません。

音声のデータ量・記録時間の計算（最頻出）

音声のデータ量は次の式で求めます。

1秒あたりのビット数 ＝ 標本化周波数（回／秒）× 量子化ビット数

• 標本化周波数：1秒に何回サンプリングするか。単位Hz（ヘルツ）。44.1kHz＝1秒に44,100回です。
• 量子化ビット数：1回の値を何ビットで表すか。8ビットなら256段階、16ビットなら65,536段階です。
• ステレオ（左右2チャンネル）なら×2しますが、過去問はモノラル（1チャンネル）が中心です。

問われ方は3パターンあります。

単位の目安：1マイクロ秒＝100万分の1秒です。1分＝60秒、60分＝3,600秒もすぐ出せるようにしておきます。

動画の帯域幅・データ量の計算

動画は「静止画（前のレッスンの画素計算）をパラパラ漫画のように1秒に何枚も見せる」ものです。1秒あたりの枚数を**フレームレート（fps）**といいます。

1秒あたりのビット数 ＝ 横画素数 × 縦画素数 × 1画素のビット数 × フレーム数／秒

• 帯域幅：回線で1秒間に送れるデータ量です。単位はビット／秒（bps）。圧縮しない動画の配信には、上の1秒あたりのビット数がそのまま必要です。
• 色数が書かれていたらビット数に直します。256色＝2の8乗なので8ビット＝1バイト、24ビットフルカラー＝3バイトです。
• 「1分間のデータ量」なら、さらに×60します。

音のディジタル化の方式：PCM・MIDI・MP3

MIDIは出題が少ないので、PCMとの違いを押さえるだけで十分です。MIDIは音の波形ではなく、楽譜のような演奏情報（音程・長さ・強弱・音色）を記録します。

圧縮規格：静止画・動画を用途で見分ける

まず圧縮は2種類に分かれます。可逆圧縮は伸張（元に戻すこと）すると元のデータと完全に一致する方式です。非可逆圧縮は人が気づきにくい情報を捨てる方式で、そのぶんファイルを小さくできます。

伸張後の画像の縦横サイズは、どちらの方式でも元と同じです。小さくなるのはファイルサイズだけです。

CRC（巡回冗長検査）は、データから計算した検査用の値を付けておき、壊れていないか確かめる仕組みです。

試験での問われ方

• PCMの工程：「アナログ値のまま切り出す」＝標本化。量子化（丸める）、符号化（ビット列にする）、逆量子化（戻す）が並びます。順番の問題は「標本化→量子化→符号化」の1つだけが正解です。
• 音声・動画の計算：選択肢は、正解の1/8・8倍・1/60・60倍などの換算ミス版で作られます。計算結果が選択肢と10倍ずれていたら、÷8か×60を見直します。
• H.264：正解は「動画の圧縮符号化方式」です。ストリーミングの制御方式（RTSP）、テレビ会議の通信方式（H.323）、番組情報のメタデータ、音声圧縮、静止画圧縮が誤答として並びます。
• 静止画：国際標準はJPEGです。MPEG（動画）とGIF（企業の規格）がひっかけになります。PNGは「可逆・CRCあり・インタレース可」です。