タイトルデジタル化、符号化

（以下は『イラスト図解 コンピュータの動くしくみ』音葉哲、大槻有一郎著から抜粋
2010年6月30日にノートにとり勉強）

🔵符号化とは

情報の数値化を、符号化(コード化)という。

符号化とは、単純にいえばアナログ情報をデジタル情報に変換すること。

連続的に変化するアナログ情報を細かく切り刻み、段階的な情報にしたのがデジタル情報である。

各段階を数字や記号で表すことを「符号化」という。

🔵音のデジタル化

音のデジタル化では、まず音の波形を時間軸で区切る。

時間軸で音を分割、抽出することを、「サンプリング(標本化)」と言う。

サンプリング周波数はHz(ヘルツ)で表し、数値が高いほど再現性は高まる。

CDのサンプリング周波数は44.1KHzだが、これは1秒を4万4100個にサンプリングしている。

次に、分割した音の状態を調べて、波形の振れ幅を符号化する。

サンプリングして区切った1つ1つを、デジタル情報に置き換えることを、「量子化」と言う。

量子化のクオリティはビット数で表し、ビット数が大きければそれだけ微細に表現できる。

CDはビット数は16。6万5536の段階で波形を表している。

🔵映像のデジタル化

1枚の画像は、コンピュータ内では点の集まりとして扱われる。

この点のことを「ピクセル(またはドット)」と言う。

ピクセルの集合で表される画像を、ビットマップ画像という。

ピクセル数が多いほど高画質になる。

ピクセルは、1つ1つが色の情報を保持している。

色は、赤・緑・青の3色の組み合わせで表現できる。

これを光の3原色といい、英語の頭文字を取ってRGBと呼ばれている。

画像や映像のデジタル化は、RGBの3色を量子化して行われる。

現在のパソコンは各色を256段階(24ビットカラー)に区切るのが一般的で、この場合は256の3乗 = 1677万7216色になる。

ピクセル数を縦×横で表したものを「解像度」と呼ぶ。

🔵変換装置

アナログ情報をデジタル情報に変換する装置をA/Dコンバータ、逆の変換をするのをD/Aコンバータ（DAC、ダック）と言う。

情報の伝送にはケーブル(信号線)が使わるが、線を通る電圧の変化によってその内容を表す。

デジタルの1と0は、電圧の高い/低いに相当する。

一方アナログの情報は、電圧の連続的な変化(波形)で伝送する。

コンピュータはコードしか扱えず、人間はアナログ情報しか知覚できないため、コンバータは重要な役割を果たす。

よくコンピュータは0と1で計算すると言われるが、実際は電圧の高低（HiとLow）で演算を行っている。

コンピュータが扱うデータは、原理的には2つの値で表現できれば何でもいい。

🔵ビットについて

デジタル情報は、桁が増えるほど多くの情報を表せる。

例えば8桁ならば、256通りの情報を表せる。
この1桁分をビット(bit)と呼ぶ。
情報の量は、桁の数で表される。

ビット数が増えるごとに、情報量は2倍ずつ増える。
(2→4→8→16と増えてゆく)

科学者のクロード・シャノンは、ビットを情報量の最小単位と規定した。

🔵なぜ2進数を使うのか

コンピュータは、0と1の2進数だけをデータとして扱う。
それは機器の構造を単純にできるから。

人間は10進数を使っているが、10段階もある信号より、2段階の単純な信号の方が伝達は確実になる。

コンピュータは最終的に数字は10進数に直して表示している。

🔵ビット幅

コンピュータのCPUは、クロックのタイミングに合わせて演算を行う。

1回で扱える最大桁数は決まっていて、これをビット幅と言う。

ビット幅が大きいほど複雑な処理が可能。

例えば4ビットなら8通りだが、64ビットならば1844京6744兆737億955万1616通り！になる。

現在は64ビットCPUが主流。（※この本が出たのは2009年）

ちなみにバイトはビットの8倍で、つまり8ビット=1バイトである。
ビットよりも多く用いられている。

🔵K(キロ)、M(メガ)、G(ギガ)の単位

桁の大きな情報量を表すため使われる単位が、K、M、Gである。

キロ・ビットは、ビット数が2の10乗(1024)という意味。

メガ・ビットは、ビット数が2の20乗(1024キロビット)。

ギガ・ビットは、ビット数が2の30乗(1024メガビット)。

つまり、2の累乗の指数が10増えるごとに単位が変わる。
単純に1000で1キロではない。

HDやCD-Rや、SDカードは、製品パッケージに購入者がわかりやすいように、 1000バイトで1KB、1000KBで1MBと表記している。
このため実際の容量と誤差がある。
メモリ(RAM)は正式に表記されている。

🔵データ量の求め方

音楽CDの10分だったら、44100ヘルツ×16ビット×600秒×2チャンネルで、つまり10万3359KBになる。

640×480ピクセルのカラー画像だったら、640×480×24ビットで、900KBになる。

（以上は2025年12月22～23日に作成）

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