デジタル情報の仕組みsuna/110516.pdf · 2011. 5. 15. · 3...
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概念を伝える表現形式◦ 個人・個人で理解している事柄(概念)◦ 他人に伝達するための表現他人に伝達するための表現◦ 五感
辞書での定義◦ 三省堂提供「大辞林 第二版」
1. 事物・出来事などの内容・様子。また、その知らせ。「横綱が引退するという―が入った」「戦争は既に所々に起つて、飛脚が日ごとに―をもたらした/渋江抽斎（鴎外）」
2. 〔information〕ある特定の目的について、適切な判断を下したり、行動の意志決定をするために役立つ資料や知識。
械 体 指令 例 ば 遺 情報 ど3. 機械系や生体系に与えられる指令や信号。例えば、遺伝情報など。4. 物質・エネルギーとともに、現代社会を構成する要素の一。
取り扱いにくい情報◦ 画像◦ 動画
専用の通信手段◦ 電話網◦ 郵便配送網◦ 放送網◦ …
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完全な数字による情報の表現◦ すべての情報が数字に
不連続な情報◦ マッピングの必要性
利点◦ 完全な再現 (数字の上では)
問題点変換 仕組◦ 変換の仕組み
離散量◦ とびとびの値 x
サンプリング
量子化
◦ 数字で表現
自然界には無い情報◦ 変換が必要
◦ 数字に直す
遠くにどうやって伝えるか?数字を伝えればいい
t
量子化
◦ 数字を伝えればいい
コンピュータ、ネットワーク 2, 2, -1, -1, 4, 4, 0, 8, 4, -1, 2, 4, 7, 6, 3, 1
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情報の数値化◦ 数字と情報の対応付け(マッピング)◦ 文字
◦ 画像
◦ 動画
◦ 音声
◦ …….
数字◦ 人間は、10進数を使う
◦ 1, 10, 100, 1000, 10000, ……◦ 一桁は
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (10種類の記号)◦ 一桁増えると10倍◦ 100, 101, 102, 103, 104, ……
コンピュータは? コンピュ タは?◦ 2進数
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0と1だけを使う◦ スイッチのONとOFF、光が光っている/消えている、何かがあると無い無い
一桁は◦ 0と1の2種類
一桁増えると2倍◦ 20, 21, 22, 23, 24, 25, …◦ 1, 2, 4, 8, 16, 32, …
2進数◦ 0/1 → 2通りの情報/ 通り 情報◦ 00/01/10/11 → 4通りの情報◦ 000/001/010/011/100/101/110/111 → 8通りの情報
2進数の一桁をbitと呼ぶ
基礎知識◦ 2進数
◦ bit: 2進数1桁 (0または1)◦ byte/octet: 2進数8桁 0000 0000 から 1111 1111まで
大きな数字◦ 1000倍: k (キロ)◦ 1000×1000=百万倍: M (メガ)1000×1000=百万倍: M (メガ)◦ 1000×1000×1000=十億倍: G (ギガ)◦ ……
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視覚
聴覚
静止画、写真、動画動画
音声 音楽音楽 聴覚
触覚
嗅覚
味覚
第六感(?)
音声、音楽音楽
手触り、感触、痛み
匂い、香り
味
???
画像情報の記号化◦ 活字◦ 文字記号と数字の対応◦ 英文字26文字×2、数字10文字、記号24文字◦ 合計86文字 7bitあれば表現可能
◦ 文字コード ASCIIコード ex) 0x41 → A, 0x76 → v, 0x25 → %ex) 0x41 A, 0x76 v, 0x25 %
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文字との対応付けのルール◦ ISO2022◦ 漢字は? 16bitを用いて表現
半角と全角
半角カナは、基本文字集合ではない
フォント◦ 文字を表示するための情報文字を表示するための情報
A 0x41
入力 コード フォント
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2次元座標への分割◦ 各座標点の情報の羅列
◦ 白黒画像は、各座標点での色の有無
白は0、黒は1 カラー画像◦ 色の表現
各点において色を表現するのにn bitを割り当てる
例えば、4 bitならば16色例えば、4 bitならば16色
画像の変換
000000000000000000000000000001100000000001100000000001100000000011110000000011110000000011110000000111111000000111111000001111111100001111111100001111111100011111111110000000000000
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3原色による表現◦ RGB表記(赤、緑、青の強さ)
RGB各強さをそれぞれ8bit 合計24bitで表現◦ RGB各強さをそれぞれ8bit 合計24bitで表現◦ 16,777,216色
カラーパレット◦ 各点はn bit (n<24)で表現◦ 各点の数字と色の対応を決める◦ a:0xrrggbb◦ パレット(例) 0:0x000000 1:0x7f0000 2:0x007f00 3:0x00007f 4:0xff0000 0:0x000000 1:0x7f0000 2:0x007f00 3:0x00007f 4:0xff0000
5:0x00ff00 6:0x0000ff 7:0xffffff◦ 各点は、符号で表す
0 1 2 3 4 5 6 7
0 001 1 2
2 23 345 55
6 7
パラパラ漫画
少しずつ異なる画像の連続提示テレビの場合は一秒間に30枚
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複数の画像の組み合わせ
一秒間に15枚から30枚 秒間に15枚から30枚◦ 大量の情報
例えば、640×480ドットの画像で、1ドット24bitで表現したとすると、 7,372,800bit = 921,600byte
約1Mbyte これが1秒間に30枚 = 921,600×30 = 27,648,000 これだけの情報を流す能力が必要
一定間隔に音の強さを調べそれを数字化
t
x
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強さの解像度◦ 8bit(256段階)、16bit(65,536段階),
強さを調べる間隔◦ サンプリング周波数
◦ 44.1kHz → 22.68μ秒 実際の音との差◦ 量子化誤差
昔々あるところに、おじいさんとおばあさんが
昔々あるところに、おじいさんとおばあさんがおじいさんとおばあさんが
Long long time ago, …
おじいさんとおばあさんが
Long long time ago, …
184738437732
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異なるメディアが均質な数字として取り扱うことができるようになる。◦ マルチメディア
数学のマジック◦ 情報の圧縮
◦ 暗号化
数字を取り扱うことが得意な仕組みコンピ タ ネ トワ ク◦ コンピュータ、ネットワーク
データの大きさ◦ 400字詰め原稿用紙1枚 2 byte × 400 = 800 byte◦ CDのステレオ音楽3分 16 bit × 2チャンネル×180秒 × 44,100 = 31,752,000 byte ≒ 30MB◦ VGA画像(フルカラー) 640 (横) × 480 (縦) × 24 bit = 921,600 byte ≒ 900kB≒ 900
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データの大きさ◦ 30fps VGAの動画1分p 921,600 byte × 30 × 60 = 1,658,880,000 ≒ 1.7GB◦ MPEG-2 6Mbpsビデオストリーム 1分 6,000,000 bit × 60 = 45,000,000 byte ≒ 45MB (約
1/38) DVDの画像品質
可逆圧縮◦ 元のデータを完全に復元可能な圧縮文書デ タの圧縮など◦ 文書データの圧縮など
◦ zip, lzh, sitなど◦ 圧縮率は、80%~90%
不可逆圧縮◦ 人間の知覚にほとんど感じられない差を考慮して圧縮。元のデータを完全に復元することはできないが、画像や音声など人間の知覚ではほとんど差を認識できない圧縮
◦ 画像、動画、音声など画像、動画、音声など◦ mp3, jpeg, mpeg