音と画像のデジタル表現
授業の後に 15 分。要点を読み、5 問で確かめ、一つ書く。最後に自分の探究へつなぐ
15分 ｜ ひとりで、端末で授業で確かめた答えと比べる
- アナログの波をデジタルにする手順は 3 つ。標本化（時間で区切って高さを取り出す）→ 量子化（高さを決まった段階に丸める）→ 符号化（0 と 1 にする）。画像も同じ 3 手順で、区切るのが時間ではなく面（マス）になる
- 標本化周波数（1 秒に区切る回数）を上げると横に細かく、量子化ビット数を上げると縦に細かくなり、元の波に近づく。同時に、データ量も増える。忠実さとデータ量はトレードオフ
- 画像は画素の集まり。マスの数が解像度、1 マスの色の段階数が階調。白黒なら 1 マス 1 ビット、グレーなら 8 ビット（256 段階）。N の字は 8 × 8 のマス（64 ビット）で読めた
- データ量の式は音も画像も同じ形。区切りの数 × 1 区切りのビット数。音は「秒数 × 標本化周波数 × 量子化ビット数」、画像は「画素数 × 1 画素のビット数」。10 秒 × 10 回 × 4 ビット = 400 ビット = 50 バイト
- 区切るとき、区切りの間は捨てられている。細かくすれば捨てる量は減るが、必ず劣化はある。問われた単位（ビットかバイトか）に直してから答える
「音を録音してスマホに保存する」までに起きていることを、標本化・量子化・符号化の 3 つの言葉を順番に使って 3 文で説明する。
答えの例を見る
例: 声の波を一定の間隔で区切り、その瞬間の高さを取り出すのが標本化。取り出した高さを、決めた段階数のいちばん近い値に丸めるのが量子化。丸めた値を 2 進数に直して 0 と 1 の列として保存するのが符号化。再生するときは、この列を逆にたどって波に戻す。
探究の発表資料に写真やインタビューの音声を載せるとき、「きれいに」と「軽く」は同時に手に入らない。スライドに貼る写真は画面で見る大きさで足りるし、記録として残す写真は高い画質で保存しておく。何のための写真かを決めてから画質を選ぶ、が今日の道具。データ量を式で見積もれれば、ファイルが重すぎて送れない、という事故を先に防げる。
- 自分の探究で使う写真・音声・動画は、「見せる用」と「残す用」でどう分けるか
- 発表用のファイルは、どのくらいの大きさまでなら相手に送れそうか。式で見積もれるか
ここに書いたメモは 探究ノート に集まる。総合的な探究の時間のテーマ決めや、調べ方を考えるときに開く。まだテーマが決まっていなくても書ける。いま気になっていることを一つ思い浮かべて、そこに当てはめてみる
次回は「色と動画のデジタル表現」。白か黒なら 1 画素 1 ビットで足りた。写真のような色を出すには、1 画素に何ビット要るのか。答えは画面を虫めがねで見ると分かる。赤・緑・青の 3 つのつまみで色を作り、パラパラ漫画で動画の仕組みを確かめる。
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