マルチメディアのデジタル表現

要点と定義

マルチメディアでは、音声や画像など異なる種類の情報をコンピュータで扱えるデジタルデータとして表現します。この節では、音声の標本化・量子化・符号化、画像の画素とデータ量、表示や描画に関わる処理を押さえます。

音声のように時間とともに連続して変化するアナログ信号をデジタル化する代表的な方法がPCMです。処理は、一定の時間間隔で信号の値を取り出す「標本化」、取り出した値を段階的な値に対応させる「量子化」、量子化した値をビット列にする「符号化」の順です。標本化は値を取り出す段階なので、まだ振幅値はアナログのままです。PCMでこの工程の名称を問う問題は、一定周期で値を取り出す点から標本化と判断します。

非圧縮のPCM音声では、標本化周波数と1標本当たりのビット数から、1秒間のデータ量を求められます。標本化周波数が毎秒11,000回、1標本が8ビットなら、毎秒88,000ビット、すなわち11,000バイトです。容量をこの毎秒のバイト数で割れば記録時間が秒で求まります。

画像を画素（ピクセル）の集まりとして扱うとき、最低限のデータ量は画素数と1画素当たりのビット数で決まります。色数が65,536色なら、2の16乗が65,536なので、色を表すのに1画素当たり16ビット必要です。1,000×800画素なら、合計は1,000×800×16ビットです。バイトに直すには8で割ります。

表示や3次元グラフィックスでは、画素による表現や、見せる範囲・見え方を決める処理を区別します。クリッピングは、指定した表示領域の外側を取り除き、領域内にある部分を取り出す処理です。

3次元画像では、視点から見えない線や面を描画対象から除く処理を隠線消去・隠面消去といいます。表示範囲の外を除くクリッピングとは、判断の基準が異なります。クリッピングは領域内外、隠線・隠面消去は指定した視点からの見え方に着目します。

画素で斜めの線を表すと、境界が階段状に見えることがあります。そのぎざぎざを目立ちにくくして境界を滑らかに見せる処理がアンチエイリアシングです。

適用条件と例

非圧縮音声の記録時間を求めるときは、標本化周波数を「標本／秒」、量子化ビット数を「ビット／標本」として掛け合わせます。たとえば毎秒8,000標本、1標本8ビットなら、データ量は毎秒64,000ビットです。標本化間隔は、1秒を8,000で割って0.000125秒、つまり125マイクロ秒です。ビット毎秒が与えられ、1標本のビット数も分かる場合は、まずビット毎秒をビット／標本で割ると標本／秒が得られます。

容量計算では単位をそろえます。先ほどの毎秒11,000バイトの音声を、512×10⁶バイトに記録するなら、512×10⁶÷11,000で約46,545秒です。さらに60で割ると約775.76分となります。設問が整数分で最大値を問うなら、容量を超えない整数にします。ここで圧縮なしという条件があるため、圧縮による容量の変化は計算に含めません。