初級では「データには種類があり、細かく区切って数値にする」ことを見ました。中級では、各メディアの表し方と、圧縮・データ量を正確に見ます。0と1の束ね方や文字コードの符号化の仕組みは 2進数とデータ が担当します。
概要 — まず全体をつかむ
詳細 — 1段階ずつ追う
メディアの種類とデジタル化
現実の連続した情報（色の濃淡・音の波・動き）を、コンピュータが扱える段階的な数値に置き換えるのがデジタル化です。共通の考え方は「細かく区切り、各点を数値に丸める」こと。
- 文字 — 文字コードで数値に対応づける（機構の詳細は 2進数とデータ）
- 画像／音／動画 — 空間や時間を細かく区切って数値にする
登場人物メモ:
- ※1 標本化（サンプリング） — 一定間隔で測ること
- ※2 量子化 — 測った値を決まった段階の数値に丸めること
この部分をもっと深く（上級）
連続した現実を有限のビットに落とすとき、2つの軸で情報を捨てています。
- 標本化（時間・空間の離散化） — どれだけ細かく測るか。標本化定理により、元信号の最高周波数の2倍を超える周波数で測れば波形を復元できる。足りないとエイリアシング（折り返し）が起きる
- 量子化（値の離散化） — 各点を何段階で表すか。段階が粗いほど量子化ノイズが乗る。音の16bit／24bit、画像の色深度（bit/ch）がこれにあたる
「どこまで細かく・何段階で」を上げるほど原信号に近づきますが、そのぶんデータ量が増えます。
アニメーション『音のデジタル化（標本化と量子化）』を開く
やさしく言うと（初級）
ひとくちにデータと言っても、扱う中身によっていくつかの種類（メディア）に分かれます。
- 文字（テキスト） — 文章やプログラム
- 画像 — 写真やイラスト
- 音（音声） — 音楽や録音
- 動画 — 画像と音を時間に沿って並べたもの
どれも最後は0と1ですが、「どう0と1に置き換えるか」のルールが種類ごとに違います。
各メディアの表現
- 画像 — 縦横に並んだ画素（ピクセル）それぞれの色を、赤・緑・青（RGB）の強さの数値で記録する。画素数が多いほど解像度が高い。PNG（可逆）／JPEG（非可逆）
- 音 — 波形を一定間隔で測る標本化と、各点を段階値に丸める量子化の対で数値化する。例 CD＝44.1kHz／16bit。WAV（無圧縮）／MP3（非可逆）
- 動画 — 少しずつ違う画像（フレーム）を1秒に何十枚も並べ（フレームレート）、音を重ねたもの。データ量が大きく圧縮が必須。H.264などのコーデックで縮める
いずれも「決まった形式で並んだ0と1」であり、正しい形式で読んで初めて意味を持ちます。
アニメーション『画像のデジタル化（画素とRGB）』を開く
アニメーション『音のデジタル化（標本化と量子化）』を開く
この部分をもっと深く（上級）
- 画像 — 色は色空間（sRGB・Adobe RGBなど）で定義され、1チャンネルの段階数が色深度。輝度と色差に分け色差を間引くクロマサブサンプリング（4:2:0など）は非可逆圧縮の常套
- 音 — 音質は「標本化周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数」で決まる。1秒あたりのデータ量がビットレートで、可変（VBR）／固定（CBR）がある
- 動画 — フレーム内圧縮に加え、前後フレームの差分だけを持つフレーム間予測でデータ量を大きく削る。コンテナ（MP4）とコーデック（H.264／H.265）は別レイヤ
やさしく言うと（初級）
現実の見た目や音を、コンピュータが扱える数値に変えることをデジタル化といいます。
- 画像 — 絵を細かいマス目に分け、1マスごとの色を数値で記録する。この1マスを画素（ピクセル）と呼ぶ
- 音 — 音の波の高さを、短い間隔でくり返し測って数値の列にする
- 動画 — 少しずつ違う画像（コマ）をパラパラ漫画のように高速で切り替え、そこに音を重ねる
「細かく区切って数値にする」——これがデジタル化の共通のやり方です。
アニメーション『画像のデジタル化（画素とRGB）』を開く
圧縮とデータ量
圧縮はデータを小さくする技術で、2種類あります。
- 可逆圧縮 — 完全に元へ戻せる。ZIP・PNG・FLAC。文書・プログラム向き
- 非可逆圧縮 — 人が気づきにくい情報を捨てて大きく縮める。JPEG・MP3・H.264。写真・音・動画向き
データ量の単位は バイト → KB → MB → GB → TB と1000倍ごとに上がります（厳密には1024倍区切りのKiB／MiBもあり、詳細は 2進数とデータ）。
- 写真1枚 … 数 MB ／ 音楽1曲 … 数 MB ／ 映画1本 … 数 GB
同じ中身でも、形式と圧縮の選び方でデータ量は大きく変わります。
アニメーション『可逆圧縮と非可逆圧縮』を開く
この部分をもっと深く（上級）
- 可逆圧縮の下限 — シャノンの情報理論が示すエントロピーが理論的な限界。エントロピー符号化（ハフマン・算術符号）で出現頻度の偏りを、辞書式（LZ系）でくり返しを削る。偏りのないデータはそれ以上縮まない
- 非可逆圧縮 — 人の知覚モデルを使い、気づきにくい成分を捨てる。周波数領域へ変換（JPEGのDCT、音の心理音響モデル）してから、細かい成分を粗く量子化するのが定石
- トレードオフ — 圧縮率・品質・処理コストは三つ巴。用途（保存／配信／編集）で最適点が変わる
アニメーション『非可逆圧縮の定石（変換→量子化→符号化）』を開く
やさしく言うと（初級）
データの大きさはデータ量で表し、単位は バイト → KB → MB → GB → TB と大きくなります。
- 短いメール1通 … 数 KB
- 写真1枚 … 数 MB
- 映画1本 … 数 GB
大きなデータを小さくまとめる技術が圧縮です。元に完全に戻せる可逆圧縮（ZIPなど）と、少し情報を捨てて大きく縮める非可逆圧縮（JPEG・MP3など）があります。
アニメーション『可逆圧縮と非可逆圧縮』を開く
⚠️ うまくいかないとき
- 文字化け — 文字コード（符号化）の不一致。詳細は 2進数とデータ
- 開けない／壊れる — 形式の不一致、ファイル破損
- 無駄に重い — 用途に合わない形式・圧縮（写真をPNGで巨大化、など）
この部分をもっと深く（上級）
- 再圧縮による劣化 — 非可逆で保存したものを再度非可逆で保存すると劣化が累積する（世代劣化）
- エイリアシング — 標本化周波数が不足すると、元にない周波数の偽信号が現れる
- 形式と用途の不一致 — 写真をPNGで肥大化、線画をJPEGでにじませる、など逆効果な選択
- CRCと改ざん — CRCは誤り検出であって改ざん防止ではない（それは暗号のハッシュ／署名）
やさしく言うと（初級）
- 文字化け — 文字の読み方（文字コード）が食い違い、別の文字に見える
- 開けない — データの形式と、開こうとしたアプリが合っていない
- 無駄に重い — 用途に合わない形式で保存している（写真を大きいまま送る、など）
関連する知識
理解度チェック
そのまま解けます（成績は保存されません）。無料アカウントを作ると、学習の記録と進捗の山登りが始まります。
問1. 日本語を含む多くの文字を、世界共通で扱えるようにした文字集合と、その代表的な符号化は？
問2. 写真のJPEGのように「多少劣化するが大きく縮む」圧縮を何と呼ぶ？
問3. 文書ファイルやプログラムに非可逆圧縮を使ってはいけないのはなぜ？
問4. 音のデジタル化で「1秒間に何回、波の高さを測るか」を表すのはどれ？
問5. 画像で、縦横に並んだ「1つ1つのマスの色をRGBの数値で記録する」その1マスを何と呼ぶ？
問6. 次のうち「可逆圧縮」だけを並べたのはどれ？
問7. 音のデジタル化で「測った各点を何段階の数値に丸めるか」を表すのはどれ？
問8. データ量の単位「バイト → KB → MB → GB → TB」は、基本的に何倍ごとに上がる？
問9. 動画で「1秒間に何枚の画像（コマ）を並べるか」を表す指標を、カタカナで答えてください。
問10. ZIPやPNGのように、元へ完全に戻せる圧縮を何圧縮と呼ぶ？ 漢字で答えてください。